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    為什么說超導材料將改變未來世界?

    放大字體  縮小字體 發布日期:2019-06-04  來源:中國機電產品交易網
    核心提示:機電行業;原材料;量子時代
           在未來,我們可以在家里造一個磁懸浮沙發,躺在一個云朵的沙發上愜意地看電視;出門可以開磁懸浮汽車,速度可以非常快;天上甚至可以造一個磁懸浮的飛碟一樣的環,可以把樓造到天上去,不需要蓋地基了。未來的家居、出行都可能會帶來很深切的改變。
     
           帶來這一切的改變,將離不開超導材料。那么超導材料將怎么改變生活和科學,以至于改變未來的世界呢?
     
          AI芯天下丨為什么說超導材料將改變未來世界?
     
          超導材料概述
     
          超導材料是世界當代材料科學領域的前沿,我國超導材料研究主要集中在輸電線纜、超導變壓器、超級計算機,還有醫學、生物學、能源、交通、信息等很多領域。再經過20年,我國超導材料將初步進入大規摸的實際應用與產業化。
     
          此外,還有一種室溫超導體也正在研制中、一旦成功、將對現代文明科技產生深遠影響。超導體,又稱為超導材料,指在某一溫度下,電阻為零的導體。 超導體不僅具有零電阻的特性,另一個重要特征是完全抗磁性。
     
          超導材料可以時間超高速,低噪音,低功率。可以用在導彈,潛艇,電磁,微波,毫米波。更直接的就是電磁炮和電磁彈射。
     
          低溫超導可以成倍率提高計算機速度。可以制造體積,質量,功率更大的電動機作為動力安裝在各類載具上。每一次人類科技的高速發展都離不開新材料。
     
          AI芯天下丨為什么說超導材料將改變未來世界?
     
          超導材料支撐未來科學和能源
     
          ①超導材料對科學非常重要。造大型的對撞機把粒子加速到人類前所未到的能量尺度就需要借助超導材料,因為超導材料是零電阻的并能提供非常強大的磁場,這種非常強大的磁場是加速粒子的重要的工具。
     
           ②超導對未來的能源也非常重要。借助超導體提供的強大的磁場約束太陽里主要的高溫等離子體,不讓它跟任何東西接觸使它周圍都是真空,熱量傳不出來我們就比較安全,就可能實現人工的可控的熱核聚變,學名叫做托卡馬克,又叫人造小太陽。
     
           運用超導材料帶來什么樣的變化
     
          ①所有用到電的地方都可以換成超導材料。把整個電網全部換成超導體就不用擔心輸電會損耗了,很遠的地方甚至整個地球都可以組成一個電網。我們可以在海上造很多發電機,把這些電全部用起來,未來可以做超級省電的超級電網,這是可以實現的其實并不遙遠。
     
          ②把電腦芯片換成量子芯片,可以構造量子計算機。量子計算機可以實現的方法有很多,那么我們把芯片簡單地換成超導的芯片,是最快捷最有可能實現的一個途徑。量子計算機聽起來很懸,好像離我們特別遙遠,實際量子計算機已經悄悄地在我們生活里出現了。
     
           AI芯天下丨為什么說超導材料將改變未來世界?
     
          超導的應用市場
     
           ①目前超導材料在科研和生產生活中已經有很多的應用。目前,超導材料應用最廣泛的就是超導電機,如果研制全電推進艦艇,必然需要超導發動機和超導電動機。此外,還有超導電磁力推進,現在國際上已有3艘超導電磁推進船試驗成功。
     
          ②軍事通信、電子探測、指揮等方面也會大量應用到高溫超導材料。比方說雷達、通訊等電子領域大量使用的一種元器件——濾波器,它的作用是消除干擾和雜訊,但目前使用的腔體濾波器無法將其完全抑制。
     
           ③探測和精密測量方面,超導材料也有很大用途。高溫超導材料由于電阻極低,其電路尺寸可以降低到普通半導體電路的1/10左右,超導線路可以完成更為復雜的線路設計和信息處理,可以更為容易地制造大尺寸的紅外焦平面陣列。
     
          ④至于精密測量,超導陀螺則是將球形超導轉子放入高真空的球腔內,利用超導體的抗磁性,使超導轉子懸浮在空中與支撐裝置脫離接觸,成為真正的自由轉子,消除了因機械摩擦而引起的陀螺漂移,實現理想的慣性導航功能。
     
          超導產能發展情況
     
          隨著新型超導材料的不斷發現與產業化進程加快,預計世界范圍內到2020年超導產業產值將達到約1.5萬億元,其中高溫超導應用將占60%-70%;超導材料為超導產業鏈核心、其成本約占超導產品價值的40%-50%。
     
           超導行業發展將對超導材料產生大量需求,超導材料是超導行業的技術制高點。目前,國內超導研究與產業化水平居世界前列,超導技術取得百年來新突破有望為此行業帶來巨大的變革,超導產業的萬億元市場爆發在即。
     
          超導體未來可能的應用包括超導發電機,發電機能以接近100%的效率將輸入力,如核反應堆的高壓蒸汽,轉化成電力。物理學家計算表明,單是在歐洲的發電站里安裝這些超導發電機,就可以每年減少5300萬噸的碳排放。
     
           在未來十年里,超導體將成為一門大生意,全球超導體市場規模預計將在2020年達到380億美元。截至2011年春,-138℃仍然是超導體所能達到的最高臨界溫度。我們的終極夢想是創造出能在室溫下運作的超導體。
     
           超導技術使過去很難實現的10萬高斯的強磁場在現在變得實現起來相當容易。強大的超導磁體可以使觀察分子、原子行為的高分辨率電子顯微鏡輕松制成。采用超導磁體的磁共振、人體掃描技術在醫學診斷中的重要作用日益凸顯。
     
           總之,凡是需要強大均勻磁場之處,超導磁體都能成功地完成任務。現在一門實用性很強的學科—超導電子學正在迅速發展。它的發展必將給電子工業帶來革命性的沖擊。
     
           AI芯天下丨為什么說超導材料將改變未來世界?
     
           可能將見證量子時代的到來
     
           一方面超導體一旦變成超導態,這個材料就像有金鐘罩鐵布衫一樣,磁場進不去而磁中心會繞著它走。另一方面非常重要的是超導體還能鎖住一部分磁場,磁力線能進去一部分,意味著磁場對超導材料有一定的約束力。
     
           ①超導磁懸浮列車比常規磁懸浮列車更加安全,因為常規磁懸浮列車靠的是磁極的相吸或者相斥,一旦偏離平衡點很容易脫軌。但超導磁懸浮磁通線實際上進去了一部分,磁場跟超導材料有一定的相互作用,一旦偏離軌道會把它拉回來,超導磁懸浮列車比傳統的磁懸浮列車更安全也更快捷。
     
          ②利用阻抗很強的超導材料就可以造一個超導濾波器,它可以抗干擾,其實我們已經把這個超導濾波器放到天上去了,在天宮二號上就放了一個超導濾波器。當然超導濾波器不是用來跟外星人通訊,而是我們自己有一些比較秘密的通訊,不能讓大家知道的,可以說超導讓通訊更加安全。
     
          ③超導還會讓量子應用變得更加日常。現在用的手機、電腦芯片都是半導體芯片,如果把半導體芯片換成超導材料,利用超導材料量子相干的性質制作量子芯片,那這種芯片控制的就不是電子通過不通過了,而是某一個特殊的量子通過不通過。
     
          結尾:
     
          目前的研發是根據市場需要和牽引,不斷進行改進和創新;未來超導材料將被應用于磁懸浮列車、空間站、兵器、部分汽車行業、用于污水處理與探礦等眾多領域,將全面融入未來人類生活。新材料是國家優先發展的戰略性新興產業,自主創新還需再接再厲,攻堅克難任重而道遠。
     
     
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