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为什么说超导材料将改变未来世界?

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在未来,我们可以在家里造一个磁悬浮沙发,躺在一个云朵的沙发上惬意地看电视;出门可以开磁悬浮汽车,速度可以非常快;天上甚至可以造一个磁悬浮的飞碟一样的环,可以把楼造到天上去,不需要盖地基了。未来的家居、出行都可能会带来很深切的改变。

带来这一切的改变,将离不开超导材料。那么超导材料将怎么改变生活和科学,以至于改变未来的世界呢?

AI芯天下丨为什么说超导材料将改变未来世界?

超导材料概述

超导材料是世界当代材料科学领域的前沿,我国超导材料研究主要集中在输电线缆、超导变压器、超级计算机,还有医学、生物学、能源、交通、信息等很多领域。再经过20年,我国超导材料将初步进入大规摸的实际应用与产业化。

此外,还有一种室温超导体也正在研制中、一旦成功、将对现代文明科技产生深远影响。超导体,又称为超导材料,指在某一温度下,电阻为零的导体。 超导体不仅具有零电阻的特性,另一个重要特征是完全抗磁性。

超导材料可以时间超高速,低噪音,低功率。可以用在导弹,潜艇,电磁,微波,毫米波。更直接的就是电磁炮和电磁弹射。

低温超导可以成倍率提高计算机速度。可以制造体积,质量,功率更大的电动机作为动力安装在各类载具上。每一次人类科技的高速发展都离不开新材料

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超导材料支撑未来科学和能源

①超导材料对科学非常重要。造大型的对撞机把粒子加速到人类前所未到的能量尺度就需要借助超导材料,因为超导材料是零电阻的并能提供非常强大的磁场,这种非常强大的磁场是加速粒子的重要的工具。

②超导对未来的能源也非常重要。借助超导体提供的强大的磁场约束太阳里主要的高温等离子体,不让它跟任何东西接触使它周围都是真空,热量传不出来我们就比较安全,就可能实现人工的可控的热核聚变,学名叫做托卡马克,又叫人造小太阳。

运用超导材料带来什么样的变化

①所有用到电的地方都可以换成超导材料。把整个电网全部换成超导体就不用担心输电会损耗了,很远的地方甚至整个地球都可以组成一个电网。我们可以在海上造很多发电机,把这些电全部用起来,未来可以做超级省电的超级电网,这是可以实现的其实并不遥远。

②把电脑芯片换成量子芯片,可以构造量子计算机。量子计算机可以实现的方法有很多,那么我们把芯片简单地换成超导的芯片,是最快捷最有可能实现的一个途径。量子计算机听起来很悬,好像离我们特别遥远,实际量子计算机已经悄悄地在我们生活里出现了。

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超导的应用市场

①目前超导材料在科研和生产生活中已经有很多的应用。目前,超导材料应用最广泛的就是超导电机,如果研制全电推进舰艇,必然需要超导发动机和超导电动机。此外,还有超导电磁力推进,现在国际上已有3艘超导电磁推进船试验成功。

②军事通信、电子探测、指挥等方面也会大量应用到高温超导材料。比方说雷达、通讯等电子领域大量使用的一种元器件——滤波器,它的作用是消除干扰和杂讯,但目前使用的腔体滤波器无法将其完全抑制。

③探测和精密测量方面,超导材料也有很大用途。高温超导材料由于电阻极低,其电路尺寸可以降低到普通半导体电路的1/10左右,超导线路可以完成更为复杂的线路设计和信息处理,可以更为容易地制造大尺寸的红外焦平面阵列。

④至于精密测量,超导陀螺则是将球形超导转子放入高真空的球腔内,利用超导体的抗磁性,使超导转子悬浮在空中与支撑装置脱离接触,成为真正的自由转子,消除了因机械摩擦而引起的陀螺漂移,实现理想的惯性导航功能。

超导产能发展情况

随着新型超导材料的不断发现与产业化进程加快,预计世界范围内到2020年超导产业产值将达到约1.5万亿元,其中高温超导应用将占60%-70%;超导材料为超导产业链核心、其成本约占超导产品价值的40%-50%。

超导行业发展将对超导材料产生大量需求,超导材料是超导行业的技术制高点。目前,国内超导研究与产业化水平居世界前列,超导技术取得百年来新突破有望为此行业带来巨大的变革,超导产业的万亿元市场爆发在即。

超导体未来可能的应用包括超导发电机,发电机能以接近100%的效率将输入力,如核反应堆的高压蒸汽,转化成电力。物理学家计算表明,单是在欧洲的发电站里安装这些超导发电机,就可以每年减少5300万吨的碳排放。

在未来十年里,超导体将成为一门大生意,全球超导体市场规模预计将在2020年达到380亿美元。截至2011年春,-138℃仍然是超导体所能达到的最高临界温度。我们的终极梦想是创造出能在室温下运作的超导体。

超导技术使过去很难实现的10万高斯的强磁场在现在变得实现起来相当容易。强大的超导磁体可以使观察分子、原子行为的高分辨率电子显微镜轻松制成。采用超导磁体的磁共振、人体扫描技术在医学诊断中的重要作用日益凸显。

总之,凡是需要强大均匀磁场之处,超导磁体都能成功地完成任务。现在一门实用性很强的学科—超导电子学正在迅速发展。它的发展必将给电子工业带来革命性的冲击。

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可能将见证量子时代的到来

一方面超导体一旦变成超导态,这个材料就像有金钟罩铁布衫一样,磁场进不去而磁中心会绕着它走。另一方面非常重要的是超导体还能锁住一部分磁场,磁力线能进去一部分,意味着磁场对超导材料有一定的约束力。

①超导磁悬浮列车比常规磁悬浮列车更加安全,因为常规磁悬浮列车靠的是磁极的相吸或者相斥,一旦偏离平衡点很容易脱轨。但超导磁悬浮磁通线实际上进去了一部分,磁场跟超导材料有一定的相互作用,一旦偏离轨道会把它拉回来,超导磁悬浮列车比传统的磁悬浮列车更安全也更快捷。

②利用阻抗很强的超导材料就可以造一个超导滤波器,它可以抗干扰,其实我们已经把这个超导滤波器放到天上去了,在天宫二号上就放了一个超导滤波器。当然超导滤波器不是用来跟外星人通讯,而是我们自己有一些比较秘密的通讯,不能让大家知道的,可以说超导让通讯更加安全。

③超导还会让量子应用变得更加日常。现在用的手机、电脑芯片都是半导体芯片,如果把半导体芯片换成超导材料,利用超导材料量子相干的性质制作量子芯片,那这种芯片控制的就不是电子通过不通过了,而是某一个特殊的量子通过不通过。

结尾:

目前的研发是根据市场需要和牵引,不断进行改进和创新;未来超导材料将被应用于磁悬浮列车、空间站、兵器、部分汽车行业、用于污水处理与探矿等众多领域,将全面融入未来人类生活。新材料是国家优先发展的战略性新兴产业,自主创新还需再接再厉,攻坚克难任重而道远。

(来源:互联网)

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