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EXPERIMENTALPHYSIK | ANGEWANDTE PHYSIK Supraleitung – Too cool to resist 24 Neuartige Materialien sind die entscheidende Grundlage für neue Technologien. Die Entdeckung der Supraleiter, insbesondere der Hochtemperatur-Supraleiter, wird als große Herausforderung für wesentliche Verbesserungen in der Energie- und Kommunikationstechnik angesehen. Hochtemperatur-Supraleiter ... Elektrischer Stromfluss ist mit elektrischem Widerstand und Verlust an elektrischer Energie verbunden – normalerweise! Supraleiter leiten elektrischen Strom widerstandslos, wenn sie auf hinreichend tiefe Temperaturen abgekühlt werden. Die 1986 entdeckte Hochtemperatur-Supraleitung tritt bereits im Temperaturbereich von -190 °C, der Siedetemperatur von flüssiger Luft bzw. Stickstoff, ein. Die Kühlung vereinfacht sich damit gegenüber den klassischen Tieftemperatur- Supraleitern und lässt die neue Materialklasse für technische Anwendungen interessant werden. http://www.uni-wuppertal.de/fb8/techphy/moenter/htsupra.html ➊ Deposition von Pufferschichten, die ein Vergiften des Supraleiters durch das Metallband verhindern ➊ ➋
... für die Energietechnik Bei den Hochtemperatur-Supraleitern handelt es sich nicht um Metalle, sondern um keramische Materialien mit völlig anderen Eigenschaften. Ihre Kristallstruktur ist z.B. in Schichten, wie etwa ein Stapel von Spielkarten, aufgebaut. Widerstandslos fließt der Strom nur innerhalb dieser Schichten, nicht senkrecht dazu. Intensive Forschungsarbeiten zum Aufbau dieser komplexen Materialien ermöglichen die Entwicklung flexibler supraleitender Drähte und Bänder, deren Stromtragfähigkeit die der bisherigen Leiter weit übersteigt. Weiteres Ziel ist es, mit diesen Bandleitern supraleitende Spulen für Spezialmagneten und Transformatoren mit minimierten elektrischen Verlusten und automatischer Strombegrenzung zu entwickeln. ... für den Mobilfunk Aufgrund der geschichteten Struktur haben Hochtemperatur-Supraleiter einen niedrigen Oberflächenwiderstand bei hohen Frequenzen. Dies lässt sie insbesondere in der Mikrowellentechnik und damit in dem stürmisch sich entwickelnden Feld des Mobilfunks Anwendung finden. Im Mobilfunk erfordern vor allem Basisstationen, die eine sehr große Anzahl von Gesprächen verwalten, Filter einer besonderen Qualität. Supraleitende Eingangsfilter in Planartechnik erreichen eine wesentliche Verbesserung des Empfangs und die volle Ausnutzung des lizenzierten Frequenzbereichs. Für die Basisstationen der Mobilfunktechnik der nächsten (UMTS) Generation entwickelt die Bergische Universität supraleitende Filter, deren Eigenschaften heute weltweit den Stand der Technik definieren. ➌ ➍ ➎ ➏ ➋ Hochtemperatur-Supraleiter wie Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid lassen sich mit Verfahren der Oberflächenbeschichtung wie Sputtern auf metallische Bänder auftragen. ➌ Beschichteter Bandleiter: Die supraleitende, dunkle Schicht von weniger als 1/1000 Millimeter Stärke transportiert einen Strom von mehr als 100 Ampere ohne elektrischen Widerstand. Auch mit dem Metallband und Pufferschichten ist der Strom pro Querschnittsfläche 10-mal höher als in einem Kupferleiter. ➍ Eines der ersten hochqualitativen Filter in Planartechnik für Mobilfunk-Basisstationen, dessen Eigenschaften die heute verwendeten Filter um ein Vielfaches übertreffen ➎ Die Transmissionskurve eines supraleitenden Filters, welches in den zukünftigen Mobilfunknetzen eingesetzt werden soll, zeichnet sich durch die äußerst steilen Flanken aus, die den Durchlassbereich begrenzen und das supraleitende Filter für die Anwendung attraktiv machen. ➏ Mobilfunk-Basisstation 25
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