Suprajohtavat sovellukset
On jo pitkään havaittu, että kun lämpötila laskee lähelle absoluuttista nollaa, joidenkin aineiden kemialliset ominaisuudet muuttuvat äkillisesti ja muuttuvat "suprajohteeksi", jolla ei ole melkein mitään vastusta. Lämpötilaa, jossa aineella alkaa olla tämä yksittäinen "suprajohtava" ominaisuus, kutsutaan kriittiseksi lämpötilaksi. Sanomattakin on selvää, että eri aineiden kriittinen lämpötila ei ole sama.
Tiedäthän, että erittäin alhaisia lämpötiloja on vaikea saavuttaa, ja ihmiset maksavat niistä valtavan hinnan, ja mitä lähemmäs absoluuttista nollaa pääset, sitä korkeampi hinta sinun on maksettava. Siksi vaatimuksemme suprajohtaville aineille on tietysti, että mitä korkeampi kriittinen lämpötila, sitä parempi.
On monia alkuaineita, joilla on suprajohtavia ominaisuuksia, ja niobiumilla on korkein kriittinen lämpötila. Tällä hetkellä tärkeimpiä suprajohtavia materiaaleja ovat niobiumista valmistetut seokset, joiden kriittinen lämpötila on jopa 18,5-21 astetta absoluuttisessa lämpötilassa.
Ihmiset tekivät kerran tällaisen kokeen: metallinen niobiumrengas, joka oli kylmä suprajohtavaan tilaan, yhdistetty sähkövirralla ja sitten irrotettu virrasta, ja sitten suljettiin kaikki instrumentit pitääkseen lämpötilan alhaisena. Kaksi ja puoli vuotta myöhemmin ihmiset käynnistivät instrumentin ja huomasivat, että virta niobiumrenkaassa kulki edelleen ja virran voimakkuus oli lähes täsmälleen sama kuin silloin, kun sähkö otettiin ensimmäisen kerran käyttöön!
Tästä kokeesta voidaan nähdä, että suprajohtavat materiaalit eivät menetä lähes lainkaan virtaa. Jos käytät suprajohtavaa kaapelia sähkön siirtämiseen, koska sillä ei ole vastusta, virran kulkiessa energiaa ei tapahdu, joten siirtotehokkuus paranee huomattavasti.
Joku on suunnitellut nopean maglev-junan, jonka pyöriin on asennettu suprajohtavat magneetit niin, että koko juna voi kellua radalla noin kymmenen senttiä. Tällä tavalla junan ja radan välillä ei enää ole kitkaa, mikä vähentää vastusta liikkua eteenpäin. 100 ihmisen maglev-juna voi saavuttaa yli 500 kilometrin tuntinopeuden vain 100 hevosvoimalla.
20-Kilometriä pitkällä niobium-tinahihnalla, joka on kierretty halkaisijaltaan 1,5 metrin pyörän laipan ympärille, käämit pystyvät luomaan vahvan ja vakaan magneettikentän, joka riittää nostamaan 122 kilogramman painon ja levittämään se magneettikentän tilassa. Jos tätä magneettikenttää käytettäisiin lämpöydinfuusioreaktiossa ja voimakasta lämpöydinfuusioreaktiota voitaisiin hallita, olisi mahdollista tarjota meille suuri ja lähes loputon määrä halpaa sähköä.
Tasavirtageneraattori valmistettiin kerran niobi-titaani suprajohtavasta materiaalista. Sillä on monia etuja, kuten pieni koko, keveys, alhainen hinta, ja se tuottaa sata kertaa enemmän sähköä kuin tavalliset samankokoiset generaattorit.
Superseokset
Suuri osa maailman niobista käytetään puhtaana metallina tai erittäin puhtaana ferroniobina ja niobium-nikkeliseosten muodossa nikkelin, kromin ja rautapohjaisten superseosten valmistukseen. Näitä seoksia käytetään suihkumoottoreissa, kaasuturbiinimoottoreissa, rakettikomponenteissa, turboahtimissa ja lämmönkestävissä polttolaitteissa. Niobium muodostaa faasin superseosten raerakenteessa. Nämä seokset sisältävät yleensä jopa 6,5 % niobiumia. Inconel 718 -seos on yksi niobiumia sisältävistä nikkelipohjaisista seoksista, joissa on 50 % nikkeliä, 18,6 % kromia, 18,5 % rautaa, 5 % niobiumia, 3,1 % molybdeeniä, 0,9 % titaania ja 0,4 % alumiinia. Sovelluksia ovat mm. käyttö korkealuokkaisena lentokoneen runkomateriaalina, kuten Gemini-ohjelma.
Niobipohjaiset seokset
C-103 on niobiuseos, joka sisältää 89 % niobiumia, 10 % hafniumia ja 1 % titaania, ja sitä voidaan käyttää nestemäisten rakettipotkurien suuttimissa, kuten Apollon kuumoduulin päämoottorissa. Apollo-palvelumoduulissa käytetään toista niobiumaseosta. Koska niobium alkaa hapettua yli 400 asteessa, sen pinnalle on levitettävä suojapinnoite, jotta se ei haurastu.
Lääketieteelliset sovellukset
Niobiumilla on myös tärkeä asema kirurgisessa hoidossa, sitä ei voida käyttää vain lääketieteellisten laitteiden valmistukseen, vaan se on myös hyvä "biologinen sopeutumismateriaali", koska sillä on erinomainen korroosionkestävyys, se ei ole vuorovaikutuksessa erilaisten nestemäisten aineiden kanssa ihmiskehossa. , eikä lähes kokonaan vahingoita eliöiden kehon kudoksia, voidaan mukauttaa mihin tahansa sterilointimenetelmään, joten se voidaan yhdistää orgaanisten kudosten kanssa pitkään ja pysyä vaarattomasti ihmiskehossa.