超导体和半导体的区别

超导体和半导体的区别,第1张

1、范围不同,半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料超导体指在某一温度下,电阻为零的导体。2、用途不同,半导体在集成电路、通信系统大功率电源转换等领域应用,超导体应用包括超导发电、输电和储能、超导计算机等。3、导电性能不同,超导体的电阻极小,半导体在一定情况下可以导电,也可以不导电。半导体导电性能介乎导体和绝缘体之间,它们的电阻比导体大得多,但又比绝缘体小得多,这类材料我们把它叫做半导体。一些物质当温度下降到某一温度时,电阻会变为零,这种现象叫做超导现象,能够发生超导现象的物质,叫做超导体。如果超导体能应用于实际,会降低输电损耗,在其他方面给人类带来许多好处,目前超导体还只应用在科学实验和高新技术中,这是因为一般的金属或合金的超导临界温度都较低。

顾名思义:导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料,叫做半导体(semiconductor).

用处: 最早的实用“半导体”是「电晶体(Transistor)/ 二极体(Diode)」。

一、在 无�电收音机(Radio)及 电视机(Television)中,作为“讯号放大器 /整流器”用。

二、近来发展「太阳能(Solar Power)」,也用在「光电池(Solar Cell)」中。

三、半导体可以用来测量温度,测温范围可以达到生产、生活、医疗卫生、科研教学等应用的70%的领域,有较高的准确度和稳定性,分辨率可达0.1摄氏度,甚至达到0.01度也不是不可能,线性度0.2%,测温范围-100~+300摄氏度,是性价比极高的一种测温元件。

物质存在的形式多种多样,固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性和导电导热性差或不好的材料,如金刚石、人工晶体、琥珀、陶瓷等等,称为绝缘体。而把导电、导热都比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比,半导体材料的发现是最晚的,直到20世纪30年代,当材料的提纯技术改进以后,半导体的存在才真正被学术界认可。

1911年,荷兰科学家卡末林—昂内斯((Heike Kamerlingh-Onnes)用液氦冷却汞,当温度下降到4.2K时,水银的电阻完全消失,这种现象称为超导电性,此温度称为临界温度。根据临界温度的不同,超导材料可以被分为:高温超导材料和低温超导材料。但这里所说的「高温」,其实仍然是远低于冰点摄氏0℃的,对一般人来说算是极低的温度。1933年,迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现,如果把超导体放在磁场中冷却,则在材料电阻消失的同时,磁感应线将从超导体中排出,不能通过超导体,这种现象称为抗磁性。经过科学家们的努力,超导材料的磁电障碍已被跨越,下一个难关是突破温度障碍,即寻求高温超导材料。

用处:超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。

由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性,因此只需消耗极少的电能,就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场。而用常规导体做磁体,要产生这么大的磁场,需要消耗3.5兆瓦的电能及大量的冷却水,投资巨大。

超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。

超导发电机 在电力领域,利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万~6万高斯,并且几乎没有能量损失,这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高5~10倍,达1万兆瓦,而体积却减少1/2,整机重量减轻1/3,发电效率提高50%。

磁流体发电机 磁流体发电机同样离不开超导强磁体的帮助。磁流体发电发电,是利用高温导电性气体(等离子体)作导体,并高速通过磁场强度为5万~6万高斯的强磁场而发电。磁流体发电机的结构非常简单,用于磁流体发电的高温导电性气体还可重复利用。

超导输电线路 超导材料还可以用于制作超导电线和超导变压器,从而把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计,目前的铜或铝导线输电,约有15%的电能损耗在输电线路上,光是在中国,每年的电力损失即达1000多亿度。若改为超导输电,节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。

广阔的超导应用

高温超导材料的用途非常广阔,大致可分为三类:大电流应用(强电应用)、电子学应用(弱电应用)和抗磁性应用。大电流应用即前述的超导发电、输电和储能;电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等;抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。

超导磁悬浮列车 利用超导材料的抗磁性,将超导材料放在一块永久磁体的上方,由于磁体的磁力线不能穿过超导体,磁体和超导体之间会产生排斥力,使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。

超导计算机 高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列,但密集排列的电路在工作时会发生大量的热,而散热是超大规模集成电路面临的难题。超导计算机中的超大规模集成电路,其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作,不存在散热问题,同时计算机的运算速度大大提高。此外,科学家正研究用半导体和超导体来制造晶体管,甚至完全用超导体来制作晶体管。


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