THỜI CỦA CÁC SIÊU VẬT LIỆU


GIẢI MÃ MỘT GIẤC MƠ:
Tính siêu dẫn được khám phá lần đầu vào năm 1911 tại ĐH Leiden trong một miếng thuỷ ngân đặc. Các vật liệu siêu dẫn không kháng điện, vì vậy khác những chất dẫn điện thong thường, chúng cho phép dòng điện đi qua mà không chịu một tổn thất điện năng nào cả. Thoạt đầu, hiện tượng nầy chỉ thấy trong những vật liệu được làm lạnh gần số 0 ( không ) tuyệt đối, mà theo lý thuyết đó cũng là tình trạng nhiệt năng số không (0). ¾ thế kỷ sau, nhiệt độ cao nhất thử nghiệm thành công trên siêu dẫn – gọi là nhiệt độ “chuyển tiếp” hay “quá độ” – là 230K ( -2500C). Điều này cho phép các nhà khoa học tận dụng tín h năng siêu dẫn trang các ứng dụng đặc biệt như máy quét ảnh cộng hưởng từ ( Magnetic Resonance Imaging – MRI ) và những công cụ tạo ra va đập phân tử vật lý năng lượng cao. Chúng được làm lạnh đến nhiệt độ siêu dẫn bằng helium lỏng. Nhưng những ứng dụng hằng ngày như thay hệ thống đường dây truyền tải điện ngốn nhiều điện bằng hệ thống dây siêu dẫn thì vẫn chưa thể làm đựơc vì không có vật liệu nào có khả năng siêu dẫn ở nhiệt độ cao như thế. Năm 1986. một cú đột phá ra đời. Hai nhà nghiên cứu Georg Bednorz và Alex Muller của hãng IBM khám phá ra một gia đình mới các chất siêu dẫn gốm, được biết như copper oxide perovskites, chúng có thể làm việc tại 350K ( -2380C ). Công việc của họ nhanh chóng được Paul Chu của ĐH Houston kế thừa. Ông khám phá ra các vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ930K ( -1820C). Khám phá này có nghĩa là siêu dẫn đã có thể ở phạm vi nhiệt độ của nitrogen lỏng (770K = -1960C), một chất sinh hàn có nhiều và được hiểu biết kỹ. “ Với khám phá này, những gì không thể đã trở thành có thể, và giấc mơ siêu dẫn được đẩy đi xa hơn. Một cảm giác rất hưng phấn lan truyền trong giới khoa học” – Chu nói.


NHỮNG BẤT CẬP VÀ TRIỂN VỌNG:
Tuy nhiên, việc thương mại hoá công nghệ siêu dẫn lại rất khó khăn. Vì vật liệu này không đơn giản như người ta nghĩ ban đầu, bất chấp những nghiên cứu cật lực trong 2 thập niên, sự vận hành căn bản của siêu dẫn trong gốm vẫn còn tranh luận. Ngoài ra, cấu trúc chính xác của chúng đòi hỏi những lớp gốm siêu mỏng khác nhau chồng lên nhau nên rất khó khăn và tốn kém để chế tạo.” Về mặt nguyên tử, bạn phải xếp lớp rất chính xác theo thứ tự để dòng siêu dẫn chạy qua” – Chu nói. Khó khăn này cộng với yếu tố gốm dễ vỡ và khó kéo thành sợi mềm mại có nghĩa là triển vọng phổ biến sớm vật liệu siêu dẫn này là không thể. Các công ty ở Nhật, Châu Âu, TQ, HQ và Mỹ đang đi trước trong việc chế tạo những sợi dây siêu dẫn. Tại Mỹ, công ty American Superconductor đã tìm ra cách bẻ cong và hồi lại để sản xuất nh74ng sợi dây HTSC có thể mang điện gấp 150 lần dây điện đồng bằng kích cỡ. Để trị vật liệu dễ vỡ này ( gốm ), công ty đã “nhúng” ( embed ) 85 sợi gốm siêu dẫn nhỏ vào trong 1 ribbon kim loại đường kính 4.4 mm. “ Hãy nghĩ đến thuỷ tinh, nếu bạn đánh nó trên bàn nó sẽ gẫy. Nhưng khi đã được kéo thành sợi quang học rồi, nó sẽ mềm dẻo. Nguyên tắc trị gốm cũng tương tự” – Greg Yurek nói – sáng lập kiêm TGĐ American Superconductor. Công ty cũng sản xuất ra những sợi dây bọc gốm dày chỉ 1micron ( 1 phần triệu mét ) bọc ngoài lõi hợp kim. Cả 2 được làm làm lạnh bởi màng nitrogen lỏng. Hiện nay, những sợi cáp siêu lạnh dài vẫn khó lắp đặt vì đòi hỏi phải có trang bị bơm nitrogen lòng qua hệ thống dây. Nhưng trong tương lai gần các công ty sẽ chào hàng những dịch vụ làm lạnh ( cryogenic service ) của họ. “Phương pháp này cũng tương tự như phương pháp đang dùng trong kỹ nghệ MRI” – Yurek nói.


CUỘC SĂN TÌM VẪN TIẾP TỤC
American Superconductor cũng cung cấp dây HTSC cho những ứng dụng tiến bộ khác. Ví dụ, công ty đường ray Nhật dùng những cuộn dây HTSC trên tuyến đường xe lửa điện từ thử nghiệm ( magnectic levitation (maglev) train ). Công ty còn phát triển một loại mô tơ điện dùng những cuộn dây siêu dẫn cho thế hệ mới những con tàu phá mìn của hải quân Mỹ. Các môtơ điện này đã được dùng trên một số con tàu biển chở khách nhưng khá cồng kềnh. Công nghệ THSC đã thu nhỏ lại kích cỡ của nó, đồng thời gia tăng hiệu năng. American Superconductor đang thử nghiệm động cơ 36.5megawatt mới nhất được làm lạnh bởi những tủ lạnh đặc biệt helium lỏng và cân ặng 75 tấn. Nếu động cơ dùng dây đồng, nó sẽ nặng đến 300 tấn. Động cơ mới rất hữu ích cho hải quân và vận tải biển vì nó tiết kiệm đựơc không gian cho hành khách và những thứ khác.
Những cuộc săn tìm những chất siêu dẫn mới vẫn tiếp tục. Ví dụ, người ta đã tìm được một hợp chất mới dựa vào thuỷ ngân có thể siêu dẫn ở nhiệt độ 1340K ( -1390C ). “ Khi siêu dẫn đạt đến 1640K ( -1090C) thì đó là kỷ lục, nhưng điều này rất khó”- Chu nói.
Hồng Hải – Tài Hoa Trẻ ( theo Science and Technology )

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

%d bloggers like this: