布线系统采用高效超导体,长期以来一直就是科学上的一个梦想,但是,研究人员已经面临着这样的实际挑战,比如,要找到柔韧和成本划算的材料。现在,特拉维夫大学(TAU :Tel Aviv University)的研究人员已经找到一种方法,可以使旧理念焕发新生,这是因为用了下一代超导体。
波阿斯•阿尔莫格(Boaz Almog)博士和米沙利•阿邹磊(Mishael Azoulay)在盖伊•德意志(Guy Deutscher)教授的小组工作,就在特拉维夫大学雷蒙德和贝沃利•赛克勒物理学和天文学学校(Raymond and Beverly Sackler School of Physics and Astronomy),他们已经开发出超导电线,使用的纤维是采用单晶体蓝宝石制成,可用于高功率电缆。把温度要求考虑进去时,对比同样尺寸的一根铜线而言,每一根细线可以导电约40倍以上。阿尔莫格博士说,它们有可能彻底改变能量传输。
大功率超导电缆占用空间极小,而且导电更有效,这使它们成为理想的选择,可以部署在所有电网中,遍及整个城市。它们也会提供一种更有效的方法,收集可再生能源能量,如太阳能和风能。超导电线也可用于储存能量,而且采用的一些设备,都可提高电网的稳定性。
这种新型超导体首次发布,是在以色列真空学会会议(Israel Vacuum Society Conference)上进行的,时间是2011年6月,它也会亮相于今年秋季的欧洲应用超导会议(European Conference on Applied Superconductivity)和科技中心协会会议(Association of Science Technology Centers Conference)。
克服发热
有一个因素使我们的铜线低效,这就是过热,阿尔莫格博士解释说。由于金属中发现的电阻,一些能量在流过电缆时被释放和浪费,导致电线升温。但是,采用超导体,就没有电阻。一个自成一体的冷却系统,就需要持续流动的液态氮,以保持导线处于超导状态。因为液氮随手可得,无毒,价格低廉,一加仑这种物质成本低于一加仑牛奶,所以,液氮提供了完美的冷却液。
即使有这种有益的液氮,研究人员仍然很难找到一种材料,以制成这种理想的超导体。超导体涂上晶体片是有效的,但太脆,阿尔莫格博士说,虽然把超导体放在金属磁带上取得了一些成功,但这种产品是过于昂贵,很难大批量生产。
为了研制他们的超导体,研究人员转向蓝宝石纤维,这种纤维的开发者是田纳西州(Tennessee)橡树岭国家实验室(Oakridge National Lab)的阿米特•戈亚尔(Amit Goyal)博士,是借给特拉维夫大学的研究小组使用。在涂上陶瓷混合物时,使用了一种特殊的技术,所以,这些单晶纤维比人的头发略粗一些,这就制成了创新的超导体。
走向宏观
阿尔莫格博士目前正在努力制成更好的超导体,以传输功率更大的电流。
有一个领域,这类超导体能助一臂之力,这就是收集可再生能源。“有些能源,如风力涡轮机或太阳能电池板,通常位于偏远的地方,如沙漠或海上水域,你需要一种有效的方式来传输电流,”阿尔莫格博士解释说。这些超导体可以穿越遥远的距离,不会因为电阻而损失任何能量,导致发热。
超导电缆也是一条有效途径,可以把大量的电力输送给大城市。“如果您想要供电的,是像纽约这种城市的一个地区,那么,你需要的电缆,总截面会超过一米乘一米。超导体要有更大的电流容量,只使用它的一小部分空间就行,”阿尔莫格博士说。一个城市的不同区域,可以交叉连线,他补充道,这样,在停电的情况下,电源就很容易改线。
有抱负的青年科学家
开发优异的超导体只是特拉维夫大学的一部分任务。阿尔莫格博士也致力于使这项技术容易理解而且令人激动,把它作为一种方式,来激发有抱负的科学家们的想象力。特拉维夫大学已制成的超导体晶圆,在充满液态氮时,就像它们的姊妹电缆一样,要锁定到位,可以采用强力磁铁和悬浮。放在磁轨上时,这种晶圆会在空中迅速通过,就像乔治•杰特森(George Jetson)的太空时代的汽车。它看起来就像魔术,但实际上,这种现象称为“量子诱捕”(quantum trapping)。一些工具包可以演示这种“磁悬浮”,已经分发给以色列各地的科学博物馆,而阿尔莫格博士希望在国际上扩大散发。
新型超导电缆 导电提高40倍
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