Керамічні надпровідники. Відкриття високотемпературної надпровідності

Явище високотемпературної надпровідності (ВТСП) нещодавно цікавило лише вчених. Проте сьогодні ринку електроенергетичного устаткування виходять комерційно прибуткові продукти з урахуванням ВТСП, зокрема російського виробництва. ВТСП може зробити прорив у технологіях передачі електроенергії.

Зовсім не жарка ВТСП

На початку ХХ століття було відкрито, що ряду металів і сплавів властива надпровідність, тобто здатність мати нульовим опоромпри температурі, близької до абсолютного нуля (близько -270°С). Довгий час надпровідники можна було використовувати лише за температури рідкого гелію, що дозволило створити прискорювальне обладнання та магнітно-резонанснітомографи.

У 1986 р. відкрили надпровідність за нормальної температури близько 30К, що було удостоєно Нобелівської премії, а початку 1990-х гг. вдалося досягти надпровідності вже при 138К, причому як надпровідник використовувалися вже не метали, а оксидні сполуки.
Керамічні матеріали, що мають нульовий опір при температурі вище температури рідкого азоту (77К) отримали назву високотемпературних надпровідників(ВТСП). Однак якщо ми переведемо Кельвіни в більш звичні для нас градуси Цельсія, то зрозуміємо, що йдеться про не надто високі температури, скажімо, мінус 169–200°С. Такі умови навіть сувора російська зима забезпечити неспроможна.

Уми дослідників розбурхує ідея знайти матеріали, здатні переходити у надпровіднестан за кімнатної температури (293К). Теоретично така можливість існує. За деякими даними, надпровідні властивості нібито вдавалося зафіксувати навіть у окремих зерен графіту після спеціальної обробки. На сьогоднішній день пошук «кімнатно-температурних» надпровідників (КТСП) вважається одним із ключових дослідницьких завдань у галузі нанотехнологій. Однак поки що не тільки практичне застосування, а й надійне експериментальне підтвердження КТСП залишається питанням завтрашнього дня. Сьогоднішня електроенергетика опановує використання ВТСП.

Обладнання на основі високотемпературної надпровідності потребує охолодження рідким азотом. Як зазначають експерти галузі, це відносно дешевий та зручний холодоагент, що забезпечує температуру 77К і дозволяє реалізовувати практичні проекти.

Користь надпровідності

Надпровідність може використовуватися (і вже використовується) у різних сферах. Вперше вона була застосована для створення магнітів з високими полями. За допомогою надпровідників може бути забезпечена магнітна левітація, що дозволяє високошвидкісним поїздам рухатися плавно, без шуму та тертя. Створюються ВТСП електродвигуни для суден та промисловості,які мають істотно менші масогабаритні параметри при рівній потужності. Надпровідність цікава з погляду мікроелектроніки та комп'ютерної техніки. Низькотемпературні надпровідники застосовуються в медичних діагностичних апаратах (томографах), і навіть у таких екзотичних проектах «меганауки», як великий адронний коллайдер та міжнародний термоядерний реактор.

З високотемпературною надпровідністю пов'язані надії на подолання глобальної енергетичної дилеми, пов'язаної, з одного боку, з постійним зростанням енергоспоживання у сьогоденні та майбутньому, а з іншого боку, з необхідністюрадикально скорочувати викиди Вуглекислий газ, щоб запобігти змінам клімату. Адже, по суті, ВТСП виводить звичне обладнання для генерації та передачі електроенергії. на принципово новий рівеньз погляду ефективності.

Одне з очевидних застосувань надпровідників пов'язані з передачею електроенергії. ВТСП кабелі можуть передавати значну потужність при мінімальному перерізі, тобто мають пропускну здатність іншого порядку, ніж традиційні кабелі. При проходженні струму через надпровідник не виділяється тепло, і практично немає втрат, тобто вирішується Головна проблемарозподільних мереж.

Генератори завдяки обмоткам з надпровіднихматеріалів, що забезпечують величезні магнітні поля, стають значно сильнішими. Наприклад, концерн Siemens побудував три ВТСП генератори потужністю до 4 МВт. Машина вдвічі легша і менша в порівнянні зі звичайним генератором тієї ж потужності. Також, ВТСП генератор показав більшу стійкість по напрузі при зміні навантаження та більш високі характеристики з точки зору споживання реактивної потужності.

Сьогодні у світі активно ведуться розробки вітрогенераторів на основі високотемпературної надпровідності. При використанніВТСП обмоток реально створення ВТСП генераторів потужністю 10 МВт, які будуть у 2-4 рази легшими за звичайні.

Перспективна сфера для широкого застосуваннянадпровідників - накопичувачі енергії, роль яких також велика з погляду розвитку сучасних енергосистем, що використовують відновлювані джерела енергії. Навіть звичне електрообладнання, таке як трансформатори, набуває якісно нових характеристик завдяки ВТСП.

Надпровідність дозволяє створювати такі незвичайні пристрої як обмежувачі струму короткого замикання, що повністю автоматично обмежують струм при замиканні. і автоматично жщо включаються при знятті КЗ.

Стрічка другого покоління

Що ж із цих перспективних ідей вже вдалося втілити на практиці, і чиїми зусиллями? Насамперед слід зазначити, що на сьогоднішній день на ринку представлені високотемпературні надпровідники першого та другого покоління (ВТСП-1 та ВТСП-2). За обсягом випущеної на сьогоднішній день продукції поки що виграють ВТСП-1, але для експертів очевидно, що майбутнє за надпровідникамиДругого покоління. Це з тим, що у конструкції надпровідників ВТСП-2 понад 70% становить матриця, виготовлена ​​з срібла.

Одна з ключових російських компаній, що працюють над темою надпровідників другого покоління, – ЗАТ «СуперОкс». Зародилася вона у стінах МДУ імені Ломоносова, де наукова групахімічного факультету працювала над технологією осадження тонких плівок надпровідників У 2006 р. на базі накопичених знань було запущено комерційний проект із створення вітчизняного виробництва ВТСП-проводів 2-го покоління.

У 2011 р. сферу інтересів «СуперОкс» було розширено за рахунок тісної взаємодії з новоствореною компанією SuperOx Japan LLC. Було створено пілотну виробничу лінію, що дозволяє виробляти ВТСП-провід з критичним струмом до 500 А/см ширини. З 2011 р. компанія «СуперОкс-Інновації» також є резидентом «Сколково», де веде прикладні дослідження, Спрямовані на оптимізацію технічних характеристик ВТСП стрічок другого покоління, розробляє різні технології виробництва цих матеріалів. У 2013 році було запущено виробництво стрічки ВТСП-2 у московському технопарку «Слава».

«Наш продукт, надпровідна стрічка другого покоління є підкладкою із спеціальної нержавіючої сталі, стійкою до високих температур, яка згодом при нанесенні тонких плівок не втрачає своїх. механічних властивостей, – розповідає Вадим Амелічов, провідний спеціаліст ЗАТ «СуперОкс». - Спеціальними методами на цю підкладку наносяться буферні оксидні шари, а як функціональний шар - плівка купрату гадолінію-барію. Потім ця структура покривається тонкими шарами срібла або міді, і у такому вигляді використовується у надпровідниковихпристроях.

У такого матеріалу при товщині плівки всього в один-два мікрони струмопровідна здатність близько 500 А на 1 мм перерізу, тобто в сотні разів більше, ніж у звичайного мідного кабелю. Відповідно, така стрічка ідеальна для застосування, де потрібно високий струм. Кабелі на великі струми, магніти на великі поля – основна сфера застосування».

«СуперОкс» має повний цикл виробництва стрічки ВТСП-2. У 2012 р. стартував продаж цього інноваційного продукту, і зараз матеріал поставляється не тільки до Росії, але та експортуєтьсяу дев'ять країн, у тому числі Євросоюз, Японію, Тайвань та Нову Зеландію.
«У світі не так багато виробників стрічки ВТСП-2, – пояснює Вадим Амелічов. - Є дві американські фірми, компанії у Південній Кореї та Японії. У Європі, крім нас, ніхто в промислових масштабах таку стрічку не виробляє. Нашу стрічку тестували у багатьох дослідницьких центрах та підтвердили конкурентоспроможність її характеристик».

Розвинути нову індустрію

«Незважаючи на те, що високотемпературна надпровідність постала зовсім недавно, питаннями її застосування в техніці інтенсивно займаються. у технологічнорозвинених країн світу, - розповідає Віктор Панцирний, д.т.н., дійсний член АЕН РФ, директор з розвитку АТ «Російський надпровідник», - У нашій країні в рамках Комісії при Президентові РФ з модернізації та технологічномурозвитку економіки Росії ініційовано проект «Надпровідникова індустрія» як частина проекту «Інноваційна енергетика» пріоритетному напрямку"Енергоефективність".

Даний проект у галузі надпровідникової індустрії координує компанія "Російський надпровідник", створена Держкорпорацією "Росатом". За п'ятирічку з 2011 до 2015 р. тут планують створити конкурентоспроможні технології виробництва високотемпературних надпровідників другого покоління, дослідне виробництво довгомірних (до 1000 м) стрічкових проводів ВТСП-2, а також розробити прототипи обладнання на основі ВТСП-2 проводів для електроенергетики. Це і генераторивеликої потужності і обмежувачі струму (СОТ), і кінетичні накопичувачі енергії (КНЕ), а також потужні струмовводи для магнітних систем, індуктивні накопичувачі енергії (СПІН), трансформатори, електродвигуни великої потужності.

З 2016 р. планується запустити серійне виробництво ВТСП-2 проводів та ряду пристроїв на їх основі. У роботах за цим проектом беруть участь близько 30 організацій, включаючи ВНЗ, академічні та галузеві науково-дослідні центри, проектні бюро та промислові організації, зокрема ВАТ «ВНІІНМ», ВАТ «НДІЕФА», ВАТ «НДІТФА», ВАТ «ГІРЕДМЕТ», ВАТ «НІФХІ», ВАТ ТВЕЛ, ВАТ «Точмаш» так і поза ним, у НДЦ «Курчатовський інститут», ЕНІН ім. Кржижанівського,ФДБОУ МАІ, НДЯУ МІФІ, ГУАП, ВАТ «Россети», ВАТ «НТЦ ФСК ЄЕС», ЗАТ «СуперОкс», ВАТ «ВНДІКП», ВАТ «НДІЕМ», ОКБ «Якір» та ін.

«Структурно проект складається з дев'яти завдань, які виконуються паралельно, – пояснює Віктор Панцерний. – З 2011 по 2013 рр. вдалося створити перші вітчизняні діючі макети надпровідникових машин - двигун і генератор потужністю 50 кВт, кінетичний накопичувач енергії на 0,5 МДж, надпровідниковий обмежувач струмів короткого замикання потужністю 3,5 МВт для енергетичних мереж напругою 3,5 кВ, надпровідник струмівводи для магнітних систем, що пропускають струм 1500А.

Також створено основи технології повністю вітчизняного виробництва стрічкових проводів ВТСП-2, починаючи від сировинних матеріалів до методів контролю готової продукції. Було знайдено основні технологічні рішення, що дозволили перейти до створення повномасштабних прототипів енергетичних пристроїв. Так зараз завершується робота зі створення двигуна потужністю 200 кВт».

Завдяки застосуванню ВТСП-2 обмоток такий двигун при його установці на електромобіль(Електробус) дозволить збільшити пробіг на 15-20% між підзарядками акумуляторних батарей. Виготовлений та готується до випробувань у мережі залізничного транспорту надпровідний обмежувач струмів короткого замикання потужністю понад 7 МВА. Завершується виготовлення генератора потужністю 1 МВА, перспективного застосування у вітряних енергетичних установках.
На базі унікальних технологій Росатому створюється кінетичний накопичувач енергії з надпровідниковимпідвісом маховиків, що має енергоємність понад 7 МДж. Слід зазначити розробку індуктивного накопичувача енергії, здатного в максимально короткий часвіддати акумульовану енергію до кількох МДж. На завершальній стадії знаходяться і роботи зі створення надпровідникового трансформатора потужністю вже 1000 кВА.

«Крім того, найважливішими результатами проекту будуть створення потужної експериментальної та технологічноїбази, а також формування колективів висококваліфікованих спеціалістів у сфері надпровідникових технологій, – підсумовує Віктор Панцерний. – Цього року у НДЦ Курчатовський інститут запрацює комплексна виробничо-дослідна лінія з отримання ВТСП-2 стрічкових надпровідників методом лазерної абляції. Лінія стане інструментом розвитку науки та технології ВТСП матеріалів, використовуючи максимально потужну наукову інфраструктуру курчатівського НБІКС центру. Це дозволить інтенсивно розвивати перспективну високотехнологічну галузь, що веде до комерціалізаціїнадпровідникових технологій».

Кабелі змінного струму

Не можна не розповісти про російський проект зі створення надпровідного кабелю завдовжки 200 м. Над створенням кабелю працювали ВАТ «Енергетичнийінститут ім. Г.М. Кржижанівського»(ЕНІН), ВАТ «Всеросійськогонауково-дослідний інститут кабельної промисловості» (ВНДІКП), Московський авіаційний інститут та ВАТ «НТЦ електроенергетики». Розробка розпочалася у 2005 р., у 2009 р. було створено дослідний зразок, який успішно пройшов випробування на спеціально створеному унікальному полігоні.

Основні переваги ВТСП кабелю - високе струмове навантаження, малі втрати, екологічна чистота та пожежна безпека. Крім того, при передачі великої потужності таким кабелем при напрузі 10-20 кВ не потрібні проміжні підстанції.

ВТСП кабель є складною багатошаровою конструкцією. Центральний несучий елемент виконаний у вигляді спіралі з нержавіючої сталі, оточеної пучком проводів з міді та нержавіючої сталі, обмотаних мідною стрічкою. Поверх центрального елемента укладаються два повивки надпровідних стрічок, а зверху - високовольтна ізоляція. Потім слід накладення надпровідного екрану, повиви гнучких мідних стрічок, обмотаних стрічкою з нержавіючої сталі. Кожна жила кабелю затягується у свій гнучкий кріостат завдовжки 200 м-коду.

Створення цієї багатокомпонентної конструкції ускладнюється тим, що ВТСП стрічка вкрай чутлива. Основна частина технологічних операцій проводилася на базі ВАТ «ВНДІКП». Однак для виготовлення високовольтної ізоляції кабель звозили до м. Перм на завод «Камський кабель».

«Для ВТСП кабелю ми робили операцію накладання паперової ізоляції, – розповідає Олександр Азанов, заступник головного технолога ТОВ «Камський кабель». - Було задіяно унікальне обладнання, яке раніше використовувалося для виробництва маслонаповнених кабелів високої напруги. Саме тому не пошкодували ресурсів на доставку напівфабрикату з Москви до Пермі та назад. І, гадаю, що поки що для виробництва таких спеціальних кабелів доцільно задіяти унікальне обладнання, встановлене на різних заводах, ніж організовувати виробництво в одному місці.

Найближчим часом організація серійного виробництва даного кабелю на нашому чи будь-якому іншому заводі є малоймовірною, оскільки монтаж ліній з надпровідникамивиробляється вкрай рідко та дуже малими довжинами (не більше 1 км). Головна причина тому - вартість ВТСП кабелів та їх обслуговування (потрібно постійно прокачувати рідкий азот через кабель)».

Кабелі постійного струму

На сьогоднішній день розробки в галузі створення ВТСП кабелів продовжуються. ВАТ «ФСК ЄЕС» та ВАТ «НТЦ ФСК ЄЕС» ведуть спільний НДДКР «Створення високотемпературної надпровідної кабельної лінії постійного струмуна напругу 20 кВ із струмом 2500 А довжиною до 2500 м». Перший прототип майбутньої інноваційної системи передачі енергії – два відрізки біполярного ВТСП кабелю по 30 м, розроблені в НТЦ ФСК ЄЕС та виготовлені на заводі «Іркутськкабель», – успішно пройшли струмові та високовольтнівипробування у 2013 р.

У листопаді 2014 р. відбулися випробування комплекту перетворювального обладнання для інноваційної передачі електроенергії потужністю 50 МВт з використаннямнадпровідного кабелю завдовжки кілька сотень метрів. Застосування ВТСП кабелю для електропостачання великих містдозволить досягти зменшення площ землевідведення, відмовитися від будівництваповітряних ліній та знизити втрати електроенергії.

У НТЦ ФСК ЄЕС зазначають, що кабельна лінія постійного струму на основі ВТСП має низку переваг у порівнянні з лінією змінного струму. Вона не тільки дозволяє передавати потужність з мінімальними втратами, а й обмежувати струми короткого замикання, регулювати реактивну потужність, керувати потоками потужності та забезпечувати її реверс.

«Приємно усвідомлювати, що російські розробники ВТСП кабелів знаходяться на передових рубежах, – каже Віталій Висоцький, д.т.н., академік АЕН РФ, директор наукового спрямування – зав. відділенням надпровідних проводів та кабелів ВАТ «ВНДІКП». - Наприклад, кабель 200 м був найбільшим у Європі у 2009–2013 рр., і лише у 2014 р. у Німеччині було встановлено кабель завдовжки 1 км. Але і цей рекорд буде перекритий з випробуванням кабелю 2,5 км для Санкт-Петербурга».

Від держпідтримки – до приватних інвестицій

Експерти прогнозують досить активний розвиток світового та російського ринку надпровідників. Так, Андрій Вавілов, голова Ради Директорів ЗАТ «СуперОкс», зазначає, що обсяг світового ринку ВТСП подвоюється щороку і в 2017 р. сягне $1 млрд, при цьому частку РФ у світовому ринку можна оцінити приблизно в 10%.

«Ринок надпровідності для електроенергетики повинен розвиватися, оскільки щільність споживання енергії постійно зростає і без надпровідності підтримувати запити, що ростуть, неможливо», - упевнений Віталій Висоцький. - Однак енергетики дуже консервативні по відношенню до всього нового, та ще і дорогого.Тому поки що Головна задача- все-таки просування нових проектів із підтримкою державних організацій. Це стане доказом надійності та ефективності надпровідних пристроїв. Поява нових проектів викличе попит на виробництво ВТСП стрічок, збільшення їх випуску та зниження ціни, що знову ж таки допоможе розвитку ринку».

«На цій стадії комплексне вирішення всіх поставлених завдань неможливе без всебічної допомоги держави, але з кожним роком підвищується інвестиційна привабливість ВТСП техніки, що дозволяє з високою впевненістю очікувати припливу приватних інвестицій у її подальший комерційний розвиток», - погоджується з колегою Віктор Панцерний.
Експертів тішить, що загалом на рівні держави є розуміння значущості надпровідникових технологій.
«Розвиток надпровідникової індустрії має загальнонаціональне значення і є важливим складовоюпереходу на інноваційнийшлях розвитку країни. Це було нещодавно констатовано на розширеному засіданні Консультативної Ради при голові Комітету Державної Думи з енергетики ФС РФ, де, зокрема, було зазначено, що для забезпечення економічної та політичної незалежності Росії стратегічно необхідно мати вітчизняне виробництво низько- та високотемпературнихнадпровідних матеріалів, надпровідникових пристроїв та виробів на їх основі», - повідомляє Віктор Панцирний.

Плани на майбутнє

Ми попросили експертів оцінити, які сфери застосування надпровідності, на їх погляд, є найбільш перспективними і де можна очікувати. комерційного використаннятехнології у найближчі роки.

«Як і в усьому світі, у Росії сьогодні найбільш просунуті проекти надпровідних кабелів. Вони мають і, сподіваємось, розвиватимуться, – розповідає Віталій Висоцький. - Надпровідні кабелі на основі ВТСП - вже зараз чисто комерційний продукт, щоправда, поки що досить дорогий. Він стане дешевшим, коли почнеться його широке впровадження і знадобиться значна кількість ВТСП стрічок, що й здешевить їхнє виробництво.

Проте, як на мене, найбільш необхідними та затребуванимидля електроенергетики є надпровідні обмежувачі струму КЗ на рівні напруги від 100 кВ та вище. Звичайних пристроїв такого класу напруги просто не існує, і без надпровідності тут просто не обійтися. Такі проекти вже обговорюються у нашій країні. Крім того, на мою думку, добрі перспективи мають ВТСП машини для вітрогенераторів. Вони обіцяють значне (у рази) зниження ваги одиничного генератора та збільшення одиничної потужності».

«Сьогодні драйвер розвитку ринку надпровідникових виробів – електроенергетика (силові кабелі та обмежувачі струму), – вважає Андрій Вавілов. - Але й у низці інших галузей є значний потенціал. Наприклад, сьогодні розробляються варіанти застосування ВТСП проводу як ефективної заміни низькотемпературних надпровідників у прискорювальній техніці, що використовується для науки, виробництва ізотопів та медицини. У Росії є великі плани у цій галузі, зокрема, з будівництва сучасного колайдера NICA у Дубні.

Великий потенціалмає створення ефективних обертових машин, що мають унікальні тягові характеристики, низьку масу та вагу. Такі двигуни потрібні в першу чергу для забезпечення руху великих суден, а генератори можуть використовуватися у відновлюванійенергетики.

Абсолютно нові перспективи сьогодні відкриває явище магнітної левітації. Це не тільки транспортні системи, а й безконтактні маніпулятори, а також довговічні підшипники з широким спектром застосування».

«Наступний розвиток високотемпературної надпровідності матиме виражений мультиплікативний ефект не тільки в електроенергетиці,але і в інших галузях, таких як космічний, авіаційний, морський, автомобільний та залізничнийтранспорт, машинобудування, металургія, електроніка, медицина, прискорювальна техніка. Технології надпровідності також є важливими і для зміцнення обороноздатності країни», - переконаний Віктор Панцирний.

Одним словом, подальший розвиток технологій на основі надпровідності відкриває перед людством величезні перспективи, причому вже в найближчому часі.

Високотемпературна надпровідність

Відкриття наприкінці 1986 року нового класу високотемпературних надпровідних матеріалів радикально розширює можливості практичного використання надпровідності для створення нової техніки та вплине на ефективність галузей народного господарства.

Явище, що полягає у повному зникненні електричного опорупровідника при його охолодженні нижче критичної температури, було відкрито в 1911 році, проте практичне використання цього явища почалося в середині шістдесятих років, після того, як були розроблені надпровідні матеріали, придатні для технічних застосувань. У зв'язку з тим, що критичні температури цих матеріалів не перевищували 20 К, усі створені надпровідникові пристрої експлуатувалися за температури рідкого гелію, тобто. при 4-5 К. Незважаючи на дефіцитність цього холодоагенту, високі енерговитрати на його зрідження, складність та високу вартість систем теплоізоляції по цілій низці напрямків почалося практичне використання надпровідності. Найбільш великомасштабними застосуваннями надпровідників стали електромагніти прискорювачів заряджених частинок, термоядерних установок, МГД-генераторів. Були створені дослідні зразки надпровідникових електрогенераторів, ліній електропередачі, накопичувачів енергії, магнітних сепараторів та ін. капіталістичних країнахпочалося масове виробництво діагностичних медичних ЯМР-томографів з надпровідникових магнітів, потенційний ринок яких оцінюється в кілька млрд. доларів.

Відкриття високотемпературних надпровідників, критична температура яких із запасом перевищує температуру кипіння рідкого азоту, принципово змінює економічні показникинадпровідникових пристроїв, оскільки вартість охолодження і витрати на підтримку необхідної температури знижуються в 50-100 разів. Крім того, відкриття високотемпературної надпровідності (ВТСП) зняло теоретичну заборону подальше підвищеннякритичної температури з 30 – аж до кімнатної. Так, від часу відкриття цього явища критична температура підвищена з 30 - 130 До.

Державна науково-технічна програма передбачає широкий комплекс робіт, що включають фундаментальні та прикладні дослідження, спрямовані на вирішення проблеми технічної реалізації високотемпературної надпровідності.

Відповідно до структури програми головними напрямками робіт є:

1. ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИРОДИ І ВЛАСТИВОСТЕЙ ВТСП.

Основними завданнями цього напряму є фундаментальні дослідження щодо з'ясування механізму високотемпературної надпровідності, розробка теорії ВТСП, прогнозування пошуку нових сполук з високими критичними параметрами та визначення їх фізико-хімічних властивостей.

2. ВПЛИВ ЗОВНІШНІХ ФАКТОРІВ НА ВЛАСТИВОСТІ ВТСП МАТЕРІАЛІВ.

за даному напрямкубудуть проводитись дослідження впливу високих тисків, механічних та теплових впливів, іонізуючих випромінювань, електромагнітних полів та інших зовнішніх факторівна властивості ВТСП матеріалів та вироблення рекомендацій з питань створення ВТСП матеріалів з оптимальними технологічними та технічними характеристиками.

3. НАУКОВІ ОСНОВИ ТА ТЕХНОЛОГІЇ ОТРИМАННЯ ВТСП МАТЕРІАЛІВ.

Головними завданнями досліджень у цьому напрямі є розробка теоретичних основ отримання високотемпературних надпровідних матеріалів із заданими властивостями, синтез нових матеріалів із необхідними технічної реалізації параметрами, розробка технологій отримання високотемпературних надпровідників заданих технічних форм. Ключовими питаннями цього напряму та всієї програми в цілому є створення технологічних та стабільних тонкоплівкових структур, прийнятних для реалізації в слаботочній техніці, і особливо сильноточних токонесучих елементів у вигляді проводів, стрічок, кабелів та ін для використання в сильноточній техніці.

4. СЛАБОТОЧНІ ЗАСТОСУВАННЯ ВТСП.

Створення конкретних технічних виробів з урахуванням ВТСП матеріалів найбільш реально найближчим часом у слаботочної техніці, тобто. у мікроелектроніці та обчислювальній техніці.

У рамках програми передбачається розробка та освоєння серійного виробництва трьох класів електронних надпровідникових приладів:

СКВІДи (прилади на основі джозефсонівських переходів) як детектори слабких магнітних полів для застосування в медицині (магнітоенцефалографія), геології та геофізиці (пошук корисних копалин, вивчення геологічної будови земної кори, прогноз землетрусів), матеріалознавстві (не руйнуючий контроль матеріалів, конструкцій), військової техніки(виявлення магнітних аномалій, зокрема, глибинних підводних човнів), наукових дослідженнях, зв'язки та навігації.

Широке освоєння та впровадження СКВІД магнітометричного методу вимірювань дозволить у короткий строкякісно змінити багато видів вимірювальної техніки, підвищити у сотні і більше разів чутливість приладів та точність вимірювань, підвести вимірювальні можливості широкої номенклатури датчиків до теоретичної межі, вивести вимірювальну техніку на найвищий якісно новий рівень.

Аналого-цифрові прилади (АЦП), що використовують надшвидкі (частки пікосекунди) перемикання від джозефсонівського до "гіверівського" режиму роботи, для застосування в новітніх системахзв'язку, цифрових обчислювальних пристроях для обробки та аналізу аналогових сигналівта ін.

Прилади, засновані на ефекті появи на джозефсонівському переході постійної напруги при подачі на нього НВЧ сигналу для використання в прецизійних вимірювальних системах (наприклад, еталон Вольта).

Широке застосування ВТСП знайде у обчислювальній техніці. Вже в даний час розроблені, виготовлені та випробувані макети осередку пам'яті, надчутливий елементзчитування на ВТСП плівках із кратним зниженням енерговиділення порівняно з напівпровідниковими підсилювачами зчитування, надшвидкісні лінії зв'язку, які дозволять збільшити продуктивність систем у 10 – 100 разів. Впровадження ВТСП у обчислювальну техніку дасть кратне збільшення її швидкодії та ступеня інтеграції. Так, перехід на ВТСП з'єднання та зниження робочої температури напівпровідникових суперЕОМ дозволить підвищити їхню продуктивність з 10х9 до 10х12 операцій/сек.

Одною з перспективних областейзастосування ВТСП буде космічна техніка- бортові та "забортові" вимірювальна апаратура та обчислювальні системи (можлива робота без спеціальних пристроїв охолодження, оскільки "тіньова" температура у супутників - 90 К). При цьому під час переходу на ВТСП питома масаохолоджувальної системи знизиться у 50 разів, обсяг зменшиться у 1000 разів, надійність зросте у 10 разів.

Широкі перспективи використання ВТСП відкриваються у НВЧ-техніці та у створенні датчиків видимого та ІЧ діапазону з високою чутливістю.

5. СИЛЬНОТОЧНІ ЗАСТОСУВАННЯ ВТСП.

Застосування ВТСП у сильноточній техніці матиме найбільш радикальні економічні наслідкидля народного господарства

Цей напрямок включає створення електроенергетичних пристроїв і систем, що виробляють, передають і перетворюють електроенергію в промислових масштабах. Основою цього напряму є здатність надпровідників нести без втрат високі густини (10х9-10х10 А/м2) транспортного струму в сильних магнітних полях при температурах нижче критичної. Ця властивість надпровідників дозволяє створювати електроенергетичне обладнання різного призначення з покращеними масогабаритними характеристиками, вищим ККД та значно (у десятки разів) зниженими експлуатаційними витратами.

Так, при передачі кабельними лініями електропередач потужностей понад 20 млн. кВт на відстань понад 2000 км очікується зниження електричних втрат на 10%, що відповідає заощадженню від 7 до 10 млн. т.у.т. на рік. При цьому наведені витрати на надпровідну кабельну ЛЕП можуть бути не більшими, ніж на високовольтну ЛЕП традиційного виконання. Синхронні надпровідні генератори для ТЕС, АЕС та ГЕС матимуть на 0,5-0,8% вищий ККД та на 30%

менші вагогабаритні показники. Передбачається створення надпровідникових індуктивних накопичувачів енергії, які в порівнянні з гідроакумулюючими станціями, єдиним типом накопичувачів енергії, що знайшло промислове застосування в енергетиці, будуть істотно вищим ККД (до 97-98% замість 70%). У рамках програми передбачається створення широкої гами електротехнічних і електроенергетичних пристроїв, при цьому масштаби сумарної економії електроенергії за рахунок масового застосування ВТСП будуть настільки великі, що дозволять радикальним чином переглянути екстенсивну стратегію розвитку паливно-енергетичного комплексу, що склалася.

Відповідно до структури програми, передбачається розробка та випуск надпровідних пристроїв та систем, створення яких економічно та технічно доцільно на основі традиційних гелієвих надпровідників. Це надпровідні сепаратори, ЯМР-томографи, магнітні системи для утримання плазми в ТОКОМАКах і прискорювачах заряджених частинок та ін. технологічну основудля швидкого переходу на ВТСП із створенням технологічних ВТСП провідників.

6. КРИОСТАТУВАННЯ.

Оскільки незважаючи на значне підвищення критичних температур нових надпровідних матеріалів, їх абсолютне значення залишається на рівні кріогенних температур, одним з найважливіших напрямівдосліджень і розробок є створення високоекономічних, надійних автоматизованих зріджувальних та рефрижераторних азотних установок, систем кріостатування для конкретних надпровідних виробів, а також пошук нових методів отримання холоду в діапазоні робочих температур ВТСП.

Сьогодні побачив обговорення під ним. Зважаючи на те, що сьогодні ж я був на виробництві надпровідних кабелів, хотів вставити пару зауважень, але read-only… У результаті вирішив написати невелику статтю про високотемпературні надпровідники.

Спочатку, про всяк випадок, хочеться відзначити, що термін «високотемпературний надпровідник» означає надпровідники з критичної температурою вище 77 К (-196 °C) - температури кипіння дешевого рідкого азоту. Не рідко до них відносять і надпровідники з критичною температурою близько 35 К, т.к. таку температуру мав перший надпровідний купрат La 2-x Ba x CuO 4 (речовина змінного складу, звідси і x). Тобто. «високі» температури тут ще дуже низькі.

Основне поширення набуло два високотемпературних надпровідника - YBa 2 Cu 3 O 7-x (YBCO, Y123) та Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10+x (BSCCO, Bi-2223). Також застосовуються схожі з YBCO матеріали, в яких ітрій замінений іншим рідкісноземельним елементом, наприклад гадолінієм, їх загальне позначення- ReBCO.
YBCO, що випускаються, та й інші ReBCO, мають критичну температуру на рівні 90-95 К. Випускаються BSCCO досягають критичної температури в 108 До.

Крім високої критичної температури, ReBCO та BSCCO відрізняються великими значеннямикритичного магнітного поля (у рідкому гелії - понад 100 Тл) та критичного струму. Втім, з останнім все не так просто.

У надпровіднику електрони рухаються незалежно, а парами (Куперовскими парами). Якщо ми хочемо, щоб струм перейшов з одного надпровідника до іншого, то зазор між ними повинен бути меншим за характерний розмір цієї пари. Для металів та сплавів цей розмір становить десятки, а то й сотні нанометрів. А ось у YBCO та BSCCO він становить лише пару нанометрів та частки нанометра, залежно від напрямку руху. Навіть зазори між готельними зернами полікристалу виявляються вже цілком відчутною перешкодою, не кажучи вже про зазори між окремими шматками надпровідника. В результаті надпровідна кераміка, якщо не робити спеціальних хитрощів, здатна пропускати через себе лише відносно невеликий струм.

Найпростіше проблему виявилося вирішити в BSCCO: його зерна природним чином мають рівні краї, а найпростіший механічний стиск дозволяє ці зерна впорядкувати для отримання високого значення критичного струму. Це дозволило досить швидко і просто створити перше покоління високотемпературних надпровідних кабелів, а точніше високотемпературних надпровідних стрічок. Вони є срібною матрицею, в якій є безліч тонких трубочок, заповнених BSCCO. Цю матрицю розплющують, при цьому зерна надпровідника набувають потрібного порядку. Отримуємо тонку гнучку стрічку, що містить безліч окремих плоских надпровідних жил.

На жаль, BSCCO матеріал далеко не ідеальний: у нього критичний струм дуже швидко падає із зростанням зовнішнього магнітного поля. Критичне магнітне поле у ​​нього досить велике, але задовго до досягнення цієї межі, він втрачає здатність пропускати скільки-небудь великі струми. Це дуже сильно обмежувало застосування високотемпературних надпровідних стрічок, замінити старі добрі сплави ніобій-титан та ніобій-олово, що працюють у рідкому гелії, вони не могли.

Зовсім інша справа – ReBCO. Але створити в ньому правильну орієнтацію насіння дуже важко. Лише відносно недавно навчилися робити надпровідні стрічки на основі цього матеріалу. Такі стрічки, звані другим поколінням, отримують напиленням надпровідного матеріалу на підкладку, що має спеціальну текстуру, що задає напрямок зростання кристалів. Текстура, як не складно здогадатися, має нанометрові розміритак що це справжні нанотехнології. У московській компанії «СуперОкс», в якій я власне і був, для отримання такої структури на металеву підкладку напилюють п'ять проміжних шарів, один з яких одночасно з напиленням розпорошується потоком швидких іонів, що падають під певним кутом. В результаті кристали цього шару ростуть тільки в одному напрямку, в якому іони найскладніше їх розпорошувати. Інші виробники, які в світі чотири, можуть використовувати інші технології. До речі, вітчизняні стрічки використовують гадоліній замість ітрію, він виявився технологічнішим.

Надпровідні стрічки другого покоління шириною 12 мм і товщиною 0,1 мм у рідкому азоті за відсутності зовнішнього магнітного поля пропускають струм до 500 А. У зовнішньому магнітному полі 1 Тл критичний струм все ще сягає 100 А, а при 5 Тл - до 5 А Якщо охолодити стрічку до температури рідкого водню(ніобієві сплави при такій температурі ще навіть не переходять у надпровідний стан), та сама стрічка зможе пропустити 500 А в полі 8 Тл, а «які» 200-300 А - в полі на рівні пари десятків тесла (жаба літає) . Про рідкий гелій годі й казати: є проекти магнітів на цих стрічках з полем на рівні 100 Тл! Правда тут уже в повний зріствиникає проблема механічної міцності: магнітне поле завжди прагне розірвати електромагніт, але коли це поле досягає десятків тесла, його прагнення легко реалізуються.

Втім, всі ці чудові технології не вирішують проблеми з'єднання двох шматків надпровідника: хоч кристали і орієнтовані в одному напрямку, про полірування зовнішньої поверхні до субнанометрового розміру шорсткості не йдеться. Корейці мають технологію спікання окремих стрічок один з одним, але вона ще, м'яко кажучи, далека від досконалості. Зазвичай стрічки з'єднують один з одним звичайним паянням звичайним олов'яно-свинцевим припоєм або іншим класичним способом. Зрозуміло, при цьому на контакті з'являється кінцевий опір, так що створити з таких стрічок надпровідний магніт, що не вимагає живлення протягом багатьох років, та й просто ЛЕП з нульовими втратами не виходить. Але опір контакту становить малі частки мікроома, отже навіть за 500 А струмі там виділяються лише частки милливатта.

Зрозуміло, у науково-популярній статті читач шукає більш видовищності… Ось кілька відео моїх експериментів із високотемпературною надпровідною стрічкою другого покоління:

Останнє відео записав під враженням від коментаря на YouTube, в якому автор доводив, що надпровідності не існує, а левітація магніту – абсолютно самостійний ефект, пропонував усім охочим переконатися у його правоті, вимірявши безпосередньо опір. Як бачимо, надпровідність таки існує.

Високотемпературна надпровідність

Високотемпературні надпровідники(Високі T c) - сімейство матеріалів (надпровідних керамік) із загальною структурною особливістювідносно добре розділеними мідно-кисневими площинами. Їх також називають надпровідниками на основі купратів. Температура надпровідного переходу, яка може бути досягнута в деяких складах у цьому сімействі, є найвищою серед усіх відомих надпровідників. В даний час рекордним значенням критичної температури T c =135 K (під тиском T c =165 K, -109 °C) володіє речовина HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8+x , відкрита в 1993 р. С. Н. Путіліним Є. В. Антіповим з МДУ. Нормальний (і надпровідні) стани показують багато загальних особливостей між різними складами купратів; багато з цих властивостей не можуть бути пояснені в рамках теорії БКШ. Послідовної теоріїнадпровідності в купратах нині немає; Однак, проблема привела до багатьох експериментальних і теоретичних результатів, і інтерес у цій галузі - не лише у досягненні надпровідності при кімнатній температурі. Перше з'єднання з класу високотемпературних надпровідних купратів La 2-x Ba x CuO 4 відкрили Карл Мюллер та Георг Беднорц у 1986 р. За це відкриття у 1987 р. їм було негайно присуджено Нобелівську премію.

Інтерметаліди

У 2001 році відкритий сплав 2 (диборид магнію) з рекордною для інтерметалідів температурою переходу в надпровідний стан Т с = 40 К. Кристалічна структура цієї речовини являє собою шари бору, що чергуються, і шари магнію. Шаруватість призводить до анізотропії фізичних якостей, тобто. величини електричної провідності, оптичного спектра поглинання, міцності та ін. різні у площині шарів та у напрямку перпендикулярному шарам. Це двозонне з'єднання стало першим відомим науці надпровідником, що володіє відразу двома надпровідними щілинами (двощілинна надпровідність), що було передбачено теоретично та підтверджено експериментально. У дірочних квазідвовимірних зонах бору (σ-зонах) при переході в надпровідний стан у спектрі квазічастинок утворюється щілина Δσ (зона заборонених енергій для одиночних електронів і дірок) зі значеннями приблизно (10-11) меВ при максимальних Т с. У тривимірних зонах магнію (π-зонах) також утворюється надпровідна щілина π з амплітудою приблизно (1,5 - 3) меВ. Таким чином, у надпровідному 2 співіснують два надпровідні конденсати: ізотропний тривимірний (від π-зон магнію) і двовимірний дірковий (локалізований у шарах бору).

Внесення домішок інших атомів 2 , тобто. допування призводить до зниження критичної температури переходу Т с. Зважаючи на все, це з'єднання має оптимізовані для надпровідності характеристики від природи і не піддається штучному "покращенню". При зниженні Т від 40 До 10 К величина малої щілини Δ π змінюється слабо, а значення великої щілини Δ σ знижується разом з критичною температурою, експериментатори відзначають лінійний зв'язок між Т с і Δ σ . Характеристичне ставлення теорії БКШ 2Δ σ /k B Т з оцінками провідних російських експериментаторів перебуває у діапазоні 5-7, що свідчить про сильному электрон-фононном взаємодії у шарах бору і наближає 2 до купратним ВТСП.

Надпровідні пніктиди та селеніди

У 2008 році відбулося чудове відкриття нового класу надпровідних сполук з високими значеннями критичної температури T c - шаруватих сполук на основі заліза та елементів V групи (пніктидів) або т.з. ферропніктидів чи селенідів заліза. Вперше було констатовано надпровідний стан у сполук, що містять магнітні атоми (). Кристалічна структура всіх залізовмісних надпровідників (вже відомо 6 сімейств) являє собою шари, що чергуються, в яких атоми заліза оточені тетраедром з атомів або , що пригнічує магнітні властивості атомів . На даний момент рекордсменом за значенням T c є з'єднання GdOFeAs (Gd-1111), доповнене фтором, який замінює кисень. Його T c досягає 55 До.

Всі залізовмісні надпровідники мають багатозонну структуру і квазідвумерні (виявляють анізотропію властивостей у напрямку поперек площин). При переході в надпровідний стан у кожній зоні відкривається власна щілина в квазічастковому спектрі, що призводить до появи як мінімум двох надпровідних конденсатів та багатощілинної надпровідності, подібної до випадку 2 (дибориду магнію). Характеристичне ставлення теорії БКШ 2Δ велика /k B Т з оцінками російських експериментаторів перебуває у діапазоні 4,6 - 6.

Органічні надпровідники

Наприкінці 60-х – на початку 70-х рр. були великі надіїна синтез органічних комплексів з перенесенням заряду (КПЗ) - наприклад, комплексів en: TCNQ-TTF (тетраціанохінодіметан-тетратіафульвальний). Однак, незважаючи на синтез ряду перспективних сполук, виявилося, що надпровідність у цих комплексах нестійка навіть за невеликих щільностей струму.

Примітки

Посилання

Wikimedia Foundation. 2010 .

• Вах (вигук)
• Петропавлівський міст

Дивитись що таке "Високотемпературна надпровідність" в інших словниках:

високотемпературна надпровідність- надпровідність при високій температурі- [А.С.Гольдберг. Англо-російський енергетичний словник. 2006 р.] Тематики енергетика в цілому Синоніми надпровідність за високої температури EN high temperature superconductivity … Довідник технічного перекладача

Надпровідність- Магніт, що левітує над високотемпературним надпровідником, рідким азотом, що охолоджується, Надпровідність властивість деяких мате … Вікіпедія

ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНА СВЕРХПРОВІДНА КЕРАМІКА- (ВТСП кераміка), кераміка (див. КЕРАМІКА), створена на основі оксидних високотемпературних надпровідників. Вперше надпровідна кераміка була отримана в 1986 р. Й. Беднорцем (див. БЕДНОРЦ Йоханнес Георг) та К.… … Енциклопедичний словник

ВТСП- високотемпературна надпровідність … Словник скорочень російської мови

Список нових перспективних технологій- містить деякі з найвидатніших поточних подій, досягнень та інновацій у різних областяхсучасні технології. Нові технології це ті технічні нововведення, які становлять прогресивні зміни в рамках області.

Телур- 52 Сурма ← Теллур → Йод … Вікіпедія

Телур / Tellurium (Te) Атомний номер 52 Зовнішній вигляд простої речовиниАтомна маса (молярна маса) 127,6 а. е. м. (г/моль) … Вікіпедія

ОКСИДНІ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНІ СВЕРХПРОВІДНИКИ- оксидні сполуки з високою критичністю. темп рій Т з переходив надпровідний стан. Виявлення надпровідності у цих сполуках (1986 88) суттєво підвищило рівень відомих значеньТ з від 24К в Nb3Ge до 120Кв Т12 2 Са 2 Сu3 О… … Фізична енциклопедія

Надпровідність є квантовим явищем, що проявляється в макроскопічних масштабах. Надпровідність виникає при охолодженні деяких речовин до певної для цієї речовини критичної температури,при якій речовина стрибкоподібно перетворюється на особливий надпровідний стан. Фундаментальною особливістю надпровідників є повна відсутність електричного опору.

Це явищебуло відкрито у 1911 році Х. Камерлінг-Оннесом. Надпровідність можна спостерігати в наступний досвід. Металеве кільце міститься в магнітне поле при температурі вище критичної T c . Потім температура знижується до значень Т< T с. После этого поле В выключают. По закону електромагнітної індукціїзміна магнітного поля викликає у зразку появу струму. Внаслідок того, що у зразку відсутній опір, струм може циркулювати нескінченно довго.

Якщо при температурах Т< T 0 увеличить индукцию В магнитного поля, то при некотором критическом значении В кр, которое называется критическим магнитным полем, сверхпроводящее состояние нарушается. Согласно сучасним уявленнямнадпровідний і нормальний стан є дві фази речовини, які можуть переходити один в одного (рис.1).

Рис. 1.

Друге фундаментальне властивість надпровідників полягає у ефекті Мейснера, тобто. надпровідники стають ідеальними діамагнетиками та виштовхують зовнішнє магнітне поле. На відміну від них, ідеальні провідники з опором повинні захоплювати магнітний потік. На наведеному нижче малюнку 2 показано поведінку надпровідної кулі та провідника з опором при різних температурах та зовнішніх магнітних полях. На рис2. розглянуті випадки: 2а) Т>Т до, 2б) Т<Т к, внешнее магнитное поле не равно нулю 2в) Т<Т к, внешнее магнитное поле равно нулю

Рис.2

Ефект Мейснера пов'язаний з тим, що в приповерхневому шарі, товщиною близько 10 -6 см починає циркулювати постійний струм, сила якого така, що створене поле компенсує зовнішнє поле в товщі надпровідника.

Розрізняють надпровідники І та ІІ роду.

Надпровідники I роду переходять у нормальний стан стрибкоподібно, а провідники другого роду переходять у нормальний стан поступово. На наведеному малюнку показано залежність намагніченості М від індукції зовнішнього магнітного поля. Початкові криві від 0 до критичного значення У з надпровідників I і II роду однакові. Вони відповідають ефекту Мейснера. Надпровідники I роду (рис.а) при критичному значенні магнітного поля стрибкоподібно переходять у нормальний стан, при цьому їх намагніченість різко зменшується.

Надпровідники ІІ роду (рис.б) при критичному значенні магнітного поля починають плавно переходити до нормального стану, при цьому їх намагніченість зменшується плавно.

До 80-х найвища критична температура у надпровідників мала значення 23 До.

У 1986 році були відкриті надпровідники з критичними температурами 35 К. Зараз відкриті матеріали з критичними температурами 135 К. До цих відкриттів як охолоджувальну речовину застосовувався рідкий гелій (температура кипіння при нормальному тиску 4,2 К). Після відкриття надпровідників з критичними температурами, що перевищують 77,3 К (температура кипіння азоту) стали застосовувати як охолоджувальну речовину більш дешевий і доступний азот. Відповідно про низькотемпературні надпровідники стали говорити як про надпровідники гелієвого рівня температур, а про високотемпературні надпровідники назвали надпровідниками азотного рівня температур.

До розуміння природи низькотемпературної надпровідності привели два експериментальні факти.

1. Метали, що є при кімнатних температурах хорошими провідниками (срібло, мідь) не мають властивості надпровідності. Погані провідники (ртуть) за низьких температур стають надпровідниками. Хороша провідність срібла та міді вказує на слабку взаємодію електронів із кристалічною решіткою. Навпаки, у ртуті електрони взаємодіють із ґратами інтенсивніше.

2. Більшість надпровідників виконується співвідношення , де М – маса атома ізотопу. Явище отримало назву ізотопічний ефект. Це співвідношення вказувало на взаємодію електронів з іонами кристалічних ґрат.

Якісно явище низькотемпературної надпровідності може бути описано в такий спосіб. Електричне поле електрона, що рухається, впливає на кристалічну решітку, деформуючи (поляризуючи) її. При цьому електрон виявляється в оточенні позитивної хмари заряду вузла кристалічних ґрат. Якщо сумарний заряд області електрона та поляризованого іона виявиться позитивним, ця область може притягнути інший електрон. При цьому через взаємодію з позитивним вузлом кристалічної решітки в пару об'єднуються електрони, що мають протилежно орієнтовані спини та імпульси. Така пара називається куперовской парою на прізвище вченого Л. Купера, який розробив цю теорію. Куперовская пара має спин, рівний 0, вона підпорядковується статистиці Бозе-Ейнштейна. Тому за низьких температур перетворення в куперівські пари носить масовий характер. Кожен електрон з імпульсом може вступити у взаємодію лише з таким електроном, імпульс якого дорівнює . Стан електронів у кристалі постійно змінюються, тому постійно змінюються і набори пар. Цей процес забезпечує зв'язок між усіма куперівськими парами. Таку сукупність куперовських пар можна як бозе-конденсат.

Відкриття високотемпературної надпровідності стало несподіванкою теоретичної фізики, т.к. теорія низькотемпературної надпровідності не давала високих значень критичних температур.

Серед високотемпературних надпровідників особливу групу складають купрати – з'єднання зі складною шаруватою структурою. Кристал купрата можна образно порівняти з "сендвічем" із різних елементів. В.Л. Гінзбургом було розглянуто модель надпровідника, що складається з металевої плівки, розташованої між шарами діелектрика або напівпровідника. Електрони цих шарів відштовхуються електронами металу, внаслідок чого навколо останніх виникає хмара позитивного заряду, що сприяє утворенню куперівських пар. За оцінками В.Л. Гінзбург така модель допускає існування критичних температур до 200 К.

На сьогодні добре розробленої теорії високотемпературної надпровідності немає.

Надпровідники використовуються в різних пристроях та приладах. З надпровідникових виробів гелієвого рівня температур використовуються томографи, сепаратори та накопичувачі енергії. Надпровідні томографи забезпечують більш високу якість діагностики внутрішніх органів, сепаратори застосовуються для збагачення руд, накопичувачі забезпечують запас енергії близько кількох кіловат-годин.

Заміна рідкого гелію на азот як охолоджувальну речовину в сотні разів скорочує витрати на створення установок.

Заміна звичайних провідників на високотемпературні надпровідники значно зменшує їхню вагу, суттєво збільшує час експлуатації. В даний час вони застосовуються в системах супутникового та стільникового зв'язку, прецизійної апаратури, що вимірює мізерно малі струми, зміни магнітних потоків.

У цифровій надпровідникові електроніці створюються пристрої з великою кількістю елементів на одному чіпі.

Між надпровідним кільцем та магнітом виникає відштовхування. Це може застосовуватися в моторах, гіроскопах. У багатьох країнах розробляються проекти поїздів магнітною подушкою. По надпровіднику монорейку попускається електричний струм. У вагонах поїзда розміщуються надпровідні магніти. Вагони зависають над колією. Такий поїзд розвиває швидкість, порівнянну зі швидкістю літака.