Los materiales superconductores son aquellos que, bajo ciertas condiciones,
tienen la capacidad de conducir corriente eléctrica sin ninguna resistencia ni
pérdida de energía. Por ejemplo: Mercurio, Litio, Titanio, Cadmio.
Características de un material superconductor.
Como características generales de los superconductores se
pueden mencionar que tienen una actividad electrónica similar de vibración que,
bajo ciertas condiciones físicas, revelan esta capacidad de no ofrecer
resistencia alguna al paso de energía, y que generan dentro de sí un campo
magnético que, según su tamaño, indicará su viabilidad para aplicaciones y usos
en la ciencia y la tecnología.
Ejemplos de materiales superconductores.
Carbono: Funciona como material superconductor formando
estructuras orgánicas como nanotubos o fulerenos, por mencionar algunos. Sin
embargo, otras estructuras orgánicas del carbón, como el diamante o el granito,
no lo son.
Elementos puros: En esta categoría podría entrar el carbono
como sustancia pura. Este tipo de superconductores son en su mayoría del tipo
I, salvo excepciones. Se pueden mencionar como ejemplo el Tecnecio, el Vanadio
y el Niobio.
Aleaciones: Son sustancias conformadas por la fusión de dos
o más metales. Dentro de este grupo, algunos superconductores son las
aleaciones de Niobio-Titanio, Uranio-Rodio-Germanio, y Oro-Indio.
Aluminio y Estaño: Son dos metales de tipo lábil, muy
utilizados al tener superconductividad en temperaturas críticas.
Estroncio y Bario: Pertenecen al grupo de alcalino-térreos
dentro de la clasificación de metales y bajo ciertas condiciones térmicas se
comportan como superconductor.
Azufre y Selenio: Son dos sustancias orgánicas que, al
sufrir altas presiones, presentan comportamiento de material superconductor.
Oxígeno: Es un gas que, debido a su gran electronegatividad
(tendencia a la atracción de electrones de otros átomos hacia él), es un gran
superconductor en condiciones de alta presión.
¿Cómo se clasifican los materiales superconductores?
Por su temperatura crítica.
Superconductores de baja temperatura: suelen llamarse así a aquellos cuya
temperatura crítica está por debajo de los 77K. Superconductores de alta
temperatura: suelen llamarse así a aquellos cuya temperatura crítica está por
encima de los 77K.
¿Qué son los superconductores y sus propiedades?
No poseen resistencia eléctrica por lo que el superconductor es un conductor
perfecto y la conducción de los electrones se realiza sin pérdidas de energía.
Los superconductores además expulsan el campo magnético –efecto
Meissner– lo que da lugar a fenómenos de levitación muy espectaculares.
Existen tres tipos de aplicaciones de la superconductividad:
1) La producción de grandes campos magnéticos. Al decir grandes nos
referimos tanto a una gran intensidad del campo magnético como al espacio
en el cual se crea el campo.
Materiales superconductores
2) La fabricación de cables de transmisión de energía. Aunque éstos ya se
manufacturan a partir de los superconductores convencionales (no de los
nuevos superconductores cerámicos), actualmente no son competitivos
comercialmente con respecto a los cables aéreos normales, a menos de que
cubran una gran distancia (de cientos de kilómetros).
3) La fabricación de componentes circuitos electrónicos. Estos dispositivos
electrónicos fueron ideados originalmente con la intención de utilizar la
transición de estado normal a estado superconductor como un interruptor,
más resultaron decepcionantes con respecto a los logros alcanzados por los
transistores de películas delgadas y se ha abandonado su uso en este
aspecto.
La aplicación más importante, en cuanto a la cantidad de material empleado,
es y será por mucho tiempo la producción de campos magnéticos, que se
emplean, principalmente, en los laboratorios de física con fines de
investigación, y es común ver pequeños electroimanes superconductores
que sirven para producir campos magnéticos con intensidades del orden de
103 Oersted.
Es conveniente señalar las propiedades que se requieren en los
superconductores comerciales:
1) La mayor temperatura crítica posible. Esto se debe a que, cuanto mayor
sea, más elevada podrá ser la temperatura de operación del dispositivo
fabricado, reduciéndose de esta manera los costos por refrigeración
requeridos para alcanzar el estado superconductor en operación.
2) El mayor campo magnético crítico posible. Como se pretende utilizar el
superconductor para generar campos magnéticos intensos, mientras mayor
sea el campo magnético que se quiere generar, mayor tendría que ser el
campo crítico del material superconductor.
3) La mayor densidad de corriente crítica posible. A mayor densidad de
corriente crítica que la muestra pueda soportar antes de pasar al estado
normal, más pequeño podrá hacerse el dispositivo, reduciéndose, de esta
manera, la cantidad requerida de material superconductor y también la
cantidad de material que debe refrigerarse.
4) La mayor estabilidad posible. Es muy común que los superconductores
sean inestables bajo cambios repentinos de corriente, de campos
magnéticos, o de temperatura, o bien ante choques mecánicos e incluso por
degradación del material al transcurrir el tiempo (como ocurre en muchos de
los nuevos materiales superconductores cerámicos).
5) Facilidad de fabricación. Un material superconductor será completamente
inútil para aplicaciones en gran escala si no puede fabricarse fácilmente en
grandes cantidades.
6) Costo mínimo. Como siempre, el costo es el factor más importante para
considerar cualquier material utilizado en ingeniería y deberá mantenerse tan
bajo como sea posible.
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