Υπεραγώγιμες εφαρμογές
Έχει από καιρό ανακαλυφθεί ότι όταν η θερμοκρασία πέφτει σχεδόν στο απόλυτο μηδέν, οι χημικές ιδιότητες ορισμένων ουσιών αλλάζουν απότομα, μετατρέποντας σε «υπεραγωγό» χωρίς σχεδόν καμία αντίσταση. Η θερμοκρασία στην οποία μια ουσία αρχίζει να έχει αυτή την μοναδική «υπεραγώγιμη» ιδιότητα ονομάζεται κρίσιμη θερμοκρασία. Περιττό να πούμε ότι η κρίσιμη θερμοκρασία των διαφόρων ουσιών δεν είναι η ίδια.
Ξέρετε, οι εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες είναι δύσκολο να συναντηθούν και οι άνθρωποι πληρώνουν τεράστιο τίμημα για αυτές, και όσο πλησιάζετε στο απόλυτο μηδέν, τόσο μεγαλύτερο είναι το τίμημα που πρέπει να πληρώσετε. Επομένως, η απαίτησή μας για υπεραγώγιμες ουσίες είναι, φυσικά, ότι όσο υψηλότερη είναι η κρίσιμη θερμοκρασία, τόσο το καλύτερο.
Υπάρχουν πολλά στοιχεία με υπεραγώγιμες ιδιότητες και το νιόβιο είναι αυτό με την υψηλότερη κρίσιμη θερμοκρασία. Τα κράματα από νιόβιο, με κρίσιμη θερμοκρασία έως και 18,5 έως 21 βαθμούς σε απόλυτη θερμοκρασία, είναι τα σημαντικότερα υπεραγώγιμα υλικά επί του παρόντος.
Κάποτε οι άνθρωποι έκαναν ένα τέτοιο πείραμα: ένας μεταλλικός δακτύλιος νιοβίου που ήταν ψυχρός σε υπεραγώγιμη κατάσταση, συνδέθηκε με ηλεκτρικό ρεύμα και μετά αποσυνδέθηκε από το ρεύμα και μετά έκλεισε όλο το σύνολο των οργάνων για να κρατήσει τη θερμοκρασία χαμηλή. Δυόμισι χρόνια αργότερα, οι άνθρωποι άνοιξαν το όργανο και διαπίστωσαν ότι το ρεύμα στον δακτύλιο νιοβίου εξακολουθούσε να ρέει και η ισχύς του ρεύματος ήταν σχεδόν ακριβώς η ίδια όπως όταν εφαρμόστηκε για πρώτη φορά η ηλεκτρική ενέργεια!
Από αυτό το πείραμα, μπορεί να φανεί ότι τα υπεραγώγιμα υλικά δεν χάνουν σχεδόν καθόλου ρεύμα. Εάν χρησιμοποιείτε ένα υπεραγώγιμο καλώδιο για τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας, επειδή δεν έχει αντίσταση, δεν θα υπάρξει απώλεια ενέργειας όταν περάσει το ρεύμα, επομένως η απόδοση μετάδοσης θα βελτιωθεί σημαντικά.
Κάποιος έχει σχεδιάσει ένα τρένο maglev υψηλής ταχύτητας, το οποίο έχει υπεραγώγιμους μαγνήτες εγκατεστημένους στους τροχούς του, έτσι ώστε ολόκληρο το τρένο να μπορεί να επιπλέει στην τροχιά για περίπου δέκα εκατοστά. Με αυτόν τον τρόπο, δεν υπάρχει πλέον τριβή μεταξύ του τρένου και της γραμμής, μειώνοντας την αντίσταση για να προχωρήσουμε μπροστά. Ένα τρένο Maglev που μεταφέρει 100 άτομα μπορεί να φτάσει σε ταχύτητα μεγαλύτερη από 500 χιλιόμετρα την ώρα με μόνο 100 ίππους.
Με μια ζώνη νιοβίου-κασσιτέρου μήκους 20-χιλιομέτρων, τυλιγμένη γύρω από μια φλάντζα τροχού με διάμετρο 1,5 μέτρα, οι περιελίξεις μπορούν να δημιουργήσουν ένα ισχυρό και σταθερό μαγνητικό πεδίο, αρκετό για να σηκώσει βάρος 122 κιλών και να ανυψωθεί στο χώρο του μαγνητικού πεδίου. Εάν αυτό το μαγνητικό πεδίο επρόκειτο να χρησιμοποιηθεί σε μια αντίδραση θερμοπυρηνικής σύντηξης και η ισχυρή αντίδραση θερμοπυρηνικής σύντηξης μπορούσε να ελεγχθεί, θα ήταν δυνατό να μας παράσχουμε μια μεγάλη και σχεδόν ατελείωτη παροχή φθηνού ηλεκτρισμού.
Μια γεννήτρια συνεχούς ρεύματος κατασκευαζόταν κάποτε από υπεραγώγιμο υλικό νιοβίου-τιτανίου. Έχει πολλά πλεονεκτήματα, όπως μικρό μέγεθος, μικρό βάρος, χαμηλό κόστος και παράγει εκατό φορές περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από τις συνηθισμένες γεννήτριες ίδιου μεγέθους.
Υπερκράματα
Ένα μεγάλο μέρος του παγκοσμίου νιοβίου χρησιμοποιείται σε κατάσταση καθαρού μετάλλου ή με τη μορφή υψηλής καθαρότητας σιδηρονοβίου και κραμάτων νιοβίου-νικελίου για την παραγωγή υπερκραμάτων με βάση το νικέλιο, το χρώμιο και τον σίδηρο. Αυτά τα κράματα χρησιμοποιούνται σε κινητήρες τζετ, κινητήρες αεριοστροβίλων, εξαρτήματα πυραύλων, στροβιλοσυμπιεστές και ανθεκτικό στη θερμότητα εξοπλισμό καύσης. Το νιόβιο σχηματίζει μια φάση στη δομή των κόκκων των υπερκραμάτων. Αυτά τα κράματα περιέχουν γενικά έως και 6,5% νιόβιο. Το κράμα Inconel 718 είναι ένα από τα κράματα με βάση το νικέλιο που περιέχουν νιόβιο με 50% νικέλιο, 18,6% χρώμιο, 18,5% σίδηρο, 5% νιόβιο, 3,1% μολυβδαίνιο, 0},9% τιτάνιο και 0,4% αλουμίνιο. Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν τη χρήση ως υλικό κορυφαίας ποιότητας, όπως το πρόγραμμα Gemini.
Κράματα με βάση το νιόβιο
Το C{0}} είναι ένα κράμα νιοβίου που περιέχει 89% νιόβιο, 10% άφνιο και 1% τιτάνιο και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ακροφύσια προωθητήρα υγρών πυραύλων, όπως ο κύριος κινητήρας της σεληνιακής μονάδας Apollo. Η μονάδα σέρβις Apollo χρησιμοποιεί ένα άλλο κράμα νιοβίου. Δεδομένου ότι το νιόβιο αρχίζει να οξειδώνεται πάνω από 400 βαθμούς, πρέπει να εφαρμοστεί μια προστατευτική επίστρωση στην επιφάνειά του για να μην γίνει εύθραυστο.
Ιατρικές εφαρμογές
Το νιόβιο κατέχει επίσης σημαντική θέση στη χειρουργική θεραπεία, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για την κατασκευή ιατρικών συσκευών, αλλά είναι επίσης ένα καλό "βιολογικό υλικό προσαρμογής", επειδή έχει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση, δεν αλληλεπιδρά με διάφορες υγρές ουσίες στο ανθρώπινο σώμα και σχεδόν εντελώς δεν καταστρέφει τους ιστούς του σώματος των οργανισμών, μπορεί να προσαρμοστεί σε οποιαδήποτε μέθοδο αποστείρωσης, ώστε να μπορεί να συνδυαστεί με οργανικούς ιστούς για μεγάλο χρονικό διάστημα και να παραμείνει ακίνδυνα στο ανθρώπινο σώμα.