铋系高温超导体
高温超导材料
超导电磁动力船 。此种实验船 已于日本有颇为成功之测试 。
IT行业
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高速计算机要求集成电路芯片上的元件和
连接线密集排列，但密集排列的电路在工 作时会发生大量的热，而散热是超大规模 集成电路面临的难题。超导计算机中的超 大规模集成电路，其元件间的互连线用接 近零电阻和超微发热的超导器件来制作， 不存在散热问题，同时计算机的运算速度 大大提高。此外，科学家正研究用半导体 和超导体来制造晶体管，甚至完全用超导 体来制作晶体管。
电力
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超导发电机，拥有两万千瓦的功率
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超导磁体在医学上的重要应用是核磁共振成 像技术，可分辨早期肿瘤癌细胞等，还可做 心电图，脑磁图、肺磁图，研究气功原理等.
核磁共 振断层 扫描仪 与人体 断层扫 描图
运输
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超导技术在交通运输方面的 应用 动用超导体产生的强磁 场可以研制成磁悬浮列车， 车辆不受地面阻力的影响， 可高速运行，车速达500 km/h以上，若让超导磁悬 浮列车在真空中运行，车 速可达1 600 km/h，利用 超导体制成无摩擦轴承， 用于发射火箭，可将发射 速度提高3倍以上
结束语
高温超导体新的和更高温度超导体的探索
工作一直在紧张地进行着。因为高温超导 理论还没有很好的建立，探索工作的进展 是缓慢的。
虽然新超导体和更高温度超导性时有报道， 但真正的新突破还没有取得。
我们相信，曾在铜氧基高温超导体领域中
取得过骄人成就的炎黄子孙，一定会在实 现人类室温超导体梦想的征途上作出更为 辉煌的贡献。
高温超导材料
报告人：王子轩 指导老师：戴长建
目录
发展背景及其历史 go go
高温超导材料的简介及其制备
铋元素的作用范文
铋元素的作用范文铋是一种化学元素，属于元素周期表中的第15族，原子序数为83、铋元素在自然界中为稀有金属，在工业和科学领域具有重要的应用和作用。
以下是关于铋元素的作用的一些详细介绍。
1.合金制备：铋在合金制备方面具有广泛的应用。
铋合金通常在航空航天、汽车工业、电子工业和冶金等领域中使用。
例如，铋合金可以作为高温超导体的基底材料，用于制造磁悬浮列车的导轨、汽车引擎的气门材料等。
2.高温超导体制备：铋具有良好的超导性能，在低温下可以表现出零电阻、完全排斥磁场的特性。
这使得铋在超导体研究和应用中具有重要地位。
铋基超导材料可以在低温下实现高电流密度传输，广泛应用于能源传输、磁共振成像、电磁干涉等领域。
3.反应堆冷却剂：铋具有较高的中子吸收截面积，是一种理想的核反应堆中子减速剂和冷却剂。
在核电站中，铋可以通过吸收中子来控制核反应的速率，并稳定反应堆的温度。
因此，铋在核能工业中具有重要的应用作用。
4.理化实验研究：铋的特殊物理性质使得它在理化实验研究中具有广泛的应用。
由于其密度较大，可以用来制备密度标准样品。
同时，铋是一种光电材料，对可见光和红外光有很强的吸收能力，因此可用于制备光电传感器和红外探测器。
5.化妆品添加剂：铋的化妆品级和医学级化合物，如铋氧化物、硝酸铋等被广泛应用于化妆品中作为一种添加剂。
它们可以提供很好的遮盖和分散性能，使得化妆品更加光滑和均匀，同时还能为肌肤提供保护和舒缓作用。
6.医学应用：铋在医学领域中有一定的应用价值。
例如，铋材料可以用于制备支架、植入物和人工关节等医疗器械，具有良好的耐腐蚀性和生物相容性。
此外，铋化合物还可以用于治疗胆固醇与肥胖症等疾病，铋类药物具有一定的毒杀作用，对一些微生物也具有抑制作用。
7.节能玻璃生产：铋氧化物可用于制备节能玻璃。
铋氧化物在玻璃中可以吸收和转化太阳能的红外辐射，大大减少了传导和辐射热量，提高了玻璃窗的隔热性能。
因此，涂覆铋氧化物的节能玻璃可以减少能源的消耗，提高建筑物的能效。
高温超导材料的研究现状和展望
高温超导材料的研究现状和展望随着现代科学技术的不断发展，高温超导技术逐渐成为科技领域中备受瞩目的前沿科技之一。
高温超导材料的研究不仅彰显了人类智慧和创造力的高度，还为能源、电力等领域的科技创新提供了无限的可能性。
笔者将从研究现状、关键技术、应用前景等角度，探讨高温超导材料的最新研究进展和未来展望。
一、研究现状高温超导材料，指具有高温超导特性的材料，其超导温度通常比低温超导材料高得多。
高温超导材料不仅具有超导电性能良好，而且具有电阻低、输电效率高、环保节能等优点，被广泛应用于工业、能源、医疗、计算机等多领域。
然而，高温超导材料研究仍面临着众多挑战。
目前，高温超导材料研究集中在寻求更高的超导温度，并探究材料超导机制。
近年来，国内外涌现出了一大批高品质的高温超导材料，例如：YBCO（氧化物超导体），Bi-2212（铋系超导体），FeSe（铁基超导体）等等。
其中，YBCO首次发现于1987年，是目前超导温度最高的材料之一，其超导温度达到了92K左右。
Bi-2212是一种新型的氧化物超导体，超导温度高达108K。
FeSe是一种新兴的铁基超导体，结构简单，制备工艺方便，于2008年被发现，其超导温度达到了近40K左右。
二、关键技术高温超导材料的研究有赖于先进的实验技术和完善的理论研究。
近年来，一系列先进的技术正在不断涌现，加速了高温超导材料的研究进程。
1.物理化学方法物理化学方法是高温超导材料研究的关键技术之一，主要包括物理气相沉积法（PVD）、溶胶-凝胶法（SG）、水热合成法、高压下制备等等。
其中，PVD法得益于其制备工艺简单、物理性能稳定等特点，在制备氧化物超导体、铁基超导体以及镍基超导体等高温超导材料方面得到了广泛应用。
2.凝胶预处理方法凝胶预处理方法是一种技术成熟度较高的高温超导材料制备方法，主要通过凝胶法制备前体纳米粉末，再采用固相反应制备高温超导材料。
该方法具有制备工艺简单、材料均匀性好、超导性能稳定等优点，被广泛应用于高温超导材料制备中。
超导材料的发展历史
超导材料的发展历史1992年一个以巨型超导磁体为主的超导超级对撞机特大型设备，于美国得克萨斯州建成并投入使用，耗资超过82亿美元。
下面是有关于超导材料的发展历史及相关内容，欢迎阅读。
超导材料的发展历史1911年，荷兰物理学家昂尼斯(1853～1926)发现，水银的电阻率并不像预料的那样随温度降低逐渐减小，而是当温度降到附近时，水银的电阻突然降到零。
某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象，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，锌为，铝为，铅为。
超导体得天独厚的特性，使它可能在各种领域得到广泛的应用。
但由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。
人们一直在探索高温超导体，从1911年到1986年，75年间从水银的提高到铌三锗的，才提高了19K。
1986年，高温超导体的研究取得了重大的突破。
掀起了以研究金属氧化物陶瓷材料为对象，以寻找高临界温度超导体为目标的“超导热”。
全世界有260多个实验小组参加了这场竞赛。
1986年1月，美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世实验室科学家柏诺兹和缪勒首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体，将超导温度提高到30K;紧接着，日本东京大学工学部又将超导温度提高到37K;美国休斯敦大学宣布，美籍华裔科学家朱经武又将超导温度提高到。
1987年1月初，日本川崎国立分子研究所将超导温度提高到43K;不久日本综合电子研究所又将超导温度提高到46K 和53K。
中国科学院物理研究所由赵忠贤、陈立泉领导的研究组，获得了的锶镧铜氧系超导体，并看到这类物质有在70K 发生转变的迹象。
2月15日美国报道朱经武、吴茂昆获得了98K超导体。
2月20日，中国也宣布发现100K以上超导体。
高温超导材料
高温超导材料樊世敏摘要自从1911年发现超导材料以来，先后经历了简单金属、合金,再到复杂化合物，超导转变温度也逐渐提高,目前，已经提高到164K(高压状态下)。
本文主要介绍高温超导材料中的其中三类：钇系(YBCO)、铋系（BSCCO)和二硼化镁(MgB2)，以及高温超导材料的应用。
与目前主要应用领域相结合，对高温超导材料的发展方向提出展望。
关键词高温超导材料，超导特性，高温超导应用1 引言超导材料的发现和发展已经有将近百年的历史，前期超导材料的温度一直处于低温领域,发展缓慢。
直到1986年，高温超导（HTS）材料的发现，才进一步激发了研究高温超导材料的热潮。
经过20多年的发展，已经形成工艺成熟的第一代HTS带材—-BSCCO带材，目前正在研发第二代HTS带材-—YBCO涂层导体,近一步强化了HTS带材在强电领域中的应用。
与此同时，HTS薄膜和HTS块材的制备工艺也在不断地发展和完善，前者己经在强电领域得到了很好的应用，后者则在弱电领域中得到应用，并且有着非常广阔的应用前景.2 高温超导体的发现简史20世纪初，荷兰莱顿实验室科学家卡默林昂尼斯（H K Onnes）等人的不断努力下，将氦气液化［1-7］，在随后的1911年，昂尼斯等人测量了金属汞的低温电阻，发现了超导电性这一特殊的物理现象.引起了科学家对超导材料的研究热潮。
从1911到1932年间，以研究元素超导为主，除汞以外,又发现了Pb、Sn、Nb等众多的金属元素超导体;从1932到1953年间，则发现了许多具有超导电性的合金，以及NaCl结构的过渡金属碳化合物和氮化物，临界转变温度(Tc）得到了进一步提高；随后，在1953到1973年间，发现了Tc大于17K的Nb3Sn等超导体.直到1986年，美国国际商用机器公司在瑞士苏黎世实验室的科学家柏诺兹（J。
G。
Bednorz）和缪勒（K。
A。
Müller）首先制备出了Tc为35K的镧—钡—铜—氧（La—Ba—Cu-O）高温氧化物超导体，高温超导材料的研究才取得了重大突破［10,11］。
高温超导材料
高温超导材料摘要：简要介绍了高温超导材料及其发展历史，对超导材料的发展现状和用途进行说明，对目前超导材料的主要研制方法进行了分析。
关键词：超导材料研究进展高温应用一、高温超导材料的发展背景及其发展历史高温超导体通常是指在液氮温度（77 K）以上超导的材料。
人们在超导体被发现的时候（1911年），就被其奇特的性质（即零电阻，反磁性，和量子隧道效应）所吸引。
但在此后长达七十五年的时间内所有已发现的超导体都只是在极低的温度（23 K)下才显示超导，因此它们的应用受到了极大的限制。
高温超导材料一般是指临界温度在绝对温度77K以上、电阻接近零的超导材料，通常可以在廉价的液氮（77K）制冷环境中使用，主要分为两种：钇钡铜氧（YBCO）和铋锶钙铜氧(BSCCO)。
钇钡铜氧一般用于制备超导薄膜，应用在电子、通信等领域；铋锶钙铜氧主要用于线材的制造。
1911年，荷兰莱顿大学的卡末林·昂尼斯意外地发现，将汞冷却到-268.98°C时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林·昂尼斯称之为超导态，他也因此获得了1913年诺贝尔奖。
1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质，当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。
对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导状态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。
自卡麦林·昂尼斯发现汞在4.2K附近的超导电性以来，人们发现的新超导材料几乎遍布整个元素周期表，从轻元素硼、锂到过渡重金属铀系列等。
超导材料的最初研究多集中在元素、合金、过渡金属碳化物和氮化物等方面。
至1973年，发现了一系列A15型超导体和三元系超导体，如Nb3Sn、V3Ga、Nb3Ge，其中Nb3Ge超导体的临界转变温度(T c)值达到23.2K。
第二代高温超导线材
电力系统用第二代高温超导带材产业化1911年荷兰物理学家K.Onnes发现汞在4.2K的低温下电阻突然将为零，这一现象被称为超导现象[1]。
超导电性的发现是20世纪物理学最重大的发现之一，寻求高临界温度的超导材料、探索超导的奥秘和开发超导的设计应用是物理学家的孜孜追求的梦想。
迄今为止，源于超导研究的诺贝尔物理学奖共有 5 次，10 人获奖，详见下表。
超导体具有明显异于常规导体的三大基本特性，即零电阻特性、完全抗磁性和约瑟夫逊效应。
由于这些特性，超导材料在强电、强磁以及弱电领域有这广泛的应用。
例如，利用超导体的完全抗磁性西安交通大学成功发明了世界上第一辆载人高温超导磁悬浮实验车。
而世界第一条磁悬浮商业线2003年已经在上海浦东正式投入运营。
全球超导材料的市场需求已达每年 30 多亿美元。
根据第五届国际超导工业峰会预测，高温超导应用技术将在今后5－10年时间达到实用化水平，2020 年全球超导产业的产值将达到 1500－2000 亿美元。
超导领域的诺贝尔物理学奖在数字时代的21世纪，人类在享受现代文明的同时面临着日益严重的能源危机。
当前，电力供应日趋紧张，然而大量电能却被浪费在传统电缆上。
据统计，我国电网的电能损耗约占总发电量的9%，其中90%左右是由电缆损耗的，相当于2－3个三峡电站的发电量。
如果使用高温超导线材，不仅这些损耗完全可以避免，而且可以节约大量的金属材料。
超导材料根据其临界温度的高低可分为低温超导材料和高温超导材料。
目前商业化的低温超导带材主要用于核磁共振成像仪、加速器磁体等方面。
由于低温超导材料的临界温度在绝对温度十几K以下，需要在液氦中工作，而液氦及其制冷费用昂贵，所以其应用受到很大的限制。
表一国际超导电力技术发展现状美国超导公司的带材缠绕在同等载流能力的铜绞线上高温超导带材由于其临界温度在绝对77K以上，可以在廉价的液氮环境中使用，大大降低了运营成本，因此其应用前景十分可观。
例如高温超导材料远远超过常规导体的大电流承载能力（比铜高100倍，见上图），使人们对其在强电、强磁领域中的应用报有极大的希望。
铋的独特金属
铋的独特金属铋是一种非常独特的金属元素，它拥有许多独特的特性和应用。
铋是一个很容易识别的元素，它拥有闪亮的银白色外观和良好的延展性。
但是，铋的最独特之处在于它的物理性质和化学性质。
首先，让我们来看看铋的物理性质。
铋属于具有屏障金属特性的重金属。
它的密度相对较高，约为9.8克/立方厘米。
由于其较高的密度，铋在常温下是固态。
另外，铋的熔点非常低，仅为271.4度摄氏。
这使得铋成为非常可塑的金属，在温度较低的情况下就能够熔化。
在液态状态下，铋具有很高的表面张力，这使得它的液滴能够以球形形状存在，这是非常罕见的。
当液滴不再增大，变得足够大时，表面张力将趋向于使降低其能量。
这将导致液滴分裂为两个或多个更小的液滴。
此外，铋还具有一些特殊的性质。
例如，铋是一种超导体，具有极低的电阻和完全阻抗性。
这使得铋在一些特殊的应用中非常有用。
在超导体领域，铋通常用于制造高温超导体材料。
此外，铋还可以在较低温度条件下展现出一些有趣的现象，如霍尔效应和稀磁性。
这些性质使铋成为研究新型材料和现象的理想选择。
另外，铋还具有许多重要的应用。
其中一个最重要的应用是作为防辐射材料。
由于铋的高密度和良好的辐射屏蔽能力，它被广泛用于核能和医学放射治疗中。
此外，铋还用作制造火花塞、半导体材料和杀菌剂等。
它还可以合金化制造一些不锈钢和特殊钢材料。
此外，铋还用于制造镜片、电极和磁存储材料等。
除了上述的特性和应用外，铋还具有一些有趣的历史和文化意义。
在古代，铋被认为是贵金属之一，常用于制作珠宝和装饰品。
另外，铋的名字源于拉丁语“bismuthum”，意为“白色”。
这个名字非常贴切地描述了铋的外观特征。
此外，铋还具有一些医疗和药物应用，可以用来制造一些消化药物和止痛药物。
总之，铋是一种非常独特的金属元素，具有许多独特的特性和应用。
其物理性质和化学性质使其在科学研究和工业领域中起到重要的作用。
此外，铋还具有一些有趣的历史和文化意义。
铋是一个令人着迷的金属，它的发现和应用为人类带来了很多好处。
高温超导体工作原理
高温超导体工作原理高温超导体是一种具有特殊电导性能的材料，能够在相对较高的温度下表现出超导特性。
与传统低温超导体相比，高温超导体的工作原理更为复杂，但也具有更广泛的应用前景。
本文将详细介绍高温超导体的工作原理，并探讨其在科学研究和工程技术领域的应用。
一、超导现象简介超导是指某些材料在低温下表现出无电阻和完全排斥外磁场的性质。
这一现象于1911年首次被荷兰物理学家海克·卡末林发现，并在后来的几十年里得到了广泛研究和应用。
传统超导体需在极低温度下才能达到超导状态，而高温超导体则相对较高温度下仍能保持超导性能。
二、高温超导体的分类根据高温超导体的结构和化学组成，可以将其分为几个主要类别。
其中最早被发现的是第一类高温超导体，主要是指由铜氧化物和铁基化合物构成的材料。
第二类高温超导体主要是指镧系和铋系化合物。
此外，还有一些稀土金属和钬钛矿结构氧化物也被归类为高温超导体。
三、BCS理论高温超导体的工作原理与传统的BCS（巴丁-库伯）理论有所不同。
传统的BCS理论主要解释了低温超导体的超导性质，而高温超导体存在于较高的温度下，因此需要其他理论来解析。
研究者提出了各种假设和模型来解释高温超导体的特性，但目前仍然没有一个统一的理论来完全解释高温超导体的工作机制。
四、可能的工作机制尽管高温超导体的工作机制尚不明确，但研究表明其中可能存在以下几种机制。
1. 理论模型一：BCS-BEC足迹基于BCS理论和玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）理论的结合模型被提出来解释高温超导体的性质。
这个模型认为，在高温下，电子对之间的库仑相互作用变得强大，使得电子对表现出类似玻色子的行为，并在材料中形成BEC。
2. 理论模型二：自旋液体理论自旋液体理论认为高温超导体的性质与自旋相关，其中的电子以自旋液体形式存在并产生超导性。
这个理论试图解释高温超导体中电子自旋的奇特配对形式。
3. 理论模型三：价键模型根据价键模型的理论，高温超导体的电性主要与键长、键角和其他电子轨道参数相关。
高温超导材料
材料工程 樊世敏
哈利路亚悬浮山
• 现实中，人们发现水具有一定的抗磁性，处于 强磁场中的生物如青蛙、老鼠等都可以实现常 规磁悬浮。若要实现更强的磁悬浮，就必须借 助完全抗磁的超导体。
目录
一、什么是超导 二、超导材料两大特性 三、高温超导材料的发展史 四、高温超导材料 五、高温超导材料的应用 六、高温超导体的下一目标
度 Tc（77K）以上、电阻接近零的超导材 料。因为目前发现的主要是氧化物材料， 故又称高温氧化物超导材料。
三、高温超导材料的发展史
四、高温超导材料
1、铋系高温超导体(BSCCO)
作为第一代高温超导材料，铋Байду номын сангаас高温超导体 主要有三种:Bi2Sr2CuO6、Bi2Sr2CaCu2O8和 Bi2Sr2Ca2Cu3O10。 其主要特点是具有优良的可加工性，并且在 超导强电领域占有重要位置。但铋系材料的 实用临界电流密度较低，并且在77K的应用磁 场也很低
一、什么是超导体
按照电阻率随温度变化的不同行为，介质
材料可以划分为：绝缘体、半导体、导体和超 导体。超导体指的是某些材料降至特定温度以 下时，电阻率降为零（零电阻效应），同时外 磁场磁力线全部排出体外（完全抗磁性）的一
种宏观电磁现象。
二、超导材料两大特性
定义：
高温超导材料一般是指临界温度在绝对温
2、钇系高温超导体(YBCO)
• 较之第一代铋系高温超导带材，第二代 钇系带材具有以下优点: • ( 1) 较高的不可逆场 • ( 2) 强磁场下较强的载流能力 • ( 3) 较低的工业成本 • ( 4) 更好的机械性能
3 、二硼化镁(MgB2)
二硼化镁是常规超导体中临界温度最高的 （39K），具有较高的临界电流密度。 一般构成氧化物高温超导体的化学元素昂 贵，合成的超导材料脆性大，难以加工成 线材，而硼和镁的价格低廉，且容易制成 线材。
中国人在超导体领域的贡献
中国人在超导体领域的贡献
中国人在超导体领域做出了许多重要的贡献。
以下列举了一些具有代表性的贡献：
1. 高温超导体：中国科学家在1986年成功合成了世界上第一个高温超导体，即铋钡钡钛氧化物。
这一发现在超导体领域引起了巨大轰动，为开展高温超导研究打下了基础。
2. 超导磁体：中国科学家在设计、制造和应用超导磁体方面取得了重要进展。
超导磁体在医学成像（如核磁共振成像）、加速器、磁悬浮交通等领域具有广泛应用。
3. 超导电力技术：中国在超导电力技术方面也取得了突破。
中国建成了世界上首个超导电力电缆示范工程，通过利用超导材料的低电阻特性，实现了输电损耗的大幅减少。
4. 超导电子器件：中国科学家在超导电子器件的研制方面也做出了许多贡献。
他们开发出了高性能的超导量子干涉器件、超导量子比特和超导快速电子器件等。
5. 超导材料研究：中国长期致力于超导材料的研究，不断寻找新的高温超导材料和优化传统的低温超导材料。
这为超导体的应用和性能提高提供了基础。
总的来说，中国科学家在超导体领域做出了努力和贡献，推动了超导技术的发展和应用。
他们的研究不仅有助于提高能源利用效率、推动电力输送技术的进步，还在医学、电子器件等领域展示了巨大的潜力。
ybco超导体临界温度
ybco超导体临界温度
摘要：
1.超导体的概念和临界温度
2.超导体的发展历程
3.目前最高临界温度的超导体材料
4.超导体的应用领域
5.钇钡铜氧超导体的临界温度
正文：
一、超导体的概念和临界温度
超导体是指在低温下电阻为零的材料，能够实现电流的无阻力流动。
临界温度是指材料从正常状态到超导状态的转变温度。
超导体的主要用途是减少电能损耗和提高电能传输效率。
二、超导体的发展历程
自1911 年以来，人们开始探索高温超导的历程。
在这一过程中，超导温度由水银的4.2K 提高到23.22K。
1986 年，钡镧铜氧化物超导温度达到
30K，随后又刷新到40.2K、43K、46K、53K，最终在1987 年2 月15 日发现了98K 超导体。
这些突破性成果使得超导技术走向大规模应用。
三、目前最高临界温度的超导体材料
目前，最高临界温度的超导体材料是钇钡铜氧（YBCO），其临界温度达到90K（183K）。
此外，还有其他临界温度较高的超导体材料，如铋锶钙铜氧（110K，163K）。
四、超导体的应用领域
超导体可以用作电机的线圈，减少电能损耗，或者用于长距离电能传输，减少电能浪费。
此外，超导体在磁悬浮列车、核磁共振成像、高能物理等领域也有广泛应用。
五、钇钡铜氧超导体的临界温度
钇钡铜氧（YBCO）是一种高温超导材料，其临界温度已经达到90K （183K），具有很高的实用价值。
然而，钇钡铜氧超导体的加工性能仍有待提高，以实现其在实际应用中的广泛应用。
总之，目前最高临界温度的超导体材料是钇钡铜氧，其临界温度为90K。
高温超导机制的解析
高温超导机制的解析引言：超导现象是指在一定温度以下某些物质的电阻突然归零的现象。
超导材料具有很多重要应用，如磁共振成像、电力输送等。
在早期研究中，人们发现超导材料只能在极低温度下发生。
然而，20世纪80年代，高温超导现象的发现引起了巨大的轰动。
本文将对高温超导机制进行解析。
一、历史回顾：高温超导现象的发现始于1986年，由罗杰·巴内特及其团队在铋钡铊钙铜氧（Bi-Ba-Sr-Ca-Cu-O）系列化合物中首次观察到了超导转变温度超过液氮温度（77K）的现象。
这一发现引起了全球科学界的广泛兴趣和探索。
之后，人们又相继在其他化合物中发现了高温超导现象，如镧钡铜氧（La-Ba-Cu-O）系列化合物等。
二、BCS理论与高温超导：传统的超导理论是由约翰·巴丁、约兼·库珀和约翰·罗伯茨等人于1957年提出的，即巴丁-库珀-罗伯茨（BCS）理论。
BCS理论解释了低温下超导现象的发生机制，即电子通过库珀对的形成来共同传递电荷，并且在超导体中形成了一个电子-晶格耦合的准粒子谱。
然而，BCS理论无法解释高温超导现象，因为高温下热涨落对超导性的影响显著增强。
三、BCS-Bose-Einstein准粒子共存理论：为了解释高温超导现象，科学家提出了BCS-Bose-Einstein准粒子共存理论。
该理论认为，在高温下，BCS准粒子会形成布洛赫波与库珀对的新结合态，即BCS-BEC（Bose-Einstein condensation）准粒子。
这些BCS-BEC准粒子能够在相对较高的温度下发生超导。
四、电子相关效应：高温超导材料中的电子相关效应也是实现高温超导的重要因素。
电子相关效应意味着电子之间的相互作用在超导转变温度附近达到最大值。
这种电子相关性可以通过掺杂和施加外部压力来调控。
五、晶格畸变与电荷传输：超导体中晶格畸变也与高温超导现象密切相关。
晶格畸变是指晶格结构的变形，可能是由离子的不均匀分布引起的。
超导体标准版文档
前景变得渺茫。
真正的液氮温区下强电应用的超导材料。
• C. 新型MgB2超导线带材：
2001年1月，日本科学家发现了临界转变温 目前高温超导材料指的是：钇系（92 K ）、铋系（110K）、铊系（125K）和汞系（135K）以及2001年1月发现的新型超导体二硼化
MRI磁体领域。 其中最有实用前途的是铋系、钇系（YBCO）和二硼化镁（MgB2）。
优势，尤其是在工作磁场1~2 T的核磁共振 研究YBCO超导块材的目标之一是利用它在超导态下的迈斯纳效应及磁通钉扎特性导致的磁悬浮力，应用于超导轴承、贮能以及磁浮
列车பைடு நூலகம்。
成像MRI磁体领域。 2001年1月，日本科学家发现了临界转变温度为39 K的MgB2超导体。
前景变得渺茫。 研究YBCO超导块材的目标之一是利用它在超导态下的迈斯纳效应及磁通钉扎特性导致的磁悬浮力，应用于超导轴承、贮能以及磁浮 列车等。 综合制冷成本和材料成本，MgB2超导体在20~30 K，低场条件下应用具有明显的价格优势，尤其是在工作磁场1~2 T的核磁共振成像 MRI磁体领域。 目前高温超导材料指的是：钇系（92 K ）、铋系（110K）、铊系（125K）和汞系（135K）以及2001年1月发现的新型超导体二硼化 镁（39K）。 其中最有实用前途的是铋系、钇系（YBCO）和二硼化镁（MgB2）。 而 YBCO具有更为优异的磁场下性能，是真正的液氮温区下强电应用的超导材料。
规模应用前景变得渺茫。 研究YBCO超导块材的目标之一是利用它在超导态下的迈斯纳效应及磁通钉扎特性导致的磁悬浮力，应用于超导轴承、贮能以及磁浮
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M / H 1
(5-3)
B 0 1 H 0
B0 0 H 超導體內的磁化率為 -1(M為磁化強度， )。超導體在靜磁 場中的行為可以近似地用”完全抗磁體”來描述。邁斯納效應通常又 稱為完全抗磁性。
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圖5-2 邁斯納效應：當T<TC時，磁通被完全排斥出超導體
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式中
I co 是絕對零度時的臨界電流。
5.1 超導電性的基本性質 5.1.2 完全抗磁性
在超導狀態，外加磁場不能進入超導體的內部。原來處在外磁場中的
正常態樣品，變成超導體後，也會把原來在體內的磁場完全排出去， 這一性質被稱為邁斯納效應，如圖5-2所示。超導體內磁感應強度B總 是等於零，即金屬在超導電狀態的磁化率為 ，
(5-4)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
在結上加上直流電壓 V，兩邊波函數與時間有關的項
Jo是通過的最大零電壓電流，正比於遷移相互作用，且與弱連接的性質有 關， 為兩個超導體的位相差。為直流約瑟夫遜效應。 E exp i t
不同，
相互干涉就會產生交變的電流
2V J J 0 sin t 0 (5-5)
Chapter 5 超導材料
本章大綱 5.1 超導電性的基本性質 5.2 超導原理 5.3 第I類超導體和第II類超導體 5.4 低溫超導體 5.5 高溫超導體 5.6 超導材料的應用
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5.1 超導電性的基本性質
1911年荷蘭物理學家昂內斯( H. R. Onnes )在研究水銀在低溫下的電阻時，發現當
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5.1 超導電性的基本性質 5.1.3 超導隧道效應
考慮被絕緣體隔開的兩個金屬，如圖 5-3所示。絕緣體通常對於一
種金屬流向另一種金屬的傳導電子起阻擋層的作用。如果阻擋層相 當薄之下則電子流將產生隧道效應，電子具有相當大的機率穿越絕 緣層。 1960年賈埃弗 (I. Giaever)首先發現如果金屬中的一個變為 超導體時，即形成(NIS)結時，電流-電壓的特性曲線由圖5-4的直線 變為圖5-4的曲線。
1986年，人們已發現了常壓下有 28種元素、近5000種合金和化合物具有超導電性。
常壓下，Nb的超導臨界溫度Tc=9.26K是元素中最高的。合金和化合物中，臨界溫 度最高的是Nb3Ge，Tc=23.2K。
1987年2月，美國的朱經武等宣布發現了Tc~93K的氧化物超導材料。 1987年底，馬依達(H‧Maeda)等人發現Bi-Sr-Ca-O化合物系列有Tc~115K的高Tc相。
T2 (5-1)H c (T ) H co 1 T 2 c
式中 H co 是絕對零度時的臨界磁場。
超導體中通過足夠強的電流也會破壞超導電性，導致破壞超導電性所需要
的電流稱作臨界電流 I c (T ) 。
T2 I c (T ) I co 1 2 Tc
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5.1 超導電性的基本性質 5.1.1 完全導電性
對於超導體來說，在低溫下某一溫度 Tc時，電阻會突然降為零，顯示
出完全導電性。圖5-1表示上述電阻隨溫度變化的特性。在4.2K下對鉛 環做的實驗證明，超導鉛的電阻率小於 3.6 1025 cm ，比室溫下銅的 電阻率的分之一還小。
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圖5-1 汞在液氦溫度附近電阻的變化行為
5.1 超導電性的基本性質 5.1.1 完全導電性
超導電性可以被外加磁場所破壞，對於溫度為 T(T<Tc) 的超導體，當外加
磁場超過某一數值Hc(T)的時候，超導電性就被破壞了，Hc(T)稱為臨界磁 場。在臨界溫度Tc，臨界溫度為零。 Hc(T)隨溫度的變化一般可以近似地 表示為拋物線關係
圖5-3 正常金屬N、絕緣層I和超導體S組成的結
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5.1 超導電性的基本性質 5.1.3 超導隧道效應
假如兩塊超導體分得很開，每塊都可以有自己獨立的位相，當兩塊超
導體接近，中間有一定的弱連接時，它們的電子對波函數可穿過弱連 接而耦合，而降低能量，得超過電流與相位差的關係近似於:
J J 0 sin
這些條件的上限分別稱為臨界溫度(critical temperature, Tc)、 臨界磁場(critical magnetic field, Hc)和 臨界電流密度(critical electric current density, Jc)。
超導電性有三個基本條件
完全導電性 完全抗磁性 隧道效應。
後來,在Tc系中得到了Tc~125K的相,並證實其組成是Tl2Ba2Ca2Cu3O10+y。高臨界溫 度超導材料研究成為了當今最活躍的新材料研究領域之一。
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5.1 超導電性的基本性質
物質由常態轉變為超導態的溫度稱其為超導臨界溫度，用 Tc 表示。
超導臨界溫度以絕對溫度K來表示。超導體與溫度、磁場、電流密 度的大小密切相關。
當交變電流的頻率是
2eV /
(5-6)
圖5-5給出了在直流和交流電壓下SIS結的零電壓下最大約瑟夫遜電流與準
粒子隧道電流。臺階的大小是 V h / 2e 。微波誘發的電壓臺階是上述 直 流 電 壓 產 生 交 變 超 導 電 流 的 效 應 的 另 一 種 表 現 。 有 時 叫 沙 比 羅 (S. Shapiro)效應。
溫度降低至 4.2K 以下後，水銀的電阻突然消失，呈現零電阻狀態。昂內斯便把這 種低溫下物質具有零電阻的性能稱為超導電性(superconductivity)。
1933年邁斯納(W. Meissner)和奧克森菲爾德(R. Ochsenfeld)發現，不僅是外加磁
場不能進入超導體的內部，而且原來處在外磁場中的正常態樣品，當溫度下降使 它變成超導體時，也會把原來在體內的磁場完全排出去，這是超導體所具有的另 一個重要性質。
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這稱為交流約瑟夫森效應。
5.1 超導電性的基本性質 5.1.3 超導隧道效應
圖5-4 不同情形下的電流－電壓曲線 (a) 被 氧 化 層 隔 開 的 正 常 金 屬 結 構 的 電 流 － 電 壓 曲 線 (b)被氧化層隔開的正常金屬與金屬超導體結構的電流－電壓曲線
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5.1 超導電性的基本性質 5.1.3 超導隧道效應