高温超导体及其研究近况

高温超导体及其研究近况

姓名:高卓班级:材料化学09-1 学号:200901130805

所谓超导,是指在一定温度、压力下,一些金属合金和化合物的电阻突然为零的性质.利用此次性质做成的材料称为超导材料.

超导材料按其化学组成可分为：元素超导体，合金超导体，化合物超导体。近年来，由于具有较高临界温度的氧化物超导体的出现，有人把临界温度Tc达到液氮温度（77K）以上的超导材料称为高温超导体，上述元素超导体，合金超导体，化合物超导体均属低温超导体。以下就高温超导体作一个简要介绍。

一材料特点

自1964年发现第一个超导体氧化物SrTiO3以来，至今已发现数十种氧化物超导体。这些氧化物超导体具有如下共同的特征：（1）超导温度相对而言比较高，但载流子浓度低；（2）临界温度Tc随组分成单调变化，且在某一组分时会过渡到绝缘态；（3）在Tc以上温度区，往往呈现类似半导体的电阻-温度关系；（４）Tc和其他超导参量对无需程度敏感。

高温超导体在结构和物性方面具有以下特征；(1)晶体结构具有很强的地维特点，三个晶格常数往往相差3-4倍；（2）输运系数（电导率、热导率等）具有明显的各向异性；（3）磁场穿透深度远大于相干长度，是第二类超导体；（4）载流子浓度低，且多为空穴型导电；（5）同位素效应不显著；（6）迈斯纳效应不完全；（7）隧道实验表明能隙存在，且为库柏型配对。氧化物超导体的这些特征，引起人们的兴趣和关注。

二发展趋势

目前,在高温超导研究领域中,各国科学家正着重进行三个方面的探索,一是继续提高Tc,争取获得室温超导体;二是寻找适合高温超导的微观机理;三是加紧进行高温超导材料与器件的研制,进一步提高材料的Jc和Tc,改善各种性能，降低成本，以适用实用化的要求。

三国内外发展现状

超导材料技术是21世纪具有战略意义的高新技术，极具发展潜力和市场前景。世界各主要国家政府纷纷制订相关计划和加大研发投资，推动基础研究和产业化发展，竞争十分激烈。

一、美国

美国能源部（DOE）早在1988年就创建了超导计划，该计划将高科技公司、国家实验室和大学结合起来，进行具有高度复杂性的高温超导技术的应用研发工作，并在此基础上于1993年底制定了超导伙伴计划（Superconductivity Partnership Initiative，SPI）。SPI是整个超导计划的一部分，目的是加速高温超导（High temperature superconductors，HTS）电力设备走进市场。DOE 在2001年9月24日宣布了新一轮的高温超导计划——SPI二期，投入总资金达1.17亿美元，支持高温超导商业化示范电缆、100MVA高温超导发电机、1000英尺、3相长距离高温超导输电电缆、高温超导变压器、高温超导核磁共振成像装置、超导飞轮储能装置、高温超导磁分离器等7个项目的研发。

2003年7月，DOE在公布的《‘Grid 2030’A National Vision for Electricity’s Second 100 Years》报告中，把高温超导技术列为美国电力网络未来30年中发展的关键技术之一。该计划制订了2010年、2020年和2030年美国在电力方

面高温超导的发展目标（表1），其中在2020年前希望在HTS发电机、变压器和电缆方面具有显著改善，并完成长距离超导传输电缆；2030年前建成国家超导主干输电网络

二、日本

日本在1987年9月建立了Super-GM（Engineering Research Association for Superconductive Generation Equipment and Materials）计划，其长期目标是发展超导电动机及相关的电力应用。1988年，日本成立了国际超导产业技术研究中心（International Superconductivity Technology Center，ISTEC），致力于有关超导技术的调查研究和基础研究开发以及国际交流的促进。

为推动日本产业进行持续和独立自主的技术创新，保持竞争优势，日本经济产业省2005年3月首次制定了国家层面的“战略技术路线图”，确定了20项战略重点技术；2006年4月，又新增了超导技术、能源、癌症对策及人性化技术等4项战略重点技术；2007年又增至25项，分属信息与通讯、生命科学、环境与能源、纳米技术与材料、制造业等5个领域。

超导技术的战略路线图提出了要在2020年实现超导技术为社会服务的前景。其进度预期为：2010年大多数超导技术开始进入应用，而在2020年达到普及。由于超导技术牵涉面广，该路线图分为4个部分：①能源电力（发电技术、输配电技术、能源储存技术）；②工业交通（磁场应用技术、计测仪器技术、发动机技术、列车用变压器技术）；③医疗诊断（磁体应用技术、加速器应用技术、高频器件技术、SQUID应用技术）；④信息通讯（计算机网络机器技术、无线存取访问机器技术、计测仪器技术）。同时，把超导线材、块材、器件以及制冷与低温技术作为公共基础技术划分出来。日本超导技术战略路线图明确阐述了超导技术每一个领域所要发展的核心技术及其时间表。

日本新能源产业综合技术开发机构（NEDO）对超导技术研究项目进行了大力支持，近年开展的超导技术研究项目见表6。表7为日本超导材料技术主要组织及其研发方向。

三、欧洲

欧洲为促进超导电力技术和超导材料技术的发展，也批准了超导电力联接计划（SUPERPOLI计划）和欧洲超导技术公司合作计划（CONECDUC计划）的实施。欧盟于1997年开展了超导电性欧洲网（European Network of Superconductivity，SCENET），共分为2个阶段，第一阶段为1997-2001年，第二阶段为2002-2006年，研发基金由欧盟提供，共涉及14个欧洲国家的42个学术机构和21工业卓越中心。目标是为欧洲超导研究区建立一个组织，收集和传播超导信息，进行研究和预测，为技术和科学讨论提供一个平台，促进科技转让，并提升产业界和学术界沟通。

2007年，欧洲基金会（European science foundation，ESF）发布了2007-2012年的超导纳米科学与工程项目计划（Nanoscience and Engineering in Superconductivity，NES），涉及15个欧洲国家、68个研究团队，项目共分为5个主题：①纳米尺度超导电性演变，纳米孔等有限区域超流态；②超导态－正常态（SN）和超导态－磁态（SM）混合纳米系统的超导性；③纳米结构超导体和SN/SM混合纳米系统的受限通量（Confined flux）；④弱耦合超导冷凝物的Josephson效应和隧道效应；⑤磁通量子、超导器件基本原理研究。NES综合研究设施和技术包括5个层次：第一层为现代样品制备和纳米结构技术；第二层为涡旋可视化局部探针技术和纳米尺度冷凝物波动函数成像；第三层为下一代共享