Supraleiter

Supraleiter sind Materialien mit einer bestimmten Eigenschaft: Sie werden beim Unterschreiten der sogenannten Sprungtemperatur leitfähig. Folglich ist dafür extreme Kälte die Grundvoraussetzung. Oberhalb der Sprungtemperatur wirken Supraleiter als Isolatoren. Unterhalb der Sprungtemperatur sinkt ihr elektrischer Widerstand auf null. Die Sprungtemperatur ist spezifisch für jedes Material. Bis heute wurden supraleitende Materialen mit Sprungtemperaturen zwischen 0 Kelvin und 133 Kelvin entdeckt. Es gibt metallische Supraleiter, keramische Hochtemperatursupraleiter und eisenhaltige Hochtemperatursupraleiter. Zu den Hintergründen der Supraleitung bestehen noch keine verlässlichen Forschungsergebnisse.

Im Energiesektor birgt die Anwendung von Supraleitern insbesondere auf dem Feld der Hochspannungs-Energieübertragung viel Potential. Zudem könnten sie in Zukunft flächendeckend in Transformatoren, Generatoren sowie Elektromotoren verarbeitet werden und deren Wirkungsgrad deutlich steigern. Supraleiter ermöglichen auch die Entwicklung von Schaltelementen, die Energieversorgungsnetze vor Überlastung schützen sollen. Supraleitende Spulen könnten daneben als Energiespeicher verwendet werden.

Metallische Supraleiter

Metallische Supraleiter haben sehr niedrige Sprungtemperaturen zwischen 0 Kelvin und 39 Kelvin. Von Nachteil ist es, dass flüssiges Helium für die Kühlung benötigt wird. Das Bereitstellen von flüssigem Helium ist sehr aufwendig und teuer.

Vorteilhaft ist es, dass sich Drähte aus metallischen Supraleitern formen lassen. Diese Drähte können für Spulen verwendet werden. Metallische Supraleiter sind beispielsweise Nioblegierungen wie Niob-Zinn, Quecksilber oder Magnesiumdiborid, welches die höchste Sprungtemperatur der metallischen Supraleiter aufweist.

Keramische Hochtemperatursupraleiter

Hochtemperatursupraleiter sind Materialien mit Sprungtemperaturen über 23 Kelvin. Einige keramische Hochtemperatursupraleiter ermöglichen mit Sprungtemperaturen über 77 Kelvin eine besonders kostengünstige Kühlung. Ab 77 Kelvin kann flüssiger Stickstoff für die Kühlung verwendet werden. Ein Beispiel für einen keramischen Hochtemperatursupraleiter mit einer Sprungtemperatur über 77 Kelvin ist Yttriumbariumkupferoxid.

Keramikmaterial ist jedoch sehr spröde, was die Herstellung von biegsamem Leitermaterial sehr aufwändig macht. Wird ein keramischer Hochtemperatursupraleiter beispielsweise in Röhren aus Silber gefüllt, können daraus flexible Bänder gewalzt werden.

Eisenhaltige Hochtemperatursupraleiter

Erst 2008 wurde ein Hochtemperatursupraleiter aus Eisen, Lanthan, Phosphor und Sauerstoff entdeckt. Eisenhaltige Hochtemperatursupraleiter werden auch Eisenpniktide genannt. Durch Beimischen von beispielsweise Arsen kann die Sprungtemperatur von 4 Kelvin auf 56 Kelvin gesteigert werden. Im Gegensatz zu den keramischen Hochtemperatursupraleitern weist ihr eisenhaltiges Pendant keine Sprödigkeit auf und ist somit technisch flexibel einsetzbar.

Organische Supraleiter

Organische Materialien werden normalerweise als Isolatoren verwendet. Jedoch existieren organische Moleküle, die den Grundbaustein für organische Kristalle bilden. Diese Kristalle erweisen sich bei sehr niedrigen Temperaturen als Supraleiter. Die Spanne von ca. vierzig verschiedenen organischen Supraleitern lässt sich aus fünf verschiedenen organischen Donatormolekülen und zumeist anorganischen Anionen herstellen. Das Material κ-(BEDT-TTF)₂Cu[N(CN)₂]Cl gilt heute als der organische Supraleiter mit der höchsten Sprungtemperatur von 13 Kelvin. Zwar liegen die Sprungtemperaturen deutlich unter jenen der Hochtemperatursupraleiter, die vielfältigen Synthesemöglichkeiten der organischen Chemie bergen jedoch ein sehr großes Potential zur Weiterentwicklung.

Synonym(e):

supraleitende Materialien

Englische Übersetzung(en):

superconductor