超导材料及其应用PPT课件
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子加速器寄以厚望。超导在加速器中应用主要体现在两个方面, 一是提供强磁场B的超导磁体，二是提供加速场强E的超导谐振 腔。前者应用于回旋加速器中, 用于约束粒子于回旋的轨道中,后 者用于给粒子提供加速场强。
超导材料及其应用
超导材料及其应用
超导材料及其应用
08级应用物理
超导材料及其应用
· 超导简史 · 超导材料 · 超导应用
超导材料及其应用
一、超导简史
1908年，荷兰物理学家昂内斯首
次成功地把称为“永久气体”的
氦液化，因而获得4.2K 的低温源，
为超导准备了条件，三年后即
1911年，在测试纯金属电阻率的
低温特性时，他又发现，汞的直
超导材料及其应用
1.2 超导电机 超导电机包括发电
机和电动机。由于采用 了超导绕组，与常规电 机相比，能够承载更大 的电流从而产生更强的 磁场，所以在与常规电 机功率相同的情况下， 其体积和重量可以减小 到常规电机的1/5 左右。ຫໍສະໝຸດ 超导发电机，拥有两万千瓦的功率
超导材料及其应用
超导悬浮列车 由于超导体
1973 年，科学家发现了铌锗合金，其临界温度为23.2K， 该纪录保持了13年。
1986 年，IBM公司的研究人员米勒和贝德诺尔茨发现了一 种铜氧化物具有35K 的高温超导性，突破了传统“氧化物 陶瓷是绝缘体”的观念，更重要的是改变了从金属和合金 中寻找超导材料的传统思路 。
超导材料及其应用
1986 年底，美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料，其临 界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”被跨越。
超导材料及其应用
2.2 铋系高温超导体(BSCCO) 这是仅次于钇系研究得颇为透彻的高温超
导体。1988年初日本人用便宜的Bi2O3 代替 稀土，用锶、钙代替钡在BSCCO系中发现了 新的高温超导相。此后,美、日都宣布发现了 Tc=110Ｋ的超导体，经研究BSCCO共有 Bi2Sr2CaCu2O8(Bi2212) 和(Bi， Pb)2Sr2Ca2Cu3O10(Bi2223) 两个高温超导 相,前者的Tc约80Ｋ,后者为110Ｋ。BSCCO 粉具有极好的烧结特性和超导性能，目前已 商品化生产用于制造和开发铋系线材。
李海东08级应用物理超导应用一超导简史19081908年荷兰物理学家昂内斯首年荷兰物理学家昂内斯首次成功地把称为永久气体的次成功地把称为永久气体的氦液化因而获得氦液化因而获得42k42k的低温源的低温源为超导准备了条件三年后即为超导准备了条件三年后即19119111年在测试纯金属电阻率的低温年在测试纯金属电阻率的低温特性时他又发现汞的直流电特性时他又发现汞的直流电阻在42k42k时突然消失多次精密时突然消失多次精密测量表明汞柱两端压降为零测量表明汞柱两端压降为零他认为这时汞进入了一种以零阻他认为这时汞进入了一种以零阻值为特征的新物态并称为超值为特征的新物态并称为超导态
超导材料及其应用
超导在加速器上的应用 不仅在过去的几十年不断有以超导 磁体为核心技术的超导加速器在建 造, 未来的加速器方案中仍将主要 采用超导技术方案, 超导技术在大 型粒子加速器建造中的核心地位仍 没有动摇。迄今为止液氦冷却的铌 及其合金仍是最好的选择, 但是基 于铌合金的超导磁体和基于高纯铌 的超导腔性能都已逼近其极限水平, 因此, 人们对于高温超导材料以及 最新发现的MgB2 超导体应用于粒
超导材料及其应用
2.3 铊系高温超导体(TBCCO) 铊系高温超导体是继钇系、铋系之后于
1988年发现的第三种高温超导体。目前已合 成出Tl 1212、Tl 1223、Tl 2212 和Tl 2223 四种超导相的粉末。近年来对TBCCO的研 究表明,用它们有望获得高Tc 的薄膜、多晶、 厚膜和带材。
具有完全抗磁性, 在车厢底部装备 的超导线圈,路轨 上沿途安放金属 环,就构成悬浮列 车。当列车启动 时,由于金属环切
割磁力线,将产生与超导磁场方向相反的感生磁场。根据同性相 斥原理,列车受到向上推力而悬浮。超导悬浮列车具有许多的优 点:由于它是悬浮于轨道上行驶,导轨与机车间不存在任何实际接 触,没有摩擦,时速可达几百公里；磁悬浮列车可靠性大,维修简便, 成本低,能源消耗仅是汽车的一半、飞机的四分之一；噪声小,时 速达300 公里/ 小时,噪声只有65 分贝;以电为动力,沿线不排放废 气,无污染,是一种绿色的交通工具。
超导材料及其应用
三 超导应用
1、超导电力设备 电力设备是超导技术应用的一个重要领域，主要利用
超导体可以无电阻传输大电流的特点。目前世界各国开发 的主要超导电力设备包括超导电缆、超导限流器、超导变 压器、超导电机和超导储能装置等。 1.1 超导电缆
超导电缆的发展经历了直流低温超导电缆、交流低温 超导电缆和交流高温超导电缆等几个发展过程,目前交流 高温超导电缆已经成为超导电缆研究的重点。超导电缆是 利用超导材料零电阻特性的新一代电力输电电缆。与常规 电缆相比，超导电缆具有损耗低、容量大、材料省、无污 染等优势。超导电缆的广泛应用，将降低输电损耗，改进 和提高电网的稳定性和安全性，节省土地资源，保护生态 环境。
超导材料及其应用
汞在液氦附近电阻变化行为
自1911年以后，又发现了23种纯金属也具有超导性。包 括水银在内，24种纯金属超导材料的临界温度范围为 0.1～9.13K，最高温度9.13K的是铌元素。
1952年，发现了临界温度为17K的硅化钒，不久又发现 了临界温度为18K的铌锡合金，这在当时是最高的临界温 度，以后又陆续发现了若干铌系列合金超导体。
1987年，中国科学家赵忠贤在钇-钡-铜-氧系材料上把临界 超导温度提高到90K以上，液氮的禁区（77K）也被突破了， 这使超导转变温度高于液氮的气化温度 ，使资源丰富、价 格低廉的液氮作为超导体工作的冷却剂成为可能。人们将 这类铜基氧化物超导体叫做高温超导体。为了与这类新发 现的高温超导体相区别，人们把在此以前发现的超导体称 为低温超导体。
1987年底，铊-钡-钙-铜-氧系材料又把临界超导温度的纪录 提高到125K。
1993年，人们发现了超导临界转变温度为133K的汞-钡-钙铜-氧系材料。
超导材料及其应用
超导材料及其应用
二 超导材料
2.1钇系高温超导体 钇系高温超导体是当前已知的四类高温
超导体中研究得最透彻的一种。目前已能 从多种商业渠道获得优质的Y123粉、块材 和薄膜。制备超导性能优异的粉末$高度致 密块材或薄膜的方法和工艺条件已相当成 熟。YBCO大约在92K显示出超导电性，并且 超导相的比例极高。Y123薄膜的磁通钉扎 性能甚佳。
超导材料及其应用
超导变压器 使用超导绕组制成的超导变压器可以大大地减小变压器的
体积和重量，并杜绝了传统变压器可能造成的油污染。由于超 导绕组具有较低的损耗，所以运行时也可减少能量损失。
超导储能装置 超导储能装置是利用超导线圈将电磁能直接储存起来，
需要时再将电磁能返回电网或其它负载的一种电力设施。由于 储能线圈由超导线绕制且维持在超导态，线圈中所储存的能量 几乎可以无损耗地永久储存下去直到需要释放时为止。超导储 能装置不仅可用于调节电力系统的峰谷或解决电网瞬间断电对 用电设备的影响，而且可用于降低甚至消除电网的低频功率振 荡从而改善电网的电压和频率特性，同时还可用于无功和功率 因数的调节以改善电力系统的稳定性。
2.4其它超导体 如汞系、镧系、Nb3Sn系及其它。
超导材料及其应用
NbTi超导棒材
NbTi/Cu多芯复合线
NbTi/Cu超多导材芯料及复其应合用 线
钇钡铜氧化物（ YBa2Cu3O7-x ) 超导体
超导材料及其应用
二硼化镁超导材料
---Robert F. Serverce.Science,295,786(2002).
流电阻在4.2K时突然消失，多次
精密测量表明，汞柱两端压降为
零，他认为这时汞进入了一种以
零阻值为特征的新物态，并称为
“超导态”。物质在超低温下失
去性电质阻称的为超导电性，具有这种性质的物质称为超导体，
超导体在电阻消失以前的状态称为常导状态，电阻消失
以后的状态称为超导状态。 这种特性称为超导材料的零
电阻性。
超导材料及其应用
超导材料及其应用
超导材料及其应用
08级应用物理
超导材料及其应用
· 超导简史 · 超导材料 · 超导应用
超导材料及其应用
一、超导简史
1908年，荷兰物理学家昂内斯首
次成功地把称为“永久气体”的
氦液化，因而获得4.2K 的低温源，
为超导准备了条件，三年后即
1911年，在测试纯金属电阻率的
低温特性时，他又发现，汞的直
超导材料及其应用
1.2 超导电机 超导电机包括发电
机和电动机。由于采用 了超导绕组，与常规电 机相比，能够承载更大 的电流从而产生更强的 磁场，所以在与常规电 机功率相同的情况下， 其体积和重量可以减小 到常规电机的1/5 左右。ຫໍສະໝຸດ 超导发电机，拥有两万千瓦的功率
超导材料及其应用
超导悬浮列车 由于超导体
1973 年，科学家发现了铌锗合金，其临界温度为23.2K， 该纪录保持了13年。
1986 年，IBM公司的研究人员米勒和贝德诺尔茨发现了一 种铜氧化物具有35K 的高温超导性，突破了传统“氧化物 陶瓷是绝缘体”的观念，更重要的是改变了从金属和合金 中寻找超导材料的传统思路 。
超导材料及其应用
1986 年底，美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料，其临 界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”被跨越。
超导材料及其应用
2.2 铋系高温超导体(BSCCO) 这是仅次于钇系研究得颇为透彻的高温超
导体。1988年初日本人用便宜的Bi2O3 代替 稀土，用锶、钙代替钡在BSCCO系中发现了 新的高温超导相。此后,美、日都宣布发现了 Tc=110Ｋ的超导体，经研究BSCCO共有 Bi2Sr2CaCu2O8(Bi2212) 和(Bi， Pb)2Sr2Ca2Cu3O10(Bi2223) 两个高温超导 相,前者的Tc约80Ｋ,后者为110Ｋ。BSCCO 粉具有极好的烧结特性和超导性能，目前已 商品化生产用于制造和开发铋系线材。
李海东08级应用物理超导应用一超导简史19081908年荷兰物理学家昂内斯首年荷兰物理学家昂内斯首次成功地把称为永久气体的次成功地把称为永久气体的氦液化因而获得氦液化因而获得42k42k的低温源的低温源为超导准备了条件三年后即为超导准备了条件三年后即19119111年在测试纯金属电阻率的低温年在测试纯金属电阻率的低温特性时他又发现汞的直流电特性时他又发现汞的直流电阻在42k42k时突然消失多次精密时突然消失多次精密测量表明汞柱两端压降为零测量表明汞柱两端压降为零他认为这时汞进入了一种以零阻他认为这时汞进入了一种以零阻值为特征的新物态并称为超值为特征的新物态并称为超导态
超导材料及其应用
超导在加速器上的应用 不仅在过去的几十年不断有以超导 磁体为核心技术的超导加速器在建 造, 未来的加速器方案中仍将主要 采用超导技术方案, 超导技术在大 型粒子加速器建造中的核心地位仍 没有动摇。迄今为止液氦冷却的铌 及其合金仍是最好的选择, 但是基 于铌合金的超导磁体和基于高纯铌 的超导腔性能都已逼近其极限水平, 因此, 人们对于高温超导材料以及 最新发现的MgB2 超导体应用于粒
超导材料及其应用
2.3 铊系高温超导体(TBCCO) 铊系高温超导体是继钇系、铋系之后于
1988年发现的第三种高温超导体。目前已合 成出Tl 1212、Tl 1223、Tl 2212 和Tl 2223 四种超导相的粉末。近年来对TBCCO的研 究表明,用它们有望获得高Tc 的薄膜、多晶、 厚膜和带材。
具有完全抗磁性, 在车厢底部装备 的超导线圈,路轨 上沿途安放金属 环,就构成悬浮列 车。当列车启动 时,由于金属环切
割磁力线,将产生与超导磁场方向相反的感生磁场。根据同性相 斥原理,列车受到向上推力而悬浮。超导悬浮列车具有许多的优 点:由于它是悬浮于轨道上行驶,导轨与机车间不存在任何实际接 触,没有摩擦,时速可达几百公里；磁悬浮列车可靠性大,维修简便, 成本低,能源消耗仅是汽车的一半、飞机的四分之一；噪声小,时 速达300 公里/ 小时,噪声只有65 分贝;以电为动力,沿线不排放废 气,无污染,是一种绿色的交通工具。
超导材料及其应用
三 超导应用
1、超导电力设备 电力设备是超导技术应用的一个重要领域，主要利用
超导体可以无电阻传输大电流的特点。目前世界各国开发 的主要超导电力设备包括超导电缆、超导限流器、超导变 压器、超导电机和超导储能装置等。 1.1 超导电缆
超导电缆的发展经历了直流低温超导电缆、交流低温 超导电缆和交流高温超导电缆等几个发展过程,目前交流 高温超导电缆已经成为超导电缆研究的重点。超导电缆是 利用超导材料零电阻特性的新一代电力输电电缆。与常规 电缆相比，超导电缆具有损耗低、容量大、材料省、无污 染等优势。超导电缆的广泛应用，将降低输电损耗，改进 和提高电网的稳定性和安全性，节省土地资源，保护生态 环境。
超导材料及其应用
汞在液氦附近电阻变化行为
自1911年以后，又发现了23种纯金属也具有超导性。包 括水银在内，24种纯金属超导材料的临界温度范围为 0.1～9.13K，最高温度9.13K的是铌元素。
1952年，发现了临界温度为17K的硅化钒，不久又发现 了临界温度为18K的铌锡合金，这在当时是最高的临界温 度，以后又陆续发现了若干铌系列合金超导体。
1987年，中国科学家赵忠贤在钇-钡-铜-氧系材料上把临界 超导温度提高到90K以上，液氮的禁区（77K）也被突破了， 这使超导转变温度高于液氮的气化温度 ，使资源丰富、价 格低廉的液氮作为超导体工作的冷却剂成为可能。人们将 这类铜基氧化物超导体叫做高温超导体。为了与这类新发 现的高温超导体相区别，人们把在此以前发现的超导体称 为低温超导体。
1987年底，铊-钡-钙-铜-氧系材料又把临界超导温度的纪录 提高到125K。
1993年，人们发现了超导临界转变温度为133K的汞-钡-钙铜-氧系材料。
超导材料及其应用
超导材料及其应用
二 超导材料
2.1钇系高温超导体 钇系高温超导体是当前已知的四类高温
超导体中研究得最透彻的一种。目前已能 从多种商业渠道获得优质的Y123粉、块材 和薄膜。制备超导性能优异的粉末$高度致 密块材或薄膜的方法和工艺条件已相当成 熟。YBCO大约在92K显示出超导电性，并且 超导相的比例极高。Y123薄膜的磁通钉扎 性能甚佳。
超导材料及其应用
超导变压器 使用超导绕组制成的超导变压器可以大大地减小变压器的
体积和重量，并杜绝了传统变压器可能造成的油污染。由于超 导绕组具有较低的损耗，所以运行时也可减少能量损失。
超导储能装置 超导储能装置是利用超导线圈将电磁能直接储存起来，
需要时再将电磁能返回电网或其它负载的一种电力设施。由于 储能线圈由超导线绕制且维持在超导态，线圈中所储存的能量 几乎可以无损耗地永久储存下去直到需要释放时为止。超导储 能装置不仅可用于调节电力系统的峰谷或解决电网瞬间断电对 用电设备的影响，而且可用于降低甚至消除电网的低频功率振 荡从而改善电网的电压和频率特性，同时还可用于无功和功率 因数的调节以改善电力系统的稳定性。
2.4其它超导体 如汞系、镧系、Nb3Sn系及其它。
超导材料及其应用
NbTi超导棒材
NbTi/Cu多芯复合线
NbTi/Cu超多导材芯料及复其应合用 线
钇钡铜氧化物（ YBa2Cu3O7-x ) 超导体
超导材料及其应用
二硼化镁超导材料
---Robert F. Serverce.Science,295,786(2002).
流电阻在4.2K时突然消失，多次
精密测量表明，汞柱两端压降为
零，他认为这时汞进入了一种以
零阻值为特征的新物态，并称为
“超导态”。物质在超低温下失
去性电质阻称的为超导电性，具有这种性质的物质称为超导体，
超导体在电阻消失以前的状态称为常导状态，电阻消失
以后的状态称为超导状态。 这种特性称为超导材料的零
电阻性。