Giới Thiệu Chung Về Vật Liệu Siêu Dẫn và Công Nghệ Nano
1. Vật Liệu Siêu Dẫn
Siêu dẫn là một hiện tượng vật lý xảy ra ở nhiệt độ rất thấp và từ trường đủ nhỏ, đặc trưng bởi điện trở bằng 0 và sự suy giảm từ trường (hiệu ứng Meissner). Đây là một hiện tượng lượng tử, khác biệt với mô hình dẫn điện hoàn hảo trong vật lý cổ điển.
Trong chất siêu dẫn thông thường, sự siêu dẫn được tạo ra do lực hút giữa các electron truyền dẫn, hình thành cặp tương quan electron. Bên cạnh đó, tồn tại các chất siêu dẫn khác thường với tính chất trái ngược.
a. Siêu dẫn nhiệt độ cao: Là hiện tượng siêu dẫn có nhiệt độ chuyển pha từ vài chục Kelvin trở lên, được khám phá từ những năm 1980 và chưa có lý thuyết hoàn chỉnh giải thích.
b. Hiệu ứng Meissner: Là hiện tượng từ thông bị đẩy hoàn toàn ra khỏi bên trong vật siêu dẫn, thể hiện tính chất nghịch từ hoàn hảo.
c. Lý thuyết BCS: Mô hình lý thuyết vi mô giải thích hiện tượng siêu dẫn cổ điển, được phát triển bởi Bardeen, Cooper và Schrieffer.
Lịch sử phát hiện:
- Năm 1911: Heike Kamerlingh Onnes phát hiện hiện tượng siêu dẫn ở thủy ngân tại nhiệt độ 4,1K.
- Năm 1986: Alex Muller và Georg Bednorz phát hiện chất gốm siêu dẫn ở 35K.
- Sau đó, các nhà khoa học Mỹ phát hiện chất gốm siêu dẫn ở nhiệt độ tới 98K.
Ứng dụng của vật liệu siêu dẫn:
- Chuyển tải điện năng
- Tàu chạy trên đệm từ
- Máy gia tốc
- Máy đo điện trường
- Máy quét MRI
2. Công Nghệ Nano
a. Khái niệm: Là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị trên quy mô nanomét.
b. Vật liệu nano: Là vật liệu có kích thước cỡ nanômét. Tính chất của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước đặc biệt này.
c. Nanoclay: Là khoáng sét có cấu tạo từ các lớp mỏng, mỗi lớp dày từ 1 đến vài nanomét.
d. Ống nano carbon (CNT): Là dạng thù hình của cacbon, có cấu trúc hình trụ liền với đường kính cỡ nanomet. CNT có các tính chất thú vị như độ bền cao, tính chất điện và dẫn nhiệt hiệu quả.
Ứng dụng của công nghệ nano:
- Điện tử và cơ khí: Máy tính nano, bóng đèn nano, màn hình, điện thoại di động.
- Y học: Robot nano chữa bệnh, phòng thí nghiệm siêu nhỏ, bào chế thuốc.
- Năng lượng: Pin nano, màng nano lọc nước thải.
- Quốc phòng: Vũ khí siêu nhỏ, robot siêu nhỏ.
- Vật liệu nano trong công nghệ chế tạo lốp.