Welke materialen kunnen als supergeleiders fungeren?

Welke materialen kunnen als supergeleiders fungeren? Lees over eigenschappen, toepassingen en voorbeelden van materialen die supergeleiding mogelijk maken.

Welke materialen kunnen als supergeleiders fungeren?

Supergeleiders zijn materialen die, onder bepaalde omstandigheden, elektrische stroom zonder weerstand kunnen geleiden. Dit fenomeen wordt supergeleiding genoemd en kan zorgen voor aanzienlijke energiebesparingen en efficiënter gebruik van elektrische systemen. Er zijn verschillende materialen die als supergeleiders kunnen functioneren, meestal ingedeeld in twee categorieën: conventionele supergeleiders en hoge-temperatuur supergeleiders.

Conventionele supergeleiders

Conventionele supergeleiders zijn materialen die bij zeer lage temperaturen supergeleidend worden. Dit soort supergeleiders wordt beschreven door de BCS-theorie (Bardeen-Cooper-Schrieffer). De meeste metalen en legeringen vallen in deze categorie. Hieronder een lijst van enkele conventionele supergeleiders:

• Kwik (Hg)
• Lood (Pb)
• Niobium (Nb)
• Aluminium (Al)

Deze materialen worden supergeleidend bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt (0 Kelvin, of -273,15 graden Celsius). Bijvoorbeeld, kwik wordt supergeleidend bij een temperatuur van ongeveer 4.2 K, terwijl lood dit doet bij ongeveer 7.2 K.

Hoge-temperatuur supergeleiders

Hoge-temperatuur (high-temperature) supergeleiders functioneren bij relatief hogere temperaturen dan conventionele supergeleiders. Dit type supergeleiders werd eind jaren tachtig ontdekt en behoort tot de keramische materialen. Sommige van deze materialen kunnen supergeleiding vertonen bij temperaturen boven het kookpunt van vloeibaar stikstof (77 K), waardoor ze praktischer zijn voor sommige toepassingen.

Enkele veelvoorkomende hoge-temperatuur supergeleiders zijn:

1. Yttrium-barium-koperoxide (YBa₂Cu₃O_7-δ, ook bekend als YBCO)
2. Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_10+x (ook bekend als BSCCO)
3. Thallium-barium-calcium-koperoxide

Deze materialen kunnen supergeleidend worden bij temperaturen rond 90 K of zelfs hoger. YBCO bijvoorbeeld, wordt supergeleidend bij ongeveer 93 K. Het voordeel van deze hogere kritieke temperaturen is dat ze gekoeld kunnen worden met vloeibaar stikstof in plaats van de veel duurdere en moeilijker te hanteren vloeibare helium.

Toepassingen van supergeleiders

Dankzij hun unieke eigenschappen vinden supergeleiders toepassingen in verschillende gebieden, zoals:

• Magnetische resonantie beeldvorming (MRI): Supergeleidende spoelen worden gebruikt in MRI-machines vanwege hun vermogen om krachtige magnetische velden te genereren.
• Magnetische levitatie (Maglev) treinen: Door supergeleiders in de spoorwegtechniek kunnen treinen met zeer hoge snelheid en zonder wrijving boven de rails zweven.
• Krachtige deeltjesversnellers: Supergeleidende magneten zijn cruciaal in deeltjesversnellers zoals de Large Hadron Collider (LHC).

De voortdurende ontdekking en ontwikkeling van nieuwe supergeleiders belooft verdere innovaties en bredere toepassingen in de toekomst.

Summary