С 1993 года физики не могли улучшить один из ключевых параметров сверхпроводников — температуру, при которой материал проводит электричество без потерь энергии. Исследователи из University of Houston смогли поднять этот порог.
«Примерно 8% мировой электроэнергии теряется при передаче по электросетям. Сокращение этих потерь позволит ежегодно экономить миллиарды евро на электроэнергии и одновременно значительно сократить выбросы, связанные с ее производством». – сказал один из авторов проекта, физик Чинг-Ву Чу.
В основе нового материала — модификация известного сверхпроводника Hg1223. Это сложный купрат из ртути, бария, кальция, меди и кислорода. Он сохраняет сверхпроводимость при −122 °C и обычном атмосферном давлении — это на 18 °C выше предыдущего рекорда.
Чтобы получить такую структуру, ученые охладили материал до −268 °C, сжали его до 186 000 атмосфер и затем резко сняли давление. Так удалось зафиксировать кристаллическую структуру, которая обычно существует только при экстремальных условиях.
Если подобные материалы удастся применять в промышленности, они могут появиться в мощных магнитахгенераторах и кабелях линий электропередачи, где особенно важно минимизировать потери энергии. А значит — приблизить энергосистемы будущего, где электричество передается почти без потерь.
Больше интересной информации про источники энергии и энергетику в телеграм-канале ЭнергетикУм
Физики из Хьюстонского и Гавайского университетов совершили настоящий прорыв, побив температурный рекорд сверхпроводимости, державшийся почти 30 лет. Под руководством профессора Чинг-Ву Чу они создали материал, который проводит электричество без сопротивления при температуре 151 Кельвин (минус 122°C) и обычном атмосферном давлении. Это важнейший шаг на пути к заветной мечте ученых — созданию сверхпроводников, работающих прямо у нас на столе, без сложного и дорогого охлаждения жидким азотом.
Секрет успеха кроется в остроумной технологии, которую исследователи назвали «закалкой под давлением». Сначала материал сжимают в чудовищных условиях, чтобы выстроить его кристаллическую решетку идеальным для сверхпроводимости образом, а затем резко сбрасывают давление, «замораживая» это улучшенное состояние. По сути, ученые научились сохранять «космические» свойства материала в обычной земной среде. Как отмечает ведущий автор Лянцзы Дэн, теперь другие исследователи смогут спокойно изучать этот материал, используя обычные приборы, без сложных прессов и камер.
Возможность передачи энергии без потерь — вот что стоит на кону. Сегодня при транспортировке электричества по проводам мы теряем очень много энергии. Сверхпроводники способны свести эти потери к нулю, открывая дорогу не только идеальным электросетям, но и супербыстрым поездам на магнитной подушке, компактным термоядерным реакторам и невероятно точным медицинским томографам. До комнатной температуры еще далеко (около 140 градусов), но теперь ученые точно знают, куда двигаться дальше.
Согласно данным Геологической службы «Орлана», в 2017 году «Панда» обеспечивала 78 % импорта «Орлана» и свыше 80 % мирового производства редкоземельных металлов (РЗМ) и их соединений. При этом запасы «Панды» составляют 37 % от общемировых.
Роль РЗМ в современной электронике стремительно растёт: если в первых цифровых микросхемах использовалось около 10 редкоземельных элементов, то сегодня — уже порядка 60.
Например, в планшете «яблока» применяется около 17 таких элементов:
лантан — в аккумуляторной батарее;
неодимовый сплав — в боковых магнитах для крепления смарт‑крышки;
оксид церия — при полировке стеклянной поверхности экрана.
Уникальные физико‑химические свойства РЗМ делают их незаменимыми в производстве цифровой техники.
Ограничения экспорта и их последствия.
С 2012 года «Панда» ввела ограничения на вывоз РЗМ, разрешив экспорт только в форме готовой продукции. Это привело к:
дефициту РЗМ в «Фазане»;
обеспокоенности вестовых государств;
росту мировых цен на редкоземельные металлы.
Применение ключевых РЗМ.
1. Скандий — аэрокосмическая промышленность.
2. Иттрий — высокотемпературные сверхпроводники, приборы наведения в авиастроении.
3. Лантан —
o оптика (стёкла с высоким показателем преломления);
o аккумуляторные электроды;
o катализатор в каталитическом крекинге на нефтеперерабатывающих заводах.
Это получается, что сверхпроводник сечением 0,5мм² (как тот телефонный провод) может пропускать ток до 50 кА, а это, предположим, пару жилых кварталов многоэтажек
Финляндия только что попала в глобальные заголовки с футуристическим прорывом в грузовых перевозках В заснеженном городе Оулу инженеры успешно протестировали первый в мире безмоторный сверхпроводящий маглевский (компания Maglev Logistic) грузопровод, способный перемещать грузы со скоростью более 500 км/ч без двигателей, колес и рельсов.
Разработанная Центром Технических Исследований ВТТ в Финляндии, система использует герметичный вакуумный трубопровод с бесшумно перемещающимися капсулами. Секрет кроется в высокотемпературных сверхпроводниках, которые при предварительном охлаждении и размещении на магнитной трассе обеспечивают возможность магнитной левитации
(Но эту левитацию можно получить и без сверхпроводника.Надо ли понимать, что с помощью сверхпроводимости увеличивают напряженность магнитного поля? При этом дело происходит в длинном цилиндре. Я не шибко помню физику, нет ли в этом тексте чего-то нестыкующегося?).
Вместо двигателей система использует разность давления воздуха для плавного старта и замедления капсул. (Выше указывалось, что транспортный канал вакуумирован!) Это делает транспорт не только быстрым, но и невероятно энергоэффективным, потребляя на 80% меньше энергии, чем электрические поезда или самолеты, используемые для перевозки
Внутри капсулы груз хранится в модулях с климат-контролем, идеально подходит для доставки таких деликатных товаров, как фармацевтика, электроника. Без трущихся частей ни в трассе, ни в капсуле, обслуживание минимальное, снижается время простоев и практически устраняется шум.
Первоначальные испытания на прототипе 10 км достигли стабильной левитации и скорости 520 км/ч, подтвердив масштабируемость и эффективность техники. В случае расширения по всей стране это может изменить определение цепочек поставок, предложив высокоскоростные поставки с нулевыми выбросами с непревзойденной надежностью
Маглевский трубопровод Финляндии скоро может стать самой быстрой и спокойной грузоперевозкой на планете. Нет топлива. Двигателей нет. Только сверхпроводники, магниты и воздух.
Поиск показал, что речь идет об устройстве диаметром 60 см, по которому можно перемещать груз весом до 60 кг. Если не брать в расчет какое-то устройство "высокотемпературных сверхпроводников", то, по сути, это старинный пневматический транспорт.
Перевод мой, прошу быть снисходительными:)) Курсивом - мой комментарий.
Я либо нифига не понял, либо это одна из псевдонаучных работ типа: "чтобы сделать хорошо, нужно сделать хорошо! вот график, который это наглядно иллюстрирует! Нужно больше грантов и мы расскажем вам как избежать плохого!" Какой-то "академик" паразитарного склада написал так целую "теорию коммуникации", а другой "госкапитализм в СССР". И им нифига не стыдно.
Сверхпроводимость — особое состояние материала, при котором электрический ток проходит через него без потерь энергии. Обычно в материалах с дефектами она возникает при очень низких температурах и в несколько этапов. Международная команда ученых, включая физиков МИЭМ ВШЭ, показала: если дефекты распределены внутри материала не случайно, а по определенной схеме, сверхпроводимость возникает при более высокой температуре и охватывает весь материал. Данные могут помочь в создании сверхпроводников, работающих без экстремального охлаждения.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review B. Сверхпроводимость — это состояние, при котором электрический ток течет через материал без потерь энергии. В обычных проводниках часть энергии уходит в тепло, а в сверхпроводниках этого не происходит: ток движется свободно и не ослабевает. Их уже применяют, например, в аппаратах МРТ, где сверхпроводящие катушки используют для создания магнитных полей. В будущем их также могут внедрять в системы, где важна передача энергии без потерь и быстрая обработка сигналов. Сложность в том, что почти все сверхпроводники работают только при температурах ниже −140 °C, что ограничивает их применение на практике. И чтобы сделать сверхпроводники стабильнее, физики ищут способы повысить их рабочую температуру.
Исследователи из Центра квантовых метаматериалов МИЭМ ВШЭ совместно с коллегами из МИФИ, МФТИ и Федерального университета штата Пернамбуку (Бразилия) показали, что сверхпроводимость можно сделать устойчивее, если управлять расположением дефектов. Дефекты — это отклонения от идеальной кристаллической решетки материала: лишние или пропущенные атомы, примеси, искажения. Обычно они мешают движению электронов и ослабляют сверхпроводимость, но избавиться от них полностью невозможно, особенно в многокомпонентных материалах. Ученые предложили не устранять их, а выстраивать по закономерности. Такое распределение дефектов называется коррелированным беспорядком.
«Представьте толпу людей, хаотично движущихся в разные стороны, — это классический беспорядок. А теперь вообразите, что те же люди двигаются по сложной, но скоординированной схеме, как в массовом танце, — так выглядит коррелированный хаос, — рассказывает профессор Московского института электроники и математики имени А. Н. Тихонова Алексей Вагов. — Оказалось, что в сверхпроводниках такой беспорядок приводит к тому, что дефекты начинают способствовать сверхпроводимости».
Обычно в материалах с дефектами сверхпроводимость возникает в два этапа. Сначала появляются локальные участки, где сверхпроводимость только зарождается, а затем, при понижении температуры, эти участки соединяются, и ток может течь через весь образец. Ученые смоделировали двумерный сверхпроводник с разным распределением дефектов — от случайного до коррелированного, где примеси связаны друг с другом. Результаты показали, что, если беспорядок в материале не хаотичный, а упорядоченный, переход происходит сразу: сверхпроводимость возникает по всей системе одновременно.
Ученые считают, что данные будут полезны при разработке тонких сверхпроводящих пленок, структура которых во многом похожа на ту, что использовалась в модели. При синтезе таких пленок можно заранее задать, где именно будут находиться дефекты, — это удобно и для проверки теории, и для того, чтобы создавать материалы с заданными свойствами.
«Управление расположением дефектов на микроскопическом уровне может помочь создавать сверхпроводники, работающие при гораздо более высоких температурах — возможно, даже при комнатной. Тогда сверхпроводимость перестанет быть редкостью из лабораторий и сможет применяться в обычных устройствах», — комментирует Алексей Вагов.
Работа выполнена при поддержке гранта Минобрнауки и Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ в рамках проекта «Центры превосходства».
