211service.com
Maken hoge-temperatuur-supergeleiders enige vooruitgang?
Wanneer materialen elektriciteit geleiden, gaat er wat energie verloren als warmte. Dit verlies staat bekend als weerstand. Onder bepaalde omstandigheden hebben sommige materialen echter helemaal geen weerstand. Deze materialen worden supergeleiders genoemd en hun efficiëntie bij het transporteren van elektriciteit en het genereren van magnetische velden maakt ze cruciaal in toepassingen zoals magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) -machines en het supersnelle maglev-treinsysteem van Japan.
Wetenschappers zagen een materiaal kort zijn elektrische weerstand verliezen bij kamertemperatuur wanneer het werd gepulseerd met een laser. De structuur ervan wordt hier geïllustreerd.
Maar deze conventionele supergeleiders moeten worden gekoeld met vloeibaar helium tot ongeveer -270 ° C, wat duur is en beperkt waar ze kunnen worden gebruikt. Hogetemperatuursupergeleiders, voor het eerst gemaakt in de jaren tachtig, worden supergeleidend bij ongeveer -135 ° C, wat praktischere koelprocessen mogelijk maakt die vloeibare stikstof gebruiken. Deze materialen kunnen uitgebreidere voordelen hebben, zoals het leveren van meer stroom aan steden en het leveren van energieopslag voor hun netwerken (zie Supergeleidende magneten voor opslag op rasterschaal). Ze kunnen ook de grootte van windenergiegeneratoren aanzienlijk verminderen en ze kunnen worden gebruikt in supercomputers.
Supergeleiders bij hoge temperaturen zijn aangetoond in een paar nichetoepassingen, waaronder een kabel die stroom naar Long Island voert (zie A More Robust Grid for Manhattan ) en op een schip van de Amerikaanse marine. Een nutsbedrijf in Chicago overweegt supergeleidende kabels die 10 keer evenveel vermogen als koperdraden van dezelfde grootte. Ze kunnen stroomuitval helpen verminderen, omdat ze snel stroom tussen onderstations kunnen verplaatsen in hoeveelheden die traditionele apparatuur zouden doen slinken.
Maar de nieuwere materialen zijn beperkt omdat ze moeilijk te maken zijn. Wetenschappers proberen nog steeds meer te weten te komen over hoe deze supergeleiders bij hoge temperaturen werken, met als doel op een dag materialen te maken die deze eigenschappen hebben bij kamertemperatuur. Er zijn enkele recente ontwikkelingen in het veld.
Opwarmen
Natuurkundigen in Hamburg Max Planck Instituut voor de structuur en dynamiek van materie toonde aan dat een supergeleider met hoge temperatuur die wordt onderworpen aan pulsen van een infraroodlaser zijn elektrische weerstand bij kamertemperatuur verloor. De laserpulsen leken atomen te verschuiven in het kristalrooster van het op keramiek gebaseerde materiaal, zeggen de wetenschappers in een Natuur brief. Deze verandering werd slechts gedurende een triljoenste van een seconde waargenomen, maar het zou wetenschappers meer aanwijzingen kunnen geven over het maken van supergeleiders die bij hogere temperaturen functioneren.
Bij de universiteit van zuid Californië , hebben wetenschappers een cluster van aluminiumatomen samengesteld die supergeleiding vertoonden bij -173 ° C in plaats van -272 °, wat nodig is om typisch aluminium in een supergeleider te veranderen. Het onderzoek is gepubliceerd in Nano-letters op 28 januari.
Meer experimenten
Omdat wetenschappers niet precies weten waardoor materialen fungeren als supergeleiders bij hoge temperaturen, was het proces om nieuwe te vinden moeilijk. Afgelopen juni ontdekten wetenschappers van de Universiteit van Cambridge dat supergeleiding in deze materialen afkomstig is van verwrongen elektronenzakjes. De details worden beschreven in een brief van juli in Natuur . De universiteit levert een foto van deze zakken en meer informatie over het onderzoek hier.
In samenwerking met wetenschappers in Japan, Taiwan en Schotland beschrijven onderzoekers van de Cornell University hoe ze de vingerafdruk van karakteristieke activiteit in de elektronen in ijzersupergeleiders bij hoge temperatuur. De wetenschappers beschrijven deze theoretische benadering in een Natuurfysica brief.
Tegelijkertijd zorgen sommige ontdekkingen voor tegenslagen voor wetenschappers. In een Natuurfysica artikel leggen Stanford-onderzoekers bijvoorbeeld uit hoe ze onverwacht gedrag ontdekten in een koperoxide-materiaal. Een geanimeerde video shows wat ze vonden.
Sterkere materialen
Sommige van de huidige supergeleiders voor hoge temperaturen kunnen zoveel stroom vervoeren dat ze magnetische velden genereren die 100 keer krachtiger zijn dan een koelkastmagneet. Het materiaal moet de sterkte van dat magnetische veld kunnen bevatten, anders explodeert het. Afgelopen juni hebben ingenieurs van de Universiteit van Cambridge, de Florida State University en Boeing brak een record uit 2003 voor de sterkte van een magnetische kracht die in een supergeleider kan worden opgesloten. De resultaten werden gedetailleerd in Wetenschap en technologie van supergeleiders .
De afhaalmaaltijd:
Voortdurende vragen over waarom materialen supergeleiders bij hoge temperaturen worden, hebben het moeilijk gemaakt om nieuwe te ontwerpen die praktischer te maken en te gebruiken zijn. Michael Norman, een vooraanstaand fellow bij Argonne National Laboratory, schetste onlangs onderzoek naar supergeleiders bij hoge temperaturen door de jaren heen in een Natuur beoordeling. Het laat zien waarom het uiteindelijke doel van het ontwikkelen van een supergeleider bij kamertemperatuur nog ver weg is.
Heb je een grote vraag? Stuur suggesties naar [email protected].