Список низкотемпературных сверхпроводящих материалов
Введение
Низкотемпературные сверхпроводящие материалы демонстрируют сверхпроводимость при температуре ниже 30 К, обычно требуя охлаждения жидким гелием. Эти материалы необходимы для передовых технологий, таких как физика высоких энергий, медицинская визуализация и ядерный синтез. Критическая температура (Tc) - это порог, ниже которого материал становится сверхпроводящим, и она играет важную роль в определении практического применения каждого материала.
Металлы
Ниобий (Nb) - критическая температура (Tc): 9.3K
Ниобий - наиболее часто используемый низкотемпературный сверхпроводящий металл. Он часто используется в тонких пленках и твердых растворах в бета-фазе, что делает его ценным для слабых электрических компонентов и сверхпроводящих магнитов. Его высокая Тс (9,3 К) делает его практичным в областях, требующих низкого электрического сопротивления и сильных магнитных полей.
Сплавы
NbTi (ниобий-титан) - критическая температура (Tc): 9.2K
NbTi - наиболее широко используемый сверхпроводящий сплав, составляющий около 95 % низкотемпературных сверхпроводящих материалов. Он сочетает в себе сильные сверхпроводящие свойства с хорошими механическими характеристиками, что делает его идеальным для:
- ускорителей для физики высоких энергий
- Магнитно-резонансные томографы (МРТ)
- Устройства магнитного удержания плазмы
NbZr (ниобий-цирконий) - критическая температура (Tc): 11K
NbZr был одним из первых разработанных сверхпроводящих сплавов, хотя в настоящее время он в значительной степени заменен NbTi. Его применение по-прежнему актуально в некоторых промышленных процессах, требующих умеренных температур и особых механических свойств.
Соединения
NbN (нитрид ниобия) - критическая температура (Tc): 16K
NbN известен своей стабильностью и обычно используется в тонких пленках. Он хорошо работает в слабых электрических компонентах и высокопольных магнитных системах, что делает его предпочтительным выбором для приложений, требующих долгосрочной надежности.
Nb₃Sn (ниобий-олово) - критическая температура (Tc): 18.1K
Несмотря на свою хрупкость, Nb₃Sn является одним из самых важных соединений для высокопольных магнитов. Он используется в таких устройствах, как реакторы ядерного синтеза и ускорители частиц, где необходимы сильные магнитные поля. Nb₃Sn может выдерживать сильные магнитные воздействия, хотя его обработка может быть сложной.
V₃Ga (ванадий-галлий) - критическая температура (Tc): 16.8K
V₃Ga используется в высокопольных магнитах, как и Nb₃Sn. Он имеет несколько иные механические свойства, что делает его пригодным для конкретных технических применений. Как и другие соединения, он предпочитается за способность хорошо работать в сильных магнитных полях.
Таблица.1 Низкотемпературные сверхпроводящие материалы
| Материал | Критическая температура (Tc) |
| NbTi (ниобий-титан) | 9.2K |
| Ниобий (Nb) | 9.3K |
| NbZr (ниобий-цирконий) | 11.0K |
| NbN (нитрид ниобия) | 16.0K |
| VGa (ванадий-галлий) | 16.8K |
| NbSn (ниобий-олово) | 18.1K |
Области применения низкотемпературных сверхпроводников
Низкотемпературные сверхпроводники играют важную роль в различных отраслях промышленности и научного прогресса. Их применение включает в себя:
- Физика высоких энергий: Такие материалы, как NbTi, используются в ускорителях частиц и устройствах для удержания плазмы благодаря их способности генерировать и поддерживать сильные магнитные поля.
- Медицинская визуализация: Сверхпроводники NbTi важны для аппаратов МРТ, где они помогают создавать мощные магнитные поля, необходимые для визуализации внутренних структур тела.
- Ядерный синтез: Nb₃Sn необходим для производства высокополевых магнитов в термоядерных реакторах, поддерживая усилия по созданию технологии управляемого магнитом ядерного синтеза.
Заключение
В области низкотемпературных сверхпроводящих материалов взаимодействие металлов, сплавов и соединений открыло множество возможностей для применения в научной, медицинской и военной сферах. По мере того как мы преодолеваем холодные ландшафты жидкого гелия, поиск более высоких критических температур и более экономически эффективных методов работы заставляет эту область двигаться вперед. Stanford Advanced Materials остается на переднем крае этих инноваций, внося свой вклад в эволюцию низкотемпературных сверхпроводящих материалов и их разнообразных применений.
