Какими характеристиками обладают сверхпроводящие материалы?

Сверхпроводящий материал - это материал, который ниже определенной очень низкой температуры не имеет никакого электрического сопротивления. Таким образом, сверхпроводящий провод представляет собой отрезок провода, изготовленного из сверхпроводящих материалов. В то время как большинство проводов сделаны из гибких металлов, некоторые из лучших материалов для сверхпроводников являются хрупкими, поэтому для использования они должны быть упакованы в виде порошка в трубу. Сверхпроводящий провод полезен, потому что он допускает более высокую плотность тока, чем традиционные провода. Однако, как и другим сверхпроводникам, для работы сверхпроводящего провода требуются очень низкие температуры, и процесс охлаждения может быть довольно дорогим.

Высокая плотность тока является одним из основных соображений при проектировании схем и очень важна при разработке небольших интегрированных микросхем для портативных электронных устройств. Плотность тока можно просто описать как плотность электрического заряда, протекающего через проводящий материал. Из-за электрического сопротивления большинство типов проводников выделяют большое количество тепла при особенно высоких плотностях тока. Сверхпроводящий провод, с другой стороны, не имеет электрического сопротивления, поэтому выпуск избыточного тепла не является проблемой. Сверхпроводящий провод, однако, может генерировать уровни плотности тока настолько высокие, что они создают магнитное поле, которое может оказывать вредное влияние на сверхпроводимость.

Одной из основных проблем успешного внедрения сверхпроводящих проводов является необходимость экстремально низких температур. Сверхпроводящие материалы теряют свою сверхпроводимость и начинают иметь электрическое сопротивление выше определенной пороговой температуры, поэтому важно, чтобы материалы сохранялись ниже этой температуры. Многие типы сверхпроводящих проводов должны храниться при температуре значительно ниже 30 Кельвинов (-406 ° F), что требует использования жидкого гелия или жидкого азота. Некоторые типы сверхпроводников, в явлении, известном как «высокотемпературная сверхпроводимость», могут функционировать при температурах до 125 Кельвинов (-235 ° F). Охлаждение таких сверхпроводящих материалов, хотя и не является простой задачей, обходится дешевле, чем управление крайне низкими температурами, необходимыми для других.

К сожалению, довольно трудно превратить многие формы сверхпроводников, особенно высокотемпературные сверхпроводники, в сверхпроводящий провод. Многие высокотемпературные сверхпроводящие материалы довольно хрупкие, поэтому их превращение в типичные гибкие провода не представляется возможным. Часто необходимо заполнить трубку порошковой формой сверхпроводящего материала. Во многих случаях порошок заключен в металлическую форму, нагрет и спрессован в широкую плоскую проволоку. Такой сверхпроводящий провод не обладает гибкостью традиционного провода, но, тем не менее, может быть иметь практическое применение.