La importancia histórica y las aplicaciones de los superconductores a temperatura ambiente
La revista "Nature" de 2018 ha seleccionado las diez mejores figuras del año. En la cima de las diez primeras se encuentra el genio científico chino Cao Yuan, de 22 años. El 5 de marzo de 2018, "Nature" publicó dos artículos de gran éxito sobre el grafeno de "ángulo mágico" con Cao Yuan como primer autor consecutivo. Este graduado de la promoción Junior de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y estudiante de doctorado en el Instituto de Tecnología de Massachusetts en Estados Unidos descubrió que cuando dos capas de grafeno paralelas se apilan en un ángulo sutil de aproximadamente 1,1°, se produce un efecto mágico. Se producirá un efecto superconductor. Este descubrimiento causó sensación en la comunidad académica internacional y abrió directamente un nuevo campo de la física de la materia condensada. Hoy en día, innumerables estudiosos intentan repetir y ampliar sus investigaciones.
La revista "Nature" es la revista científica más importante del mundo. Poder publicar artículos en Nature es el sueño de muchos científicos nacionales y extranjeros. Esta selección anual de 2018 reconoció a este joven que nació en 1995. El descubrimiento del científico Cao Yuan ocupó el primer lugar del artículo anual, lo que demuestra la importancia que la comunidad científica concede a este descubrimiento. La portada de este número de "Nature" se basa en el concepto de "ángulo mágico" del grafeno.
Uno de los aspectos más interesantes de la investigación sobre el grafeno del "ángulo mágico" es su importancia teórica para los superconductores de alta temperatura. Aunque también se realiza en un estado cercano a los 0 grados absolutos, es extremadamente resistente. De forma sencilla simula las propiedades de los superconductores de alta temperatura. La investigación sobre superconductores de alta temperatura es de gran importancia. Los superconductores de alta temperatura generalmente se refieren a objetos cuya temperatura crítica superconductora es mayor que la temperatura del nitrógeno líquido (menos 196 grados). Por el contrario, los objetos cuya temperatura superconductora crítica oscila entre 0 grados absolutos y menos 196 grados son superconductores de baja temperatura. Ahora la gente tiene relativamente claro la investigación sobre superconductores de baja temperatura, pero los principios físicos superconductores de los superconductores de alta temperatura y la física de la materia condensada relacionada son áreas aún desconocidas en la física. La investigación sobre el grafeno del "ángulo mágico" puede romper este status quo y convertirse en un hito en la investigación de superconductores a temperatura ambiente.
En 1911, el científico holandés Camerin descubrió la superconductividad del mercurio, descubriendo así el fenómeno de la superconductividad. Sólo dos años después, en 1913, ganó el Premio Nobel. y se convirtió en el fundador de la física de bajas temperaturas. El estudio del grafeno en el "ángulo mágico" demuestra una vez más que cualquier investigación en el campo de los superconductores puede afectar los nervios de todas las ciencias naturales.
¿Cuál es la importancia de los superconductores a temperatura ambiente? En pocas palabras, dondequiera que se utilice la electricidad, tendrá un significado trascendental. Cuando los superconductores alcancen la superconductividad a temperatura ambiente, sus aplicaciones penetrarán en todos los aspectos de la vida. Fingertip Technology quiere hacer un balance con usted:
1. Aparatos eléctricos superconductores. Los superconductores no tienen resistencia y facilitarían enormemente el uso de las tecnologías electrónicas existentes. Todas nuestras tecnologías electrónicas aplicadas diariamente se basan en circuitos con resistencias. Dado que el consumo de electricidad generada por las resistencias es extremadamente grande, la gente ha invertido innumerables recursos para resolver el problema de disipación de calor causado por las resistencias. Las computadoras se convertirán en computadoras superconductoras. Imagine que su computadora no tiene resistencia y ya no necesita disipación de calor. La computadora puede ser más delgada y liviana. Al utilizar circuitos integrados que utilizan transistores superconductores, la velocidad de las computadoras se puede aumentar directamente decenas o cientos de veces, la eficiencia del consumo de electricidad es mayor, el consumo de electricidad en el hogar se reduce directamente, las bombillas son más brillantes y los autos eléctricos funcionan; Pronto, el uso de aparatos eléctricos se volverá más conveniente y se podrán utilizar más componentes eléctricos finos en nuestras vidas. Se dice que muchas empresas ya están investigando ordenadores superconductores y ordenadores cuánticos.
2. Computadora cuántica. Hasta ahora se han desarrollado dos ordenadores cuánticos, uno basado en tecnología de láser electromagnético y el otro en tecnología de microondas superconductoras. Entre ellos, la computadora cuántica de IBM basada en tecnología de microondas superconductoras ha permitido a la gente ver la viabilidad de los superconductores en el campo de la informática.
3. Generación de energía superconductora. Actualmente, los generadores superconductores tienen dos significados. Un significado es reemplazar los devanados de cobre de los generadores ordinarios con devanados superconductores para aumentar la densidad de corriente y la intensidad del campo magnético, lo que tiene las ventajas de una gran capacidad de generación de energía, tamaño pequeño, peso ligero, pequeña reactancia y alta eficiencia. Otro significado se refiere al generador de fluido magnético superconductor. El generador de fluido magnético tiene las ventajas de una alta eficiencia y una gran capacidad de generación de energía. Sin embargo, los imanes tradicionales producirán grandes pérdidas durante el proceso de generación de energía, mientras que los imanes superconductores tienen pequeñas pérdidas y pueden compensar. por esta deficiencia. Minimizar las pérdidas en la generación de energía también puede facilitar la descarga de energía. Quizás muchas fuentes de energía que nos rodean puedan usarse como componentes de generación de energía para proporcionar electricidad diaria, como la energía solar y la energía deportiva.
4. Transmisión de energía superconductora: los cables superconductores y los transformadores superconductores hechos de materiales superconductores pueden transmitir energía a los usuarios casi sin pérdidas.
Según las estadísticas, cuando se utilizan conductores de cobre o aluminio para transmitir electricidad, alrededor del 15% de la energía eléctrica se pierde en la línea de transmisión. Sólo en China, la pérdida de energía anual alcanza más de 100 mil millones de kWh. Si pasamos a la transmisión de energía superconductora, la energía ahorrada equivaldrá a construir docenas de grandes centrales eléctricas.
5. Transporte Maglev. Tren maglev superconductor: Utilizando las propiedades diamagnéticas de los materiales superconductores, el material superconductor se coloca sobre un imán permanente. Dado que las líneas del campo magnético del imán no pueden pasar a través del superconductor, se generará una fuerza repulsiva entre el imán y el superconductor, lo que provocará. el superconductor flote sobre el imán. Este efecto de levitación magnética se puede utilizar para crear trenes maglev superconductores de alta velocidad. Coche Maglev: Se dice que este tipo de coche ha sido inventado, pero si la tecnología superconductora madura, podrá entrar en la fase práctica. Neumáticos de levitación magnética Se informa que el prototipo de neumáticos de levitación magnética fue inventado por un joven chino. Tiene características de alto rendimiento que los neumáticos actuales no tienen. También existen hoverboards magnéticos, que pueden sustituir nuestra caminata diaria.
6. Maquinaria de levitación magnética. La aplicación de características de levitación magnética a la investigación y el desarrollo mecánicos puede hacer que componentes importantes no tengan fricción, la eficiencia de frenado y la velocidad de la maquinaria aumentarán considerablemente y puede realizar muchas funciones que la maquinaria existente no puede realizar.
7. Edificio Maglev. La tecnología de levitación magnética permite a los humanos utilizar el espacio de manera más eficiente. Quizás vivir en el cielo ya no sea un sueño para los humanos en el futuro. Cuando las necesidades diarias estén equipadas con tecnología de levitación magnética, nuestras vidas serán extremadamente cómodas.
8. Tratamiento médico superconductor. Se dice que la industria médica cuenta ahora con un espectrómetro magnético superconductor que puede diagnosticar muchas enfermedades importantes.
9. Reactor de fusión nuclear "recinto magnético": durante la reacción de fusión nuclear, la temperatura interna alcanza entre 100 y 200 millones de grados centígrados. Ningún material convencional puede contener estas sustancias. El fuerte campo magnético generado por los superconductores se puede utilizar como un "recinto magnético" para rodear y confinar el plasma de temperatura ultraalta en reactores termonucleares y luego liberarlo lentamente, haciendo de la energía de fusión nuclear controlada una nueva y prometedora fuente de energía en el siglo XXI. . Debido a la amplia gama de materias primas para la fusión nuclear, se espera que el problema energético esté completamente resuelto. Incluso serán posibles los viajes espaciales de larga distancia.
10. Simulación de gravedad superconductora. No hay gravedad en una nave espacial, lo que limita en gran medida el movimiento de los astronautas en la nave espacial. Si pueden caminar sobre un terreno plano en una nave espacial, será muy importante para las operaciones de los astronautas e incluso para el significado de la vida en la nave espacial. Quizás sea posible simular este efecto gravitacional mediante la fuerza de superconductores a temperatura ambiente.
Se puede ver que una vez que madure la tecnología de superconductores de temperatura normal, definitivamente habrá una súper revolución tecnológica y el mundo entero cambiará a partir de ahora. Bienvenido a seguir Zhijian Technology (cuenta pública). Si tiene otras ideas, puede dejar un comentario.