vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao

Băng keo tesa ® ACX plus có đặc tính là khả năng siêu dính. Các thử thách khắc nghiệt như lực gió mạnh, tuyết phủ cao và lực kéo do trọng lượng lớn của các bộ phận được kết dính băng keo tesa ® ACX plus đều vượt qua được dễ dàng.. tesa ® ACX plus có độ kết dính cao và bền trên các vật liệu có các đặc I. BÔI TRƠN. 1. Các khái niệm. Chất dẻo là vật liệu cao phân tử dễ uốn. - Tính dẻo là khả năng bị biến dạng khi chịu nhiệt và áp suất bên ngoài mà vẫn giữ nguyên độ biến dạng đó khi tác dụng hết. NÔNG NGHIỆP - THỰC PHẨM +. Thực phẩm, Thức ăn. Nuôi trồng, Sau thu hoạch. Đồ hộp, Rượu Bia, Nước uống. THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU +. Khảo sát, Hiện trường. Cốt liệu, Cát và Đá. Nhựa đường, Bê tông nhựa. VẬT LÝ TRỊ LIỆU BTL-4000 Smart & Premium. VẬT LÝ TRỊ LIỆU HandsFree Sono® VẬT LÝ TRỊ LIỆU Thủy trị liệu. VẬT LÝ TRỊ LIỆU Laser Cường Độ Cao. SẢN PHẨM MỚI. Liệu Pháp Sóng Tần Số Radio Nhắm Đích . Tìm hiểu thêm. TĂNG NHIỆT MÔ. Liệu Pháp Sóng Tần Số Radio Nhắm Đích CẤU TRÚC TẤM ỐP ANPRO. 1 - Màng vân trang trí chất lượng cao 2 - Nguyên liệu an toàn từ bột đá siêu mịn và nhựa nguyên sinh 3 - Cấu trúc ô rỗng giúp cách âm và cách nhiệt tốt 4 - Kết cấu hèm khóa giúp dễ dàng lắp đặt trên mọi bề mặt. Phân loại rác và hướng dẫn xử lý: Cần được thu gom cùng "Rác materi pai kelas 4 semester 2 kurikulum merdeka. Hiện tượng siêu dẫn nhiệt độ cao được nhóm chúng em tìm hiểu với mong muốn được nâng cao hiểu biết của mình về hiện tượng siêu dẫn nhiệt độ cao, nhanh chóng tiếp cận với những kiến thức và những ứng dụng mới lạ của hiện tượng này trong khoa học đời sống. Trong bài tiểu luận này, chúng em có trình bày về những khái niệm có liên quan đến hiện tượng siêu dẫn, vài nét lịch sử về hiện tượng siêu dẫn nhiệt độ cao, một số tính chẩt của vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao, cấu trúc và tính chất của một số hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao chứa đồng và oxy điển hình và cuối cùng là các ứng dụng của siêu dẫn nhiệt độ cao. Qua tài liệu này có thể giúp các bạn có một cái nhìn tổng quát, cụ thể hơn về hiện tượng này cũng như biết thêm được những điều mới lạ, thú vị trong việc ứng dụng vào công nghệ hiện đại ngày nay. Hy vọng tài liệu này sẽ là một tư liệu bổ ích giúp cho các bạn sinh viên có mong muốn tìm hiểu thêm về hiện tượng siêu dẫn nhiệt độ cao - một vấn đề còn rất nhiều điều kỳ bí. Do thời gian thực hiện đề tài không nhiều và những kiến thức hiện có còn hạn chế của nhóm nên đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cùng các bạn để đề tài được phong phú và hoàn thiện hơn. Sinh viên thực hiện nhóm 3 lớp C14VL01 Nguyễn Thị Luyến Nguyễn Thị Tuyết Lan Bình Dương, Ngày 30 tháng 10 năm 2016 Thời sơ khai này, người ra mới biết một đặc tính của chất siêu dẫn, đó là nếu tuyển một dòng điện vào một mạch làm bằng chất liệu siêu dẫn thì dòng điện sẽ chạy trong đó mãi mà không suy giảm, vì nó không gặp một trở kháng nào trên đường đi, nghĩa là năng lượng điện không bị tiêu hao trong quá trình chuyển tải điện từ nơi này sang nơi khác. Đây được coi như một dạng chuyển động vĩnh cửu trong điện năng. Đặc tính trên, được gọi là Đặc tính riêng thứ nhất của chất siêu dẫn. Tính dẫn điện nghĩa là các điện tử tách ra khỏi nguyên tử của chúng và di chuyển trong cấu trúc tinh thể chất dẫn điện đồng, nhôm, sắt khi điện tử va chạm phải nguyên tử trên đường đi trong chất dẫn điện thì sinh ra điện trở làm tổn thất điện năng. Sự tổn thất ấy lên tới 15% và 20%. Như vậy, nếu ứng dụng chất siêu dẫn vào chuyển tải điện năng từ nhà máy điện đến người tiêu dùng, sẽ tiết kiệm được rất nhiều cho xã hội. Nhưng trở ngại là chất siêu dẫn chỉ xuất hiện khi ở nhiệt độ rất thấp, chỉ một vài độ trên không độ tuyệt đối 0 độ K, tức âm 273 độ C; cụ thể, nhiệt độ mà người ta đã ghi lại được ở chất siêu dẫn nêu trên là 23 độ K và phải dùng khí Helium hoá lỏng để làm lạnh, đó là một chất phức tạp và đắt tiền, đòi hỏi phải tìm ra những chất siêu dẫn mới, thích hợp, khắc phục nhược điểm trên. Hội Vật lý Mỹ American Physical Society Ảnh - Đến tháng 1/1986 tại Zurich, hai nhà khoa học Alex Muller và Georg Bednorz tình cờ phát hiện ra một chất gốm mà các yếu tố cấu thành là Lantan, Đồng, Bari, Oxit kim loại. Chất gốm này trở nên siêu dẫn ở nhiệt độ 35 độ K. Một thời gian ngắn sau, các nhà khoa học Mỹ lại phát hiện ra những chất gốm tạo thành chất siêu dẫn ở nhiệt độ tới 98 độ K. Điều quan trọng là chúng làm lạnh bằng Nitơ hoá lỏng. Đó là một thứ rẻ tiền và dễ thao tác hơn so với Helium lỏng. Người ta gọi đó là những chất siêu dẫn mới. Kết quả này kích thích các nhà khoa học đua nhau đi tìm chất gốm có đặc tính siêu dẫn ở nhiệt độ K ngày càng cao để mang lại sự thuận tiện và đỡ tốn kém khi ứng dụng siêu dẫn vào đời sống... - Năm 1987, Hội Vật lý Mỹ American Physical Society mở Hội nghị khoa học tại New York với sự hiện diện của nhiều nhà vật lý nổi tiếng Hoa Kỳ và nhiều nước trên thế giới. Người ta trao đổi đến những nét mới của siêu dẫn mà một trong số đó là hiện tượng những đĩa "gốm treo" lơ lửng trên các nam châm, người ta gọi đó là "hiệu ứng Meissner". Hiệu ứng này ngăn cản từ trường thâm nhập vào bề mặt chất siêu dẫn, vì thế, làm cho đĩa gốm tự nâng lên và lơ lửng trên các nam châm; nhưng nếu là một từ trường mạnh thì vẫn có thế thắng được sức đẩy, khi đó nó phá huỷ đặc tính siêu dẫn của vật liệu. Như vậy, những chất gốm siêu dẫn tỏ ra dễ bị ảnh hưởng bởi từ trường mạnh. Đồng thời, nguyên lý Magnetic Levitation maglev cũng được đề cập đến, nguyên lý này dựa vào từ trường do các tấm nam châm siêu dẫn sinh ra khi duy trì được nhiệt độ rất thấp. Ở nhiệt độ ấy, mọi trở kháng không còn nam châm trở thành siêu dẫn và tạo ra từ trường cực mạnh. Thí nghiệm nguyên lý Magnetic Levitation Ảnh replogle-globes Từ kết quả trên cùng với những nghiên cứu khác, người ta kết luận Những chất siêu dẫn nhiệt độ thấp có thể tạo ra những từ trường rất mạnh và gọi chung đó là đặc tính riêng thứ hai của siêu dẫn. Mọi chất siêu dẫn đều làm ra từ trường; mặt khác, dòng điện chạy trong chất siêu dẫn lại không gặp phải một kháng trở nào, do đó từ trường siêu dẫn sản sinh ra rất mạnh. Nhờ đó mà ngay nay, con người có thể tạo ra từ trường nhân tạo mạnh gấp tới 200 ngàn lần so với từ trường của Trái đất. - Cũng tại hội nghị khoa học này, các nhà khoa học còn thảo luận tới phát minh mới về chất siêu lỏng nó cũng hoạt động ở nhiệt độ rất thấp, tới giới hạn tối đa của độ âm và nó không có độ bám dính, nghĩa là không có ma sát, nếu tác động quay tròn, chúng sẽ không dừng lại. Đây cũng được coi như dạng một chuyển động vĩnh cửu trong chất lỏng. Từ những trình bầy trên, ta có thể định nghĩa Chất siêu dẫn là những chất tồn tại ở nhiệt độ cực thấp, khi dòng điện chạy qua không có kháng trở. Cả hai thứ siêu dẫn và siêu lỏng đều là những lĩnh vực hấp dẫn của vật lý đương đại, từ đây, người ta nhanh chóng nhận ra tiềm năng to lớn của chúng. Cũng phải nói thêm rằng, những năm về trước, người ta biết đến chất gốm siêu dẫn là một hỗn hợp cấu thành từ các kim loại, hợp kim, oxit kim loại như đồng Cu, niobium Nb... trong tương lai, chắc chắn còn tìm ra nhiều chất gốm siêu dẫn ưu việt khác nữa và nhiệt độ cấu thành lên nó ngày một cao. Cho đến nay, nhiệt độ cao nhất có thể đạt được với một chất gốm siêu dẫn mới là 125 độ K. Nhưng thực tế cho thấy, những chất gốm được tạo thành siêu dẫn ở nhiệt độ độ cao hơn 100 độ K lại tỏ ra không được ổn định vì nó nhanh chóng mất đi tính siêu dẫn. Đây là một trong những trở ngại lớn trên con đường chinh phục siêu dẫn. Sự phá huỷ đặc tính siêu dẫn khi ảnh hưởng bởi từ trường mạnh được giải thích như sau Đó là do "vòng xoáy từ" tức là những đường từ tính chuyển động bên trong chất liệu, như những xoáy nước đi trong dòng nước, những xoáy này di chuyển, tạo ra những điện trường ngăn chặn dòng điện di chuyển tự do, vì thế sinh ra mất tính siêu dẫn của vật liệu. - Ngoài những trở ngại như chất siêu dẫn chỉ xuất hiện ở nhiệt độ thấp, và chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao hơn 100 độ K lại không ổn định; một trở ngại khác nữa đòi hỏi phải sớm vượt qua, đó là, chất siêu dẫn được làm nên dưới dạng một loại bột, có thể nén lại thành một chất rắn nhưng rất giòn. Để dễ ứng dụng, ta cần biến nó dưới dạng "một sợi dây", nhưng tính giòn làm cản trở cho ý đồ kỹ thuật này. Tuy nhiên, dựa vào công nghệ làm vi mạch, người ta bắt chước cách làm đó và tiến hành như sau Phun chất bột này thành một lớp mỏng lên nền một chất liệu khác gọi là đế tức là rải những yếu tố cấu thành gốm lên cái đế. Nhờ đó có thể tạo ra thành "dạng giây" và có thể uốn lượn đường dây theo ý muốn trên mặt phẳng. Tuy nhiên, không được bẻ cong vì dễ tạo ra sự đoản mạch. - Từ đặc tính riêng thứ hai của siêu dẫn đã mở ra nhiều hướng ứng dụng và các nhà công nghiệp tỏ ra hào hứng nhẩy vào cuộc săn tìm công nghiệp mới từ siêu dẫn. Họ hướng vào một số lĩnh vực ứng dụng chính sau + Dựa vào "nam châm siêu dẫn", người Nhật và người Đức thiết kế ra các đoàn tầu chạy trên đệm từ. Người Nhật đã thử nghiệm với khoảng 3 - 4 công nghệ tầu chạy trên đệm từ khác nhau, lấy tên là Maglev dựa theo thực hiện phép nâng điện - động lực học bằng cách tạo ra 2 từ trường đối nhau giữa các nam châm siêu dẫn đặt trên con tầu và những cuộn dây lắp trong đường ray hình chữ U bằng bê tông. High Một con tàu của Nhật ứng dụng hệ thống Speed Surface transport - HSST Ảnh bobbea Sau đây là một hình mẫu nhiều triển vọng nhất đã thử nghiệm đến lần thứ ba, có thông số kỹ thuật tầu chạy từ Tokyo đến Osaka cách nhau khoảng 500km, mục tiêu chở 100 khách chạy trong một giờ. Từ trường do nam châm siêu dẫn tạo ra cực mạnh đủ để nâng con tầu lên 10 cm khỏi đường ray. Đường ray có mặt cắt hình chữ U, trên nó có lắp 3 cuộn dây từ, được cung cấp điện bởi các trạm nguồn đặt dưới đất dọc đường tầu. Nam châm siêu dẫn đặt trên tầu và đặt trong những bình chứa Helium đã hoá lỏng, tạo ra nhiệt độ thấp là 269 độ dưới không độ, khi có dòng điện đi qua, sinh ra một từ trường khoảng 4,23 tesla nâng tầu bổng lên trong khung đường ray chữ U. Nhờ lực hút và lực đẩy xen kẽ giữa hai cực Nam - Bắc của cuộn giây và nam châm, con tầu cứ thế tiến lên phía trước. Điều khiển tốc độ nhờ điều chỉnh biến đổi tần số dòng điện trong cuộn dây từ 0 đến 50 Hz và điều chỉnh tốc độ từ xa tại trung tâm điều khiển. Để hãm tầu, người ta làm cách hãm như trên máy bay. Người Nhật đã phải vừa sản xuất vừa thử nghiệm trong 7 năm với kinh phí trên 3 tỷ USD. Hệ thống trên đôi khi còn được gọi là hệ thống "Vận tải trên bộ tốc độ cao" High Speed Surface transport - HSST. + Theo hướng công nghệ HSST này, người Đức chế tạo ra tầu "Transrapid" chạy trên đệm từ và cũng theo nguyên lý phát minh từ những năm 1960 theo công nghệ hơi khác người Nhật đôi chút, đó là phương pháp nâng điện từ nhờ tác động của những thanh nam châm đặt trên tàu, với những nam châm vô kháng chạy bên dưới và hai bên đường tầu hình chữ T. Ước vận tốc đạt 450 km/giờ chạy trên đường Berlin tới Hambourg, kinh phí khoảng 6 tỷ USD. Ngoài ra, người Pháp cũng đã và đang quan tâm đến vấn đề vận tải siêu tốc trên bộ bằng siêu dẫn. Nhà khoa học Alexei Abrikosov Ảnh hindu + Một ứng dụng quan trọng khác nữa là, có thể tạo ra được máy gia tốc mạnh để nghiên cứu đặc tính gốc của nguyên tử. Người ta dùng những nam châm cực mạnh để bẻ cong các chùm hạt, làm cho chúng chạy theo đường tròn để chúng va đập vào nhau, qua đó nghiên cứu những "mảnh" sinh ra do những va đập mạnh đó; người ta gọi đó là "siêu va đập siêu dẫn", dựa theo nguyên tắc này, các nhà khoa học Mỹ đang tiến hành xây dựng một "máy gia tốc cực mạnh" trong đường hầm dài 88 km ở bang Texec để nghiên cứu các hạt cơ bản của vật chất. - Đặc tính thứ ba của chất siêu dẫn là Nếu hai chất siêu dẫn được đặt gần nhau nhưng không chạm nhau thì các điện tử có thể nhảy qua như thể hai chất dẫn điện ấy tiếp xúc với nhau. Chỗ mà dòng điện nhẩy qua, người ta gọi là "khớp nối Josephson". Nhưng dòng điện chạy qua khớp nối ấy rất nhậy cảm với những biến đổi của điện trường và từ trường bên ngoài. Điều này giúp cho các nhà khoa học nẩy ra ý tưởng + Có thể ứng dụng để sản sinh ra máy đo điện trường hết sức chính xác. + Một ứng dụng quan trọng nữa từ đặc tính thứ ba này của chất siêu dẫn là có thể làm ra "cái ngắt mạch điện từ" giống như một tranzito. Cùng với đặc tính thứ nhất là dẫn điện mà không có thể làm ra được máy tính được nối với nhau bằng "giây siêu dẫn", nhờ đó sẽ làm nên được "máy tính điện tử siêu tốc" thế hệ mới phục vụ cho nghiên cứu không gian. Nhà khoa học Vitaly Ginzburg Ảnh derstandard + Ngoài ra, có thể ứng dụng khớp nối Josephson để sản xuất ra thiết bị y tế nhằm nghiên cứu những điện trường sinh học cực nhỏ do hoạt động của não người sinh ra, giúp cho việc chẩn đoán bệnh về não. Hoặc nhờ siêu nam châm, có thể chế tạo ra các máy quét MRI dùng trong y học quét ảnh bằng cách đo tiếng dội lại của âm thanh để khám các mô trong cơ thể người. + Cùng với những điều đã nói ở trên, người ta còn hy vọng những thành quả của siêu dẫn có thể áp dụng để tạo ra những thiết bị quan sát vì sao, hành tinh, hoặc bề mặt trái đất và giúp giải thích cơ chế của một số vật thể lạ trong vũ trụ, như những vì sao Neutron, những vật thể siêu rắn sót lại của những ngôi sao phát nổ trước khi tắt mà người ta nghĩ là có đặc tính xoay vòng tương tự với chất siêu dẫn lỏng... - Gần đây, các nhà khoa học Alexei Abrikosov, Vitaly Ginzburg Người Nga và Anthony Leggett người Mỹ gốc Anh đã đóng góp nhiều vào lĩnh vực lý thuyết siêu dẫn và mở ra nhiều hướng ứng dụng với công nghệ cao trong các lĩnh vực máy tính, truyền tải điện năng siêu hiệu quả... Những thành quả của họ được đánh giá là chất siêu dẫn thế hệ 2 và ba nhà khoa học đã được nhận giải Nobel về vạt lý vào năm 2003. Tuy nhiên, về mặt lý thuyết, người ta vẫn chưa thể giải thích được thoả đáng chất siêu dẫn thực tế hoạt động như thế nào? Nhà khoa học Anthony Leggett Ảnh perimeterinstitute mặc dù những hiện tượng vật lý của nó đã được biết đến không phải ít. - Nói về vật liệu siêu dẫn mới, ta không thể không đề cập tới thành công mới đây của người Nhật, đó là, các nhà khoa học thuộc Trường đại học Aoyama - Gakin ở Tokyo đã tìm ra vật liệu siêu dẫn từ phi kim loại như Magie Mg, hoặc Bo B... Điều làm cho nó trở nên rẻ tiền nữa là chất siêu dẫn trên chỉ làm việc ở nhiệt độ - 133 độ C. Nghĩa là còn ưu việt hơn cả Keramik của người Mỹ. Thành công này rất đáng trân trọng, bởi nó mở ra tìm chất bán dẫn từ phi kim loại là những vật liệu rẻ tiền, mà nhiệt độ để tạo thành chất siêu dẫn có thể chấp nhận được. - Ở nước ta, nghiên cứu về siêu dẫn cũng đã được các nhà khoa học của Trường đại học Tổng hợp Hà Nội trước đây, nay là Đại học Quốc gia Hà Nội thực hiện trong khoảng gần hai chục năm qua tác giả bài viết này 15 năm trước đây đã đến thăm phòng thí nghiệm trên. Các nhà khoa học của chúng ta làm lạnh bằng Nitơ lỏng và đã tạo ra được một số vật liệu siêu dẫn thuộc loại rẻ tiền. Tuy nhiên, do chưa có thị trường, hay đúng hơn là tiềm năng tài chính của đất nước còn hạn hẹp, nên lĩnh vực công nghệ cao này của ta chưa thể tiến xa được. Cũng tại Trường này, hướng "công nghệ nano" một lĩnh vực rất mới và đầy tương lai cũng được bắt nhịp rất sớm với thời đại. Những kinh phí vẫn là rào cản lớn nhất để phát triển những lĩnh vực đó. Hy vọng trở ngại này sớm được tháo gỡ. Hơn hai mươi năm qua, các nhà vật lý vẫn không thể lý giải một cách chính xác hiện tượng siêu dẫn nhiệt độ cao tại sao dường như chỉ xảy ra ở nhóm đặc biệt các hợp chất hầu như chỉ dựa trên đồng Cu và xảy ra như thế nào. Và mới đây, các nhà khoa học ở Nhật Bản đã khám phá ra một loại chất siêu dẫn nhiệt độ cao hoàn toàn mới dựa trên sắt Fe cho phép các nhà vật lý tìm hiểu dễ dàng hơn và làm sáng tỏ những điểm quan trọng về hiện tượng đầy bí ẩn trong vật lý chất rắn này. Siêu dẫn là sự biến mất hoàn toàn của điện trở của vật liệu khi được làm lạnh dưới nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn TC. Hiện tượng siêu dẫn dựa trên việc tạo ra các cặp điện tử tương hỗ với nhau, thông qua tạo thành các cặp gọi là gặp Cooper để chuyển dời trong vật liệu mà không bị cản trở không có điện trở. Hiện tượng này được miêu tả trong lý thuyết Bardeen-Cooper-Schrieffer BCS về hiện tượng siêu dẫn nhiệt độ thấp, ở đó các cặp Cooper được nhờ việc liên kết các điện tử với nhau thông qua trao đổi các phonon hạt trường của dao động mạng tinh thể. Tuy nhiên, lý thuyết BCS không thể lý giải được các tính chất của các chất siêu dẫn nhiệt độ cao, được khám phá từ năm 1986 giá trị nhiệt độ chuyển pha cao nhất hiện nay đạt tới 138 K, và các hợp chất này hầu hết đều là các hợp chất của đồng cuprates chứa các mặt phẳng song song của ôxit đồng mà ở đó các nguyên tử đồng nằm trên một mạng hình vuông và điện tích được mang bởi các lỗ trống ở vị trí của Ôxi. Mỗi nguyên tử đồng sẽ có một điện tử không kết cặp và do đó các nhà nghiên cứu tin rằng mômen từ hay spin liên kết với nhau sẽ tạo ra tính chất siêu dẫn trong các vật liệu này. Hình 1. Cấu trúc tinh thể và phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu J. Am. Chem. Soc. 130 3296. Mới đây, Hideo Hosono cùng các cộng sự ở Viện Công nghệ Tokyo Nhật Bản lần đầu tiên khám phá ra một vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao có nhiệt độ chuyển pha 26 K được dựa trên các hợp chất của sắt -Fe có thể xem các kết quả này trên J. Am. Chem. Soc. 130 3296. Đây là hợp chất LaOFeAs chứa các lớp của Lanthanum La Ôxi O bị kẹp giữa bởi các lớp của Sắt Fe và Arsenic As – và bị pha tạp thêm các ion Fluoride. Các nhà nghiên cứu hi vọng có thể tăng được nhiệt độ chuyển pha cao trên 26 K bằng cách thay đổi các quá trình xử lý vật liệu ví dụ như đặt áp suất…. Các nghiên cứu sơ bộ ban đầu về vật liệu này đã giả thiết tính chất siêu dẫn xảy ra trong vật liệu không thuộc loại trung gian phonon phonon-mediated như được kỳ vọng từ lý thuyết cổ điển BCS, nhưng có thể không giống như được dự đoán trong các hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao kiểu “cuprates”. “Ai đó có thể cho là tính siêu dẫn trong các vật liệu kiểu này là trung gian phonon trong các vật liệu siêu dẫn nhiệt độ thấp,” – Kristjan Haule, một nhà vật lý lý thuyết ở Đại học Rutgers Mỹ đang làm việc trong một nhóm cũng đang nghiên cứu về loại vật liệu này. “Tuy nhiên, chúng tôi đã tiến hành các tính toán bằng lý thuyết phiếm hàm và giả thiết rằng TC hầu như phải xung quanh 1 K nếu như các phonon có chức năng đó”. Nhóm của Haule đã tính toán được rằng các hợp chất không pha tạp LaOFeAs có tính kim loại rất tồi ở nhiệt độ thấp và hầu như là một chất cách điện. Haule nói trên “Đây là một bằng chứng mạnh mẽ để nói rằng tính siêu dẫn không phải được trung gian bởi các phonon, tính chất đòi hỏi phải ở trạng thái kim loại rất tốt với các hạt tải kết hợp”. Hình 2. Sự thay đổi của điện trở suất và độ cảm từ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật liệu. Tính chất chuyển pha xảy ra ở 26 K J. Am. Chem. Soc. 130 3296. Thật vậy, tính kim loại kém này giống như các chất siêu dẫn nhiệt độ cao bị pha tạp nhẹ - Haule giải thích thêm. Theo nhóm của Haule, điều này có nghĩa rằng các lý thuyết liên kết yếu – ví dụ lý thuyết thăng giáng spin – từng được giả thuyết trong quá khứ để mô tả các hợp chất cuprates sẽ không còn hữu ích để giải thích tính siêu dẫn trong các hợp chất LaOFeAs. Và các kết quả nghiên cứu thực nghiệm sơ bộ từ nhóm của Hosono rất phù hợp với những phát hiện này. Vật liệu siêu dẫn mới này cũng là một bằng chứng để chứng tỏ rằng tính siêu dẫn không bị hạn chế bởi các ôxit đồng và một vài hợp chất khác dựa trên Uranium U, Cerium Ce, Plutonium Pu. Mặc dù tính siêu dẫn có thể bị phá hủy bởi từ trường cao, nhưng khám phá đã chỉ ra rằng thậm chí nó có thể tồn tại trong các vật liệu có từ tính mạnh ví dụ như Sắt khi được bao quanh bởi các nguyên tử thích hợp, mà trong trường hợp này là As. Hơn nữa, hiệu ứng này có liên quan đến tính chất quỹ đạo của điện tử, mà thường bị bỏ quên trong các hợp chất cuprates, cũng có thể đóng vai trò quan trọng. Haule tin rằng loại vật liệu siêu dẫn mới này có thể cực kỳ quan trọng cho công nghệ nhưng vẫn rất cần nhiều nghiên cứu thêm trước khi nói gì một cách chắc chắn. Vạn lý Độc hành Theo & American Chemical Society, Vật lý Viêt Nam V. Chất siêu dẫn nhiệt độ cao 3. Một số loại siêu dẫn nhiệt độ cao điển hình Một số vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ cao khác - Nhóm các nhà khoa học dẫn đầu bởi Artem Oganov của Skoltech Học viện Khoa học và kỹ thuật Skolkovo và Viện Vật lý và Công nghệ Moscow MIPT, và Ivan Troyan thuộc Viện Tinh thể học thuộc Viện Hàn lâm Nga RAS đã thành công trong việc tổng hợp thorium decahydride ThH10, một vật liệu siêu dẫn mới ở nhiệt độ rất cao, 161 K, tức -1120C. - Một tính chất thực sự đáng chú ý của vật liệu lượng tử siêu dẫn là sự mất hoàn toàn điện trở trong các điều kiện khá cụ thể và đôi khi rất khắc nghiệt. Mặc dù có tiềm năng to lớn cho máy tính lượng tử và máy dò có độ nhạy cao, việc ứng dụng chất siêu dẫn bị cản trở bởi các đặc tính có giá trị của chúng thường chỉ có ở điều kiện nhiệt độ rất thấp hoặc áp suất cực cao. - Anthanum decahydride, LaH10, đã lập kỷ lục mới −130C, rất gần với nhiệt độ phòng. Thật không may, chất siêu dẫn này đòi hỏi áp lực tiếp cận tới 2 triệu atm atmospheres – đơn vị đo áp suất, khó có thể duy trì trong các ứng dụng thực tế. Do đó, các nhà khoa học tiếp tục hành trình tìm kiếm chất siêu dẫn giữ lại các thuộc tính của nó ở điều kiện tiêu chuẩn. - Vào năm 2018, Alexander Kvashnin, một nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm của Oganov, đã dự đoán một vật liệu mới là thorium polyhydride, hay ThH10, đạt siêu dẫn với nhiệt độ tới −320C, ổn định với áp suất dưới 1 triệu atm. Trong một nghiên cứu gần đây, các nhà nghiên cứu từ Skoltech, MIPT, Viện tinh thể và Viện Vật lý Lebedev của Viện Hàn lâm Khoa học Nga RAS đã thu được thành công ThH10 và nghiên cứu tính chất truyền dẫn và siêu dẫn của nó. - Phát hiện của nhóm đã chứng thực các dự đoán lý thuyết, chứng minh rằng ThH10 tồn tại ở áp suất trên 0,85 triệu atm và thể hiện tính siêu dẫn nhiệt độ cao đáng kinh ngạc. Các nhà khoa học chỉ có thể xác định nhiệt độ tới hạn ở 0,7 triệu atm và thấy nó ở nhiệt độ -1120C, phù hợp với dự đoán lý thuyết cho giá trị áp suất đó. Điều này làm cho ThH10 trở thành một trong những chất siêu dẫn nhiệt độ cao kỷ lục. PHẦN ỨNG DỤNG Máy phát điện siêu dẫn - Máy phát điện siêu dẫn có hình dáng, sự điều khiển, hoạt động giống như các tuabin thông thường về mặt nguyên lý. Sự khác nhau cơ bản là motor siêu dẫn được đặt trong một buồng chân không quay tròn. Chất lỏng Heli hoặc nitơ lỏng được bơm vào buồng chân không bằng lực hướng tâm nhằm duy trì nhiệt độ của motor ở trạng thái siêu dẫn. - Máy phát điện siêu dẫn đã chứng tỏ tính năng tốt, hiệu suất cao tăng lên 99%, giá thành rẻ hơn so với máy phát điện thông thường 300MW. Hơn nữa, chúng có kích thước chỉ bằng một nửa so với máy phát điện thường. - Ví dụ như dự án EcoSwing triển khai tại Đan Mạch, đây là máy phát điện siêu dẫn đầu tiên truyền động trực tiếp cho tuabin gió trên thế giới. + So với vật liệu dẫn điện như đồng thì mật độ trong cuộn dây siêu dẫn lớn hơn gấp 100 lần, đem lại khả năng truyền tải mạnh hơn và tổn thất năng lượng ít hơn. + Thiết kế của Ecoswing dẫn đến việc giảm đường kính máy phát xuống còn 4 mét so với 5,4 mét của máy phát điện nam châm vĩnh cửu tiêu chuẩn. Khối lượng của vỏ nhẹ hơn 25% so với máy phát điện nam châm vĩnh cửu có cùng kích thước, khối lượng của máy phát điện siêu dẫn giảm đến 40%,độ ồn cũng giảm đến 25%. + Máy phát điện siêu dẫn của Ecoswing có công suất trên 3MW và đạt hơn 650 giờ vận hành. Động cơ siêu dẫn - Người ta chế tạo các motor siêu dẫn dựa trên cơ sở của hiệu ứng Messner. Tính chất của các motor siêu dẫn là gây nên sự đẩy các đường từ thông. Khi nam châm trở thành gần đến trạng thái siêu dẫn, thì chất siêu dẫn sẽ đẩy nó. Sức đẩy này sử dụng để lái rotor trong motor điện. Các motor siêu dẫn rất rắn chắc và có kích thước cỡ 1/3 kích thước motor thường. Sự mất mát dòng trong motor siêu dẫn ước tính giảm đi cỡ 50% so với motor thường. Motor siêu dẫn có nhiều ứng dụng cả trong công nghiệp sản xuất ôtô, các loại bom, quạt, các máy thổi, các máy cơ khí, máy nghiền và rất nhiều phương tiện khác. Đệm từ Bearings - Trên cơ sở hiệu ứng Meissner, người ta sử dụng chất siêu dẫn để làm đệm từ trong các vi mạch điện tử MEMS –Dùng mô tả chính xác hoạt động của các thiết bị cơ học, bằng con chip với kích cỡ vài micro mét. Nhờ hiệu ứng Meissner, các đệm từ sẽ đẩy từ các đường sức từ ra xa xung quanh nó. Vì vật không có sự ma sát do không có va chạm giữa các thành phần với nhau nên đệm từ có thể đạt được tốc độ quay rất cao. Đệm từ siêu dẫn có thể tự nó điều chỉnh sự cân bằng và không cần nguồn nuôi. Siêu máy tính - Một siêu máy tính là một máy tính vượt trội trong khảnăng và tốc độ xử lý. Thuật ngữ Siêu Tính Toán được dùng lần đầu trong báo New York World vào năm 1920 để nói đến những bảng tính tabulators lớn của IBM làm cho trường Đại học Columbia. Siêu máy tính hiện naycó tốc độ xử lý hàng nghìn teraflop một teraflop tương đương với hiệu suất một nghìn tỷ phép tính/giây hay bằng tổng hiệu suất của chiếc máy tính hiện đại nhất hiện nay gộp lại một máy có tốc độ khoảng từ 3- 3,8 gigaflop. - Các máy tính sử dụng linh kiện bằng chất siêu dẫn có ưu điểm nhỏ, nhẹ, nhanh, cấu hình mạnh. Các mạch điện đóng mở nhanh và có thể tích nhỏ. Trong các máy tính siêu dẫn các đường truyền là các vi mạch siêu dẫn nối với thiết bị bán dẫn. Ví dụ trong tiếp xúc Josephson, công tắc siêu dẫn chỉđóng mở trong 6 pico giây nhanh gấp 10 lần công tắc bán dẫn. - Siêu máy tính mạnh nhất hiện nay đó chính là Fugaku của Nhật Bản. Được xây dựng bởi Fujitsu, Fugaku được lắp đặt tại Trung tâm Khoa học Máy tính RIKEN R-CCS ở Kobe, Nhật Bản. Với phần cứng bổ sung, hệ thống đã đạt được kỷ lục thế giới mới với kết quả 442 petaflop trên HPL, vượt gấp 3 lần so với hệ thống thứ hai trong danh sách. - Giám đốc của RIKEN, Satoshi Matsuoka, cho biết rằng “cuối cùng đã có thể sử dụng toàn bộ cỗ máy thay vì chỉ một phần nhỏ của nó”. Lò phản ứng nhiệt hạch từ - Để sử dụng cho các thí nghiệm với lò phản ứng nấu chảy từ. Nam châm siêu dẫn nhiệt độ thấp có thể sản sinh ra từ trường lên đến 11 tesla. Trạng thái plasma của khí gas nóng được đưa vào bên trong từ trường. Phản ứng nóng chảy tự xuất hiện khi plassma nóng lên và ngưng đọng lại. Sử dụng chất siêu dẫn nhiệt độ cao sẽ làm giảm tổng năng lượng cần thiết để làm lạnh nam châm và đơn giản hóa hệ thống làm lạnh. - Lò phản ứng siêu dẫn Tokamak của Trung Quốc EAST là một trong số những thiết bị nghiên cứu phản ứng tổng hợphạt nhân đầy hứa hẹn của thế giới, và chúng đạt được một số bước tiến ấn tượng trong vài năm qua. Các nhà khoa học Trung Quốc đã đạt được kỷ lục thế giới mới khi duy trì nhiệt độ của plasma ở 120 triệu độ C trong 101 giây ở lần thử nghiệm mới nhất, tiến gần hơn đến mục tiêu họ theo đuổi bấy lâu nay là sở hữu nguồn năng lượng sạch và vô hạn. - Các nhà khoa họcTrung Quốclập kỷ lục thế giới mới khi đạt được nhiệt độ plasma 120 triệu độ C cho 101 giây trong thí nghiệm mới nhất ngày Tân Hoa Xã đưa tin. Truyền tải năng lượng Electric Power Tranmission - Nhờ điện trở bằng không của hiện tượng siêu dẫn, nên khi tải điện bằng cáp siêu dẫn sẽ có dòng rất lớn và không bị hao phí do tỏa nhiệt trong quá trình truyền tải. - Ví dụ Dây siêu dẫn làm từ cácsợi tinh thể sapphirebao phủ bởi một hỗn hợp gốm. Mỗi sợi dây dày hơn một sợi tóc của người có khả năng truyền tải điện thể khả năng truyền tải điện năng gấp 40 lần so với dây đồng truyền thống - Cáp siêu dẫn có thể tải năng lượng địa nhiệt, năng lượng điện hydro và năng lượng mặt trời, năng lượng lấy từ than đá hoặc năng lượng hạt nhân từ nguồn đến các trung tâm dân cư sử dụng hoặc nơi tiêu thụ Cộng hưởng từ - MRI - Đây là loại máy sử dụng từ trường siêu mạnh của nam châm siêu dẫn để kích thích các nguyên tử hidro chủ yếu có trong nước và chất béo của cơ thể người để tăng lên mức năng lượng. Từ đó thu lại thông tin phản hồi bằng các thiết bị đặc biết để khám các mô trong cơ thể người. - Về phần tại sao là nguyên tử hidro Vì hidro là nguyên tử đặc biệt chỉ có 1 proton nên mômen từ của nó rất lớn. Hoạt động từ của các nguyên tử hydro được ghi nhận lại sự phân bố của nước trong các mô vì hidro cấu tạo nên nước. Ở những mô bị tổn thương sẽ có phân bố nước khác với những mô lành. Từ đó, ta có thể dễ dàng phân biệt chúng. Tàu đệm từ Maglev - Bằng cách gắn các nam châm siêu dẫn ở hai bên thân tàu, khi có dòng điện chạy qua các nam châm đó sẽ tạo ra một từ trường cực lớn khoảng Tesla. Khi đó, tàu sẽ được nâng bổng lên khoảng 10cm trong đường ray chữ U nhờ lực hút và lực đẩy xen kẽ giữa hai cực Nam - Bắccủa các nam châm điện ở hai bên thành ray sinh ra nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ. Cơ chế tương tự, thay vì nâng bỗng tàu lên, lực từ giúp đẩy đoàn tàu tiến về phía trước khi đoàn tàu được cung cấp một vận tốc ban đầu nhất định. Điều khiển tốc độ nhờ điều chỉnh biến đổi tần số dòng điện trong cuộn dây từ 0 đến 50 Hz và điều chỉnh tốc độ từ xa tại trungtâm điều khiển. - Nhờ việc không tiếp xúc với đường ray nên cũng không sinh ra ma sát như các tàu hỏa truyển thống, từ đó giới hạn về vận tốc được xóa bỏ. Ví dụ Tàu đệm từ đitừ Bắc Kinh đến Thượng Hảicó vận tốc lên đến 600km/h gần bằng vận tốc máy bay. - Hiện nay, tàu đệm từ đã được áp dụng ở các nước tiên tiến trên thế giới như Mỹ, Nhật, Trung Quốc. LỜI KẾT Hiện tượng siêu dẫn dù còn nhiều khuyết điểm trong việc yêu cầu quá lớn về nhiệt đọ vật liệu cũng như là môi trường xung quanh. Song, chúng ta không thể phủ nhận những ứng dụng rộng rãi của các vật liệu siêu dẫn đem lại. Siêu dẫn là một môn học lớn, do thời gian cũng như nguồn kiến thức thức còn sơ sài của chúng tôi nên còn nhiều vấn đề chưa đề cập đến cũng như những thiếu sót về mặt kiến thức. Nhưng cũng một qua báo cáo của chúng tôi người đọc có thể hiểu thêm về kiến thức và ứng dụng của hiện tượng thú vị này. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Huy Sinh 1994. Vật lý siêu dẫn, NXB Giáo dục, Hà Nội [2]. Diễn đàn Hội Vật lí Việt Nam [3].Heike Kamerlingh Onnes Facts [4].. 65530 [5].. [7].. 376306/?fbclid=IwAR2NWOu8DerfXux-A260u-DPn_EJXbXKZ21X4LYebncu9tQzSC- 9gHcDe30 [8]. Superconducting generators for wind turbines Design considerations. tác giả Nenad Mijatovic, A. Abrahamsen, Chresten Træholt [9]. 210405-ETIPWind-workshop-circularity-Marcos [10]. Hiện nay vật liệu siêu dẫn được ứng dụng ở nhiều ngành nghề, lĩnh vực khác nhau từ vật lý, y học đến các công trình xây dựng. Vậy vật liệu siêu dẫn là gì và nó được hình thành như thế nào? Hãy cùng chúng tôi khám phá bài viết dưới đây nhé. Vật liệu siêu dẫn là gì? Siêu dẫn là một hiện tượng xảy ra khi vật thể ở nhiệt độ đủ thấp và từ trường đủ nhỏ. Lúc này mức điện trở của vật dẫn trở về bằng 0, khiến nội từ trường bị suy giảm theo hiệu ứng Meissner. Trong vật lý, để tạo ra hiện tượng siêu dẫn, người ta sẽ tạo ra một lực hút giữa các electron truyền dẫn. Từ đó làm sản sinh việc trao đổi phonon tạo ra từ cặp electron tương quan. Ngoài ra còn tồn tại một vật chất siêu dẫn có tính dẫn nhiệt cao hơn lý thuyết và thấp hơn so với nhiệt độ thường trong phòng. Tuy nhiên những nghiên cứu về chất siêu dẫn nhiệt độ cao vẫn chưa hoàn chỉnh. Thí nghiệm mô tả hiện tượng siêu dẫn ở vật thể Lịch sử hình thành vật liệu siêu dẫn Năm 1911, trong một lần thực hiện thí nghiệm với thủy ngân, nhà vật lý Hà Lan – Maoneis đã vô tình phát hiện ra khi ở nhiệt độ -269°C, thuỷ ngân sẽ có điện trở bằng không. Lúc này ông gọi đó là tính siêu dẫn. Việc tìm ra được một hiện tượng mới lạ này đã mở ra các khám phá quan trọng trong ngành khoa học kỹ thuật. Các nhà khoa học bắt đầu sử dụng chất siêu dẫn để chế tạo ra các vật chất có từ tính mạnh. Với mục đích phục vụ cho các lĩnh vực khoa học kỹ thuật và sản xuất khác nhau trong đời sống. Tuy nhiên, “đời không như là mơ”, việc ứng dụng tính siêu dẫn lên các kim loại thuần khiết như chì, thiếc… lại cho từ trường rất nhỏ. Đến những năm 30 của thế kỷ XX, sau nhiều năm nghiên cứu không ngừng, các nhà khoa học đã tìm ra được một loại nguyên tố mới nếu cho vào các kim loại thuần khiết sẽ tạo được một loại hợp kim mà ở đó cường độ dòng điện và cường độ từ trường được tăng lên nhiều. Giai đoạn năm 1930, các nhà khoa học Liên Xô bắt tay vào chế tạo hợp kim siêu dẫn có giới hạn từ trường đạt 2 tesla. Hai hợp kim siêu dẫn này gọi là hợp kim niobi – ziriconi, và hợp kim vanđi – gali. Ngoài ra, còn có một số oxit kim loại kiểu cấu trúc A – 15. Ưu điểm của các vật chất siêu dẫn ở giai đoạn này chính là không có điện trở, nhờ đó vừa có thể làm giảm tĩnh điện, không gây ra những tổn thất nhiệt, vừa có thể tích nhỏ và công suất lớn. Tiếp đến là giai đoạn những năm 60 của thế kỷ XX, các nhà khoa học đã nghiên cứu và chế tạo được loại vật liệu siêu dẫn có từ trường đạt đến 10 tesla. Từ đó được ứng dụng rộng trong các lĩnh vực đòi hỏi công nghệ kỹ thuật cao như cộng hưởng từ hạt nhân, máy gia tốc, buồng bọt, máy phát điện… Thế nhưng một nhược điểm của vật liệu siêu dẫn chính là chỉ hoạt động hiệu quả ở điều kiện nhiệt độ rất thấp. Điều này khiến các kỹ sư đối mặt với nhiều thách thức như tốn nhiều chi phí để tạo nên môi trường có nhiệt độ. Giai đoạn năm 1957, các nhà khoa học đưa ra lý thuyết BCS nhằm giải thích hiện tượng siêu dẫn. Theo đó, lý thuyết BCS cho rằng lý do dẫn đến hiện tượng siêu dẫn là do ở môi trường nhiệt độ cực thấp, các điện tử tự do trong chất siêu dẫn sẽ sắp xếp nối tiếp nhau tạo thành chuỗi dài. Lúc này, các điện tử sẽ chuyển động định hướng bên trong khiến chất siêu dẫn không còn lực trở của dòng điện tử, từ đó hình thành nên dòng điện không có trở lực. Giai đoạn năm 1986, hai kỹ sư Muler và Bainos của công ty IBM Mỹ và Thụy Điển đã khám phá ra được oxit các kim loại lantan – bari – đồng có đặc tính siêu dẫn ở nhiệt độ tương đối cao ngay cả trong điều kiện phòng thí nghiệm. Chính những nghiên cứu này đã nhen nhóm một tia hy vọng về tương lai của việc ứng dụng vật liệu siêu dẫn trong sản xuất và đời sống. Đến nay, có không ít các nhà khoa học ở nhiều nước triển khai nghiên cứu cách nâng cao giới hạn nhiệt độ siêu dẫn. Tiêu biểu trong số đó là nhà khoa học quốc tịch Mỹ gốc Hoa – Chu Kinh Hoà và nhà khoa học Trung Quốc – Triệu Trung Hiền. Vật liệu siêu dẫn ngày nay được ứng dụng trên nhiều lĩnh vực sản xuất, điện tử… Xem thêm Tiêu chuẩn nghiệm thu vật liệu đầu vào Vật liệu chịu lửa là gì? Phân loại, đặc điểm Các ứng dụng của vật liệu siêu dẫn Chuyển tải điện năng Giúp đoàn tàu hoạt động êm ái trên đệm từ Tạo ra máy gia tốc mạnh Máy đo điện trường siêu chuẩn xác Dụng cụ ngắt mạch điện từ trong máy tính điện tử siêu tốc Máy quét MRI dùng trong y học Hình dạng máy quét MRI hiện đại trong y học Xem thêm Gỗ ốp trần nhà Smartwood Thái Lan sang trọng Tấm Tpi Thái Lan – Vật liệu làm sàn, trần vách chống cháy Trên đây là những kiến thức thực sự thú vị lý giải khái niệm vật liệu siêu dẫn là gì, lịch sử hình thành và các ứng dụng phổ biến của nó. Hy vọng bạn sẽ có thêm những thông tin hữu ích nhất nhé. Nguyễn Tuấn Anh Founder và CEO Công Ty TNHH Thế Giới Vật Liệu Nhà Xanh – Người có chuyên môn và kinh nghiệm rất nhiều năm tìm hiểu và phát triển phân phối nguồn vật liệu xây dựng mới với tiêu chí về chất lượng, đạt tiêu chuẩn quốc tế, thân thiện với môi trường với giá thành rẻ nhất. Hiện tại đang quản lý website và chuyên tư vấn vật liệu mới cho các công trình tại Việt Nam. Nếu bạn cần tư vấn hay có bất kì thắc mắc về sản phẩm, hãy liên hệ với tôi ngay nhé. Xin cảm ơn! Tổng kho tại Thành phố Hồ Chí Minh 179 Phan Văn Hớn, P. Tân Thới Nhất, Tphcm Tel – Zalo 0908941177 =============== Tổng kho tại Hà Nội 25 Thọ Pháp, Dịch Vọng, Cầu Giấy, Hà Nội Tel – Zalo 0986525300 =============== Chi nhánh tại Gia Lai 08 Phù Đổng, Pleiku, Gia Lai Tel – Zalo 0914784579 =============== Chi nhánh tại Quy Nhơn 201 Ngô Mây, P. Quang Trung. Quy Nhơn Tel – Zalo 0944781100 ===================== Đăng nhập

vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao