超导材料研究现状及其应用

超导材料研究现状及其应用

[摘 要]：本文主要介绍了超导现象，超导的应用及我国超导研究现

状。

[关键词]：超导现象 超导的应用 超导研究现状

材料是人类赖以生存和发展的物质基础，某一种新材料的问世及其应用，往往会引起人类社会的重大变革因此使用什么样的材料制造工具往往成为人类文明发达程度的一个重要标志。人们把人类历史分为石器、青铜器和铁器时代。在群居洞穴的猿人旧石器时代，通过简单加工获得石器帮助人类狩猎护身和生存，随着对石器加工制作水平的提高 ，出现了原始手工业如制陶和纺织，人们称之为新石器时代。青铜时代大约源于4000-5000年前。青铜是铜锡铝等元素组成的合金，与纯铜相比，青铜熔点低，硬度高，比石器易制作且耐用。青铜器大大促进了农业和手工业的出现。铁器时代则被认为是始于2000多年前，春秋战国时代，由铁制作的农具、手工工具及各种兵器，得以广泛应用，大大促进了当时社会的发展。钢铁、水泥等材料的出现和广泛应用，人类社会开始从农业和手工业社会进入了工业社会。本世纪半导体硅、高集成芯片的出现和广泛应用，则把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。

超导现象

1911年，荷兰物理学家昂尼斯发现，水银的电阻率并不象预料的那样随温度降低逐渐减小，而是当温度降到4.15K附近时，水银的电阻突然降到零.为了证实这一现象，他用磁铁在水银环路中感应出电流，经过长达一年多的观察发现，只要水银环路保持在4.15K的低温，环路中的电流就不会有能测量到的衰减，电流不断地沿着环路转起来，就像不知疲倦的一匹马一样.当温度降到某一温度时，金属的电阻变为零的现象叫超导现象，能够发生超导现象的物质，叫做超导体．超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度) TC.现已发现大多数金属元素以及数以千计的合金、化合物都在不同条件下显示出超导性.如钨的转变温度为0.012K，锌为0.75K，铝为1.196K，铅为7.193K.而且超导临界温度的纪录不断地被打破，例如，1975年，有人发现铌三锗的超导临界温度为23.2K.1986年，又有人发现钡镧铜氧化物的超导临界温度为30K，这个现象引起了科学家对氧化物高温超导陶瓷的高度重视.1986年12月，中国科学院的赵忠贤研究组获得了起始转变温度为48.6K的锶镧铜氧化物.1987年2月，美籍华裔科学家、美国休斯敦大学的朱经武教授获得了起始转变温度为90K的高温超导陶瓷.1987年3月，中国科学院公布了起始转变温度为93K的8种钡钇铜氧化物.1988年，中国科学院发现了超导临界温度

为120K的钛钡钙铜氧化物.这些成就显示了我国高

温超导材料的研究已经名列世界前茅

超导应用

寻找工业应用永远是推动研究的推动力。从应用角

度看，初期的超导材料很容易被外界磁场所抑制。

实际应用困难较多。被称为I型超导材料。

能在强

Fig.4, Hc2 vs Tc [17]

磁场下保留其超导特性的材料，被称为II型超导材料，或称硬超导材料。这些材料不像I型超导材料那样临界温度转变很突然，而是有一个过度区。 在此区内，Tc值随外加磁场的加大而下降，故有两个临界磁场值， Hc1和Hc2. [1]。 II型超导由于Hc2值较大，其应用领域十分广阔。 如NbTi, Nb3Sn已形成了数十亿欧元的市场分额，作成超导线圈，制成电磁铁，用于MRI或高能物理所用粒子加速器。这些都是常规线圈无法达成的。虽然II型超导应用潜力很大，但深度冷冻则需要相应的资金，装备和能量。特别是大型设备所需投入很大。在成本上的竞争力还嫌不足。因此许多大型电力系统的设备或部件，尽管作了很多精心设计，都还停留在试运行或示范阶段. 随着冷冻技术的发展和小型化[2]，许多微型超导电路结合了微型冷冻装置的开发，却已领先进入了市场，如SQUID在医疗器械，计算机芯片制造方面的应用等。高温超导滤波器正在向手机渗透。 超导主要有下列应用：

1．超导电力系统

自从高温超导问世以后，在电力系统中的应用研究，在全球各地都是热门课题。由于超导材料会给直流电带来零电阻，对于交流电带来接近零电阻。采用超导材料将会显著提高电力设备的效率并显著减小设备体积和重量。还会显著减少燃烧对自然环境，如臭氧层的破坏。然而要把超导材料投入实际应用，还须解决许多问题。二十年来，科研人员投入了大量辛勤劳动，许多电力设备已经过精心研究设计，参见以下图例。

2．超导线材和电缆

在美国能源部的组织和资助下，首先在美国橡树岭研究所建造了5米长的高温超导电缆的示范装置。在此基础上又在Southwire 公司的Carrollton工厂建造了30米长的高温超导电缆， 用以供电，现已运行了2200小时以上。并于2002年经过验收。这是世界上第一条高温超导电缆[3]。美国超导体公司，American

Superconductor Corporation, 已将各种规格的超导电缆列入了它的产品规格清单

当前用于制造高温超导线材和电缆的材料主要是BSCCO和YBCO.。两者都不能直接拉成线材。首先纳入批量生产的是BSCCO，制造方法是先将BSCCO氧化物填充在银套管内，然后经过压延和拉伸制成线材， 简称PIT（Powder in tube）工艺。YBCO则采用了有机 …… 此处隐藏：3195字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……