超導體和低溫導體

已知的 27 種純金屬和超過一千種不同的合金和化合物可以過渡到超導狀態。這些包括純金屬、合金、金屬間化合物和一些介電材料。

超導體

當溫度下降金屬的比電阻降低並且在非常低的（低溫）溫度下，金屬的電導率接近絕對零。

1911 年，荷蘭科學家 G. Kamerling-Onnes 在將一圈冰凍水銀冷卻至 4.2 K 時發現，水銀環的電阻突然下降到一個非常小的值，無法測量。這種電阻消失，即材料中出現無限導電性稱為超導性。

當冷卻到足夠低的溫度水平時能夠進入超導狀態的材料開始被稱為超導體。物質轉變為超導狀態的臨界冷卻溫度稱為超導轉變溫度或臨界轉變溫度 Tcr。

超導轉變是可逆的。當溫度上升到 Tc 時，材料恢復到正常（非導電）狀態。

超導體的一個特性是，一旦在超導電路中被感應，電流將沿著該電路循環很長時間（數年），其強度不會明顯降低，而且不需要從外部額外提供能量。就像永磁體一樣，這樣的電路會在周圍空間中產生磁場.

1933 年，德國物理學家 V. Meissner 和 R. Oxenfeld 證實，超導體在向超導態過渡期間成為理想的抗磁體。因此，外部磁場不會穿透超導體。如果材料向超導狀態的轉變發生在磁場中，那麼磁場就會被“推出”超導體。

已知的超導體具有非常低的臨界轉變溫度 Tc。因此，他們使用超導體的裝置必須在液氦冷卻條件下運行（氦在常壓下的液化溫度約為 4.2 DA SE）。這使製造和操作超導材料變得複雜並增加了成本。

除汞外，其他純金屬（化學元素）以及各種合金和化合物也具有超導性。然而，對於大多數金屬，如銀和銅，如果條件失效，此刻達到的低溫會變成超導。

利用超導現象的可能性取決於過渡到超導狀態的溫度 Tc 的值和磁場的臨界強度。

超導材料分為軟質和硬質。軟超導體包括純金屬，鈮、釩、碲除外。軟超導體的主要缺點是臨界磁場強度值低。

在電氣工程中，不使用軟超導體，因為它們的超導狀態在低電流密度的弱磁場中已經消失。

固體超導體包括具有扭曲晶格的合金。即使在相對高的電流密度和強磁場下，它們也能保持超導性。

固體超導體的性質是在本世紀中葉被發現的，迄今為止，其研究和應用問題一直是現代科學技術最重要的問題之一。

固體超導體具有許多功能：

根據技術性能，固體超導體分為以下幾種類型：

超導線通常覆蓋有由銅或其他高導電材料製成的“穩定”護套電以及金屬的熱量，這使得可以避免因溫度意外升高而損壞超導體的基材。

在某些情況下，使用複合超導線，其中大量超導材料細絲被包裹在銅或其他非導電材料的實心護套中。

超導薄膜材料具有特殊性能：

超導體用於製造：質量小、尺寸小、效率高的電機和變壓器；用於遠距離輸電的大型電纜線路；特別是低衰減波導；驅動電源和存儲設備；電子顯微鏡的磁透鏡；帶有印製線路的電感線圈。

以薄膜超導體為基礎創造了一些存儲設備和自動化元件和計算技術。

來自超導體的電磁線圈使獲得磁場強度的最大可能值成為可能。

冷凍探針

一些金屬在低溫（低溫）下可以達到非常小的比電阻 p 值，比常溫下的電阻小數百和數千倍。具有這些特性的材料稱為低溫導體（超導體）。

在物理上，低溫導電現象與超導現象並不相似。低溫導體在工作溫度下的電流密度是常溫下電流密度的數千倍，這決定了它們在可靠性和防爆安全性要求較高的大電流電氣設備中的應用。

低溫導體在電機、電纜等方面的應用與超導體相比具有顯著優勢。

如果在超導設備中使用液氦，則由於沸點較高和廉價的製冷劑（液氫甚至液氮），低溫導體的運行得到了保證。這簡化並降低了製造和操作設備的成本。但是，有必要考慮使用液氫時出現的技術困難，以一定的成分比例與空氣形成爆炸性混合物。

由於低溫處理器使用銅、鋁、銀、金。

來源信息：“電子材料”Zhuravleva L. V.