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常温超导:用电设备的变革
【编辑日期:2024-11-22】  【作者:zzst】    【 关 闭 】

(一)节能与小型化

常温超导的实现将使一切用电设备变得极为节能。由于超导材料在接近室温的条件下电阻为零,电流在传输过程中不会产生热量损失,从而大大提高了能源的利用效率。以电子设备为例,电脑、手机等设备在使用过程中,很大一部分电能会因为电阻而转化为热能,不仅造成能源浪费,还需要额外的散热系统来维持设备的正常运行。而常温超导材料的应用将使这些设备无需担心散热问题,电能可以完全用于设备的运行,从而实现节能。
同时,超小型化也将成为可能。传统的用电设备为了应对电阻产生的热量,需要较大的空间来安装散热系统。而常温超导设备由于没有电阻发热问题,可以设计得更加紧凑和小巧。例如,变压器可以变得更小,从而减少占用空间,提高设备的集成度。这将为电子设备、交通工具等领域带来巨大的变革,使产品更加轻便、高效。

(二)对各行业的影响

  1. 热设计:常温超导使得导线上电阻为零,根据,导线上产生热功率的参数消失,与电阻性发热有关的负面问题烟消云散。这对搞热设计研究的人来说是一大挑战,风扇散热、散热片设计生产、热管制冷等相关行业将面临困境。但电气散热专业方向不会消失,因为电子产品的发热分阻性发热和磁性发热两类,虽然电感变压器线圈的阻性发热没了,但磁芯的热反而更强,依然有其用武之地。
  1. 磁学:对磁性相关行业是重大利好。在电力、电机驱动行业,如新能源汽车的轮毂电机和电源模块中的变压器,涉及电能变磁能再变机械能或电能的过程。电的损耗消失后,磁饱和和磁性发热将成为瓶颈。这将促使强电磁性材料行业迎来大发展,变压器磁芯的磁 “超导” 研究也将成为新的研究热点。
  1. 储能行业:现有电池储能本质是化学储能,电能变化学能储存,化学能再变成电能输出。常温超导使电能部分的损耗消失,理论上电流可以变得无穷大,但化学能与电能之间的转换瓶颈及化学能自身的瓶颈依然存在。不过,生化环材专业将不再是天坑专业,有广阔的发展前景。
  1. 电线电缆行业:对于电力电源类电缆,电阻消失后,导线发热问题解决,传输效率大大提高,甚至一根较细的导线都可以传输大电流。但对信号类电缆,虽然传输电流可以很大,但线上电压差超低,会对电子电路的技术和信号质量、信号传输理论产生较大影响。
  1. 焊锡焊料:导线不热后,焊料的发热将成为主要矛盾,从事焊接材料研究的人将有新的研究方向。
  1. 功能安全技术:虽然常温超导实现了,但在超导过程中可能会突然不超导。功能安全从业者需要考虑这一问题,例如一根导线上有大电流时,超导可能会因老化或某种外在条件瞬态激发而消失或变差。
  1. 对元器件行业:电阻行业可能会因有些电路需要故意加电阻而成为利好。对于 IC 行业,没有了阻性发热,芯片集成度将不再受发热限制;对 MOSFET、IGBT 等开关管,开关损耗增强、导通损耗减弱,对耐压的要求提高,氮化镓类器件有进一步的提升空间和需求。
  1. 电磁兼容行业:电磁干扰的来源是电流突变和电压突变,过去金属导体上的阻性阻尼能抑制电流突变,现在电阻消失后,电磁兼容问题反而变得更严重。导线的趋肤效应和线间分布电容依然存在,未来可能会故意让其不超导或加点电阻限限流。
  1. 信号完整性技术:与电磁兼容的高频特性机理一样,没有了阻性,信号的快速变化不再受限,而导线的走线电感特性和分布电容特性不会消失,信号完整性问题会变得更严重。
综上所述,常温超导的实现将对多个行业产生深远的影响,推动各行业的技术革新和发展。