Problemas de la tecnología moderna
China alguna vez ocupó un lugar en el campo de la nanotecnología y estaba entre los más avanzados del mundo. Hemos preparado con éxito una variedad de nanomateriales, incluidos metales, aleaciones, óxidos, hidruros, carburos, cristales iónicos y semiconductores, hemos sintetizado una variedad de nanocables coaxiales y dominamos la tecnología para preparar nanotubos de carbono puro, que pueden ser nanotubos ultralargos con longitudes de De 2 a 3 mm se producen en grandes lotes. El diámetro del nanotubo de carbono más delgado sintetizado es de sólo 0,33 nanómetros, lo que no sólo supera el diámetro de sólo 0,5 nanómetros creado por científicos chinos no hace mucho, sino que también supera el límite teórico de 1.992,4 nanómetros establecido por científicos japoneses. El artículo "El tetracloruro de carbono transforma la paja en diamante alquímico" ha recibido excelentes críticas. Recientemente, se ha desarrollado con éxito un nuevo material de interfaz nanomaterial-superhidrófobo. Este material es súper hidrofóbico y súper oleofóbico, y se puede convertir en textiles sin aceite, lavado ni colorantes.
Las perspectivas de aplicación de la nanotecnología son muy amplias y los beneficios económicos enormes. Autoridades estadounidenses predicen que el mercado de la nanotecnología alcanzará los 144 mil millones de dólares en 2010, y que la aplicación de la nanotecnología en el futuro superará con creces la de la industria informática. Los nanocompuestos, la modificación de plásticos, caucho y fibras, y el diseño y aplicación de materiales de recubrimiento nanofuncionales inyectarán nuevo contenido de alta tecnología en la producción y los productos tradicionales. Los expertos señalan que inevitablemente se producirá una "revolución de materiales" provocada por la nanotecnología en los textiles, materiales de construcción, productos químicos, petróleo, automóviles, equipos militares, equipos de comunicaciones y otros campos. Actualmente, casi 65.438.000 empresas en China han registrado nanomateriales y nanotecnología y han establecido más de 65.438.000 líneas de producción de nanomateriales y nanotecnología. Se han producido en masa nanotelas y prendas de vestir, como ropa de trabajo informática, ropa antiestática, ropa anti-UV, etc. El nuevo revestimiento que utiliza nanotecnología no sólo mejora más de diez veces la resistencia al lavado, sino que además no es tóxico, es inofensivo y no tiene olores. Un nanodisco puede almacenar cientos o miles de películas, mientras que un disco óptico normal sólo puede almacenar dos. La nanotecnología está mejorando y potenciando la calidad de vida de las personas.
2. Desarrollo de la tecnología superconductora
En 1962, Josephson, un estudiante de posgrado en física experimental de la Universidad de Cambridge que sólo tenía veintitantos años, estudió la energía de los superconductores bajo la guía del famoso científico Anderson propiedades de la brecha. Propuso que en las uniones superconductoras los pares de electrones pueden formar una corriente superconductora sin obstáculos a través de la capa de óxido, lo que se denomina efecto DC Josephson. Cuando el voltaje de CC aplicado es V, hay una corriente de CA además de la corriente superconductora de CC, lo que se denomina efecto Josephson de CA. Cuando el superconductor se coloca en un campo magnético, el campo magnético penetra la capa de óxido y la corriente superconductora máxima de la unión superconductora cambia regularmente con la magnitud del campo magnético externo. El importante descubrimiento de Josephson proporcionó evidencia del movimiento de pares de electrones en los superconductores y brindó a la gente una comprensión más profunda de la naturaleza de la superconductividad. El efecto Josephson se ha convertido en la base para la detección de señales electromagnéticas débiles y otras aplicaciones electrónicas.
En la década de 1970, los trenes superconductores realizaron con éxito pruebas de viabilidad tripuladas. El tren superconductor está equipado con potentes imanes superconductores y una serie de bobinas de anillos metálicos en el suelo. A medida que el vehículo se mueve, los imanes del vehículo inducen polos magnéticos opuestos en las bobinas del suelo, de modo que la fuerza repulsiva entre ellos hace que el vehículo levita del suelo. El vehículo avanza sin fricción gracias a la tracción del motor y puede alcanzar velocidades de 500 kilómetros por hora.
El 12 de marzo de 1987, la Universidad de Pekín en China llevó a cabo con éxito un experimento de levitación magnética superconductora de nitrógeno líquido.
El vehículo de prueba maglev "mlu 002" de 1987 del Instituto de Investigación Ferroviaria de Japón comenzó su operación de prueba.
En marzo de 1991, la empresa japonesa Sumitomo Electric Industrial Company demostró el primer imán superconductor del mundo.
En enero de 1991, el Instituto de Investigación de Energía Atómica de Japón y Toshiba Corporation desarrollaron conjuntamente un nuevo tipo de bobina superconductora para reactores de fusión nuclear. La densidad de corriente de la bobina alcanza los 40 amperios por milímetro cuadrado, más del triple que en el pasado y alcanza el nivel más alto del mundo. El instituto amplió esta bobina y la suministró al Reactor Internacional de Fusión Termonuclear. El material superconductor utilizado en el nuevo imán es un compuesto de niobio y estaño.
1992 65438 El 27 de octubre, el primer barco superconductor "Yamato" 1 construido por la Japan Shipbuilding and Marine Foundation fue botado para pruebas en el mar en Kobe, Japón. El barco superconductor genera un fuerte campo magnético a través de los imanes superconductores del barco. Los electrodos positivos y negativos en ambos lados del barco hacen que la corriente en el agua fluya de un lado del barco al otro. El campo magnético y la corriente impulsan el barco hacia adelante a gran velocidad. Estos barcos superconductores de alta velocidad aún no han entrado en la etapa práctica, pero los experimentos han demostrado que pueden desencadenar una revolución en la construcción naval, tal como Fulton inventó el barco y finalmente reemplazó al velero.
En 1992, se construyó y puso en funcionamiento en Texas, EE. UU., un colisionador superconductor de gran tamaño con imanes superconductores gigantes, con un coste de más de 8.200 millones de dólares estadounidenses.
Durante 1996 avanzaron los trabajos de investigación para mejorar los cables superconductores de alta temperatura y se construyó el primer cable de transmisión subterráneo. Trabajadores del gigante europeo de cables Pirelli Cables, American Superconductor y el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica de San Francisco enrollaron 6.000 metros de cables hechos de bismuto, estroncio, calcio, cobre y oxígeno alrededor de tubos vacíos de nitrógeno líquido para mantener la temperatura de ultraconducción.
Estado de la investigación y tendencias de desarrollo en el país y en el extranjero
El equipo experimental de campo magnético fuerte es la condición más básica para realizar experimentos físicos bajo campos magnéticos fuertes. Establecer un dispositivo de campo magnético fuerte en estado estable por encima de 20T es un proyecto científico integral a gran escala que involucra muchas disciplinas y tiene una gran dificultad. Su costo de construcción es alto, y el costo operativo del dispositivo magnético también es alto. Debido a esto, actualmente los centros experimentales de campos magnéticos potentes con imanes estables superiores a 20 T sólo se distribuyen en los principales países industrializados. El primer laboratorio de campos magnéticos fuertes del mundo se construyó en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (Estados Unidos) en 1960. Posteriormente, en la década de 1970, el Reino Unido, los Países Bajos, Francia y Alemania en Europa, así como Europa del Este y la Unión Soviética, establecieron sucesivamente laboratorios de campos magnéticos intensos. El Laboratorio de Alto Campo Magnético de Japón se construyó a principios de los años 1980. Los niveles del campo magnético aumentaron de 20T en los años 1960 a 30T en los años 1980. A principios de la década de 1990, el gobierno de Estados Unidos decidió establecer un nuevo Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético en Florida, y Japón estableció un nuevo laboratorio de alto campo magnético en Tsukuba. La tecnología de imanes fuertes ha logrado grandes avances y desarrollo, y se espera que el nivel del campo magnético de estado estable alcance 40-50T en un futuro próximo.
Con el establecimiento del laboratorio de campos magnéticos fuertes, la investigación física bajo campos magnéticos fuertes también continúa profundizándose. El descubrimiento del efecto Hall cuántico le valió el Premio Nobel de Física en 1985. Esto se observó al estudiar el proceso de transporte de transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico en un fuerte campo magnético constante de 20T. En los últimos años, se han publicado cientos de artículos cada año sobre el trabajo físico bajo fuertes campos magnéticos, muchos de los cuales contienen importantes descubrimientos científicos. La tendencia de desarrollo actual es generalmente combinar objetos de investigación de vanguardia en el campo de la física de la materia condensada, como materiales superconductores de alta temperatura, nanomateriales y sistemas de baja dimensión, con las condiciones extremas de fuertes campos magnéticos. En el laboratorio de alto campo magnético de Grenoble, el principal contenido de la investigación son las propiedades fotoeléctricas, la excitación de elementos y la interacción de materiales semiconductores y superredes de semiconductores, mientras que en los laboratorios de alto campo magnético de Estados Unidos y Japón, la atención se centra en la superconductividad de alta temperatura. Materiales, sistemas de baja dimensión, sistemas electrónicos fuertemente correlacionados, superred artificial y nuevos materiales. Al mismo tiempo, la investigación sobre los procesos de reacción química y los efectos biológicos bajo fuertes campos magnéticos ha ido atrayendo gradualmente la atención de la gente.
Aunque hay algunos imanes superconductores de 6T-12T dispersos por todo el país en nuestro país, aún no se ha formado un centro experimental nacional de campos magnéticos fuertes, y la investigación científica sistemática trabaja bajo campos magnéticos fuertes estables por encima de 10T. en nuestro país sigue en blanco.
Para satisfacer las necesidades de la investigación nacional sobre campos magnéticos elevados, ya en 1984, el Departamento de Matemáticas y Ciencias de la Academia de Ciencias de China organizó una demostración y decidió establecer un laboratorio de campos magnéticos elevados en el Instituto de Física del Plasma con un Dispositivo de alto campo magnético de estado estable 20T como cuerpo principal. El dispositivo fue construido y puesto en funcionamiento en 1992. Al mismo tiempo, se ha construido en el laboratorio un lote de dispositivos de campo magnético fuerte en estado estacionario con una intensidad de campo de aproximadamente 15 T que pueden cumplir con diferentes experimentos físicos, equipados con los correspondientes sistemas de transporte y medición de magnetización y sistemas criogénicos. Feng Duan, académico de la Academia de Ciencias de China y físico famoso, dijo con emoción después de conocer las condiciones del Laboratorio de Alto Campo Magnético de Hefei: China no tenía condiciones de campo magnético fuerte antes, y ni siquiera podía pensar en las condiciones físicas. trabajar bajo fuertes campos magnéticos. Ahora que tenemos fuertes condiciones de campo magnético, deberíamos considerar seriamente esta cuestión.
3. El principio del tren maglev no es profundo. Utiliza la propiedad de que "el sexo similar se repele y el sexo opuesto se atrae" para dar a los imanes la capacidad de resistir la gravedad, es decir, la "levitación magnética". Los científicos han aplicado el principio "maglev" al sistema de transporte ferroviario, permitiendo que el tren se desprenda completamente de la vía y flote, convirtiéndose en un tren "sin ruedas" con velocidades que superan los cientos de kilómetros por hora. Se trata del llamado "tren maglev", también conocido como "tren maglev".
Debido a que los imanes tienen dos formas: repulsión hacia el mismo sexo y atracción hacia el sexo opuesto, los trenes maglev correspondientes también tienen dos formas: uno es un tren maglev con un sistema operativo electromagnético diseñado utilizando el principio del mismo sexo. repulsión magnética. La fuerza repulsiva entre el campo magnético formado por el electroimán superconductor en el tren y el campo magnético formado por las bobinas en la vía hace levitar la carrocería del vagón; el otro es un tren maglev con un sistema operativo eléctrico diseñado según el principio; de atracción del sexo opuesto. Los imanes están montados en la parte inferior del cuerpo y en la parte superior de los lados invertidos. Instale una placa de inducción y una placa de acero de inducción sobre el riel guía en forma de T y debajo de la parte de la pata para controlar la corriente del electroimán y mantener un espacio de 10 a 15 mm entre el electroimán y el riel guía para equilibrar la gravedad del riel guía. placa de acero y la gravedad del vehículo, por lo que la carrocería queda suspendida sobre los carriles guía del camino de entrada.
En comparación con los trenes de alta velocidad actuales, los trenes maglev tienen muchas ventajas incomparables:
Como los trenes maglev circulan sobre vías, no hay contacto real entre los carriles guía y la locomotora, lo que hace Es estado "sin ruedas", por lo que casi no hay fricción entre las ruedas y la vía, y la velocidad es de hasta varios cientos de kilómetros por hora;
El tren maglev tiene las ventajas de una alta confiabilidad y un mantenimiento simple. , low cost, etc., y su consumo energético es de sólo Medio coche, un cuarto de avión.
Bajo nivel de ruido. Cuando el tren maglev alcanza una velocidad de más de 300 kilómetros por hora, el ruido es de sólo 656 decibelios, lo que sólo equivale a una persona hablando en voz alta y es más silencioso que el sonido de un coche que pasa.
Al ser impulsado por electricidad, no emitirá gases residuales a lo largo de la vía y no habrá contaminación. Es verdaderamente un vehículo ecológico.
El tren maglev es una integración integral de alta tecnología moderna y es conocido como uno de los mayores inventos tecnológicos del siglo XX.
En comparación con los trenes tradicionales de ruedas y rieles, los trenes Maglev son silenciosos y estables. Debido a que el electroimán en la parte inferior del vagón sostenido por una fuerte fuerza magnética mantiene un espacio de un centímetro con la vía bajo el control del sistema de suspensión, el tren no toca la vía cuando está en marcha. Por lo tanto, incluso si el tren viaja a alta velocidad, es difícil para los pasajeros sentir la vibración y caminar en el vagón es como caminar sobre un terreno plano.
Se informa que la producción de prueba y la tecnología de aplicación de trenes maglev comenzaron temprano en Europa y Japón, y ahora operan a velocidades de hasta 450 a 550 kilómetros por hora.
Historia del desarrollo tecnológico
1934, Heymann, Alemania? Cape presentó la primera patente para la tecnología de levitación magnética.
De 1969 a 1984, los alemanes construyeron seis generaciones de trenes maglev.
En 1981 se construyó el primer ferrocarril Maglev de Alemania y se completó en 1987.
En la década de 1990, la Universidad Jiaotong del Suroeste de mi país y la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa llevaron a cabo investigaciones sistemáticas sobre la tecnología maglev y construyeron modelos y prototipos de trenes maglev.
La primera línea de tren Maglev exclusiva de China se construirá en el área escénica de Badaling en Beijing, con una distancia de ida y vuelta de casi 4 kilómetros. Se espera que entre en funcionamiento oficialmente en 2002.
El Shinkansen Maglev de Shanghai que conecta el aeropuerto internacional de Pudong y Lujiazui tiene una longitud total de 40 kilómetros y una velocidad de 400 kilómetros por hora y se convertirá en el primer tren maglev de "clase mundial" de China.