超导体
超导体 概念
超导体概念
超导体是指在低温条件下，电阻消失或接近零的材料。
当超导体受到外加电流或磁场时，可以产生超导电流或磁通排斥效应。
超导体的概念最早由荷兰物理学家海克·卡末林领导的研究小
组于1911年发现，并在1957年由美国物理学家J. Bardeen、L. Cooper和R. Schrieffer提出了著名的BCS理论，解释了超导
现象的机制。
超导体的主要特征是具有零电阻和完全磁场排斥效应。
在超导态下，电子通过原子晶格的正空穴形成库珀对，而不是单个电子运动。
这种库珀对的形成使得电子能够无碰撞地通过晶格，从而消除了电阻。
超导体的临界温度是指材料变为超导体的临界温度，不同的超导体材料临界温度各不相同，有些超导体的临界温度可以达到几百摄氏度。
超导体的输运性质还包括完全的磁场屏蔽效应、零电阻传导和极低的能量损耗等优点，因此在许多领域有广泛的应用，如磁共振成像、电能传输、粒子加速器和磁悬浮列车等。
然而，超导体需要在极低温度下才能实现超导态，并且通常需要极低的温度和复杂的制备工艺，限制了其实际应用范围。
因此，研究人员一直致力于开发更高临界温度的超导体材料，以便实现更广泛的应用。
超导体的优点及应用
超导体的优点及应用超导体是一种在低温下能够表现出电阻为零的材料，具有许多优点和广泛的应用。
以下是对超导体的优点及应用的详细介绍：1.电阻为零：超导体在零下临界温度以下，电流通过时，能够表现出电阻为零的特性。
这意味着超导体可以传输电流而不会产生能量损失，节约能源损耗。
2.高电流密度：超导体在零阻态下可以传输高电流密度，大大优于传统金属导体。
这使得超导体在电力传输和能源存储方面具有重要应用。
3.强磁性：超导体在零阻态下能够承受很高的磁场，是最强大的永磁体。
利用超导体制成的超导磁体可以产生极高的磁场，用于医学成像、核磁共振等领域。
4.高频性能优良：超导体的高频性能优于传统材料，使其广泛应用于通信领域和微波器件。
5.高灵敏度：超导器件对外界的微小变化非常敏感，可以用于高灵敏度测量和传感器。
超导体的应用：1.能源传输：利用超导体的零电阻特性，可以大大减少电能转换的损耗。
超导电缆可以传输大量的电流，并且不会产生热量损耗，可用于高能粒子加速器、电力输电等领域。
2.能源存储：超导磁体可以用于能量的储存和释放。
储能装置利用超导体的零电阻特性和高电流密度，将能量存储在超导线圈中，并在需要时释放出来，用于调节电网稳定性和峰谷平衡。
3.磁共振成像：超导磁体可以产生非常强的恒定磁场，用于核磁共振成像（M R I）、磁共振成像（M R S）和核磁共振光谱仪（N M R）。
这些技术在医学诊断和科学研究中被广泛应用。
4.磁悬浮交通：超导体的磁场排斥性质可以应用于磁悬浮交通系统中，实现无摩擦悬浮、高速运输。
磁悬浮技术已经在一些城市的高铁项目中得到了应用。
5.加速器和粒子物理研究：超导磁体通常用于粒子加速器，用来产生强大的磁场，加速粒子以进行研究。
这是现代粒子物理学研究中必不可少的工具。
6.通信和微波器件：超导体的高频性能优良，用于制造微波滤波器、功率放大器等通信器件。
7.科学研究：超导体的独特性质使其成为科学研究中的重要工具。
例如，在凝聚态物理、超导物理、低温物理等领域中，用超导体来研究新的物理现象和性质。
超导体
二.超导体的特性
零电阻性： 零电阻性：超导材料处于超导态时电阻 为零，能够无损耗地传输电能。 超导现象是20世纪的重大发明之一。科 学家发现某物质在温度很低时，如铅在 7.20K（-265.95摄氏度）以下，电阻就 变成了零。 完全抗磁性： 完全抗磁性：超导材料处于超导态时， 只要外加磁场不超过一定值，磁力线不 能透入，超导材料内的磁场恒为零。
约瑟夫森效应： 约瑟夫森效应：两超导材料之间有一薄 绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连 接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流， 而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成 了超导体。 同位素效应： 同位素效应：超导体的临界温度Tc与其 同位素质量M有关。M越大，Tc越低， 这称为同位素效应。
3.超导体的前景
材料化学
成员： 聂军 张朝阳 齐顺城 桑伟华 帅猛
超导体
1.超导体概念 2.超导体理论 3.超导体应用
1．超导体概念
超导体定义：在足够低的温度和足够弱 的磁场下，其电阻率为零的物质。 超导态：超导体在超低温度下电阻为零 的状态。 正常态：当温度升高而电阻不为零的状 态。 超导体临界温度：材料从正常态转变为 超导态而电阻消失时的温度。
插曲（电阻的本质）
为什么电阻会为零？我们就得要知道电阻 的本质，是什么形成了电阻！ 电阻的来源：就金属而言金属正离子是 以某一固定位置为中心做热震动的，对 自由电子的流通具有阻碍作用。 （这就是为什么温度足够低时金属电阻为 零。个人猜想）
超导理论简介
BCS理论是以近自由电子模型为基础 是在电 理论是以近自由电子模型为基础,是在电 理论是以近自由电子模型为基础 子－声子作用很弱的前提下建立起来的理论。 声子作用很弱的前提下建立起来的理论。 BCS 理论 （BCS theory）是解释常规超导 理论[1] 体的超导电性的微观理论：某些金属在极低 超导电性的微观理论： 超导电性的微观理论 的温度下，其电阻会完全消失，电流可以在 其间无损耗的流动，这种现象称为超导。超 导现象于1911年发现，但直到1957年，美国 科学家巴丁、库珀和施里弗在《物理学评论》 提出BCS理论，其微观机理才得到一个令人 满意的解释。BCS理论把超导现象看作一种 宏观量子效应。它提出，金属中自旋和动量 相反的电子可以配对形成所谓“库珀对 库珀对”， 库珀对 库珀对在晶格当中可以无损耗的运动，形成 超导电流。 超导电流
超导体是什么
超导体是什么
超导体是一种在低温下能够以零电阻电流传输的材料。
当超导体被冷却至其临
界温度以下时，材料的电阻会突然消失，电流可以无阻碍地在其中流动。
这种特殊的电性质使得超导体在许多领域有着广泛的应用。
超导体的发现历程
超导现象最早于1911年被荷兰物理学家海克·卡梅林·奥姆斯发现。
他发现在
液态氦的温度下，汞的电阻突然消失，电流可以持续流过汞而不损失能量。
这一现象被后来的研究者称为超导现象，对于科学界来说是一次重大的突破。
超导体的分类
超导体可分为低温超导体和高温超导体两种。
低温超导体是指其临界温度较低，通常需要接近绝对零度才能展现超导性质，如铅、汞等金属；而高温超导体则是指其临界温度相对较高，甚至可以达到液氮温度以下，如YBCO、BiSrCaCuO等化合物。
超导体的应用领域
超导体在科学研究和工程领域有着广泛的应用。
在磁共振成像（MRI）、粒子
加速器、磁悬浮列车等领域，超导体的零电阻特性被广泛应用，能够提高系统的效率和性能。
此外，超导体还被用于制造高灵敏度的量子比特、超导量子干涉仪等高端科技产品。
超导体的未来发展
随着对超导体研究的深入，科学家们正在不断探索新的超导材料和机制。
希望
未来可以发现更高临界温度的超导体，以实现室温超导的梦想。
超导体的发展将为能源传输、电子器件、计算机科学等领域带来巨大的变革。
超导体的奇妙性质和广泛应用使其成为科学界的热点研究领域之一。
对超导体
的研究将为未来科技的发展和人类社会带来更多惊喜和挑战。
超导体
1911年2月，掌握了液氦和低温技术的卡末林·昂尼斯发现，在4.3K以下，铂的电阻保持为一常数，而不是 通过一极小值后再增大。因此卡末林·昂尼斯认为纯铂的电阻应在液氦温度下消失。为了验证这种猜想，卡末 林·昂尼斯选择了更容易提纯的汞作为实验对象。首先，卡末林·昂尼斯将汞冷却到零下40℃，使汞凝固成线状； 然后利用液氦将温度降低至4.2K附近，并在汞线两端施加电压；当温度稍低于4.2K时，汞的电阻突然消失，表现 出超导状态。
超导体已经进行了一系列试验性应用，并且开展了一定的军事、商业应用，在通信领域可以作为光子晶体的 缺陷材料。
背景
超导体的发现与低温研究密不可分。在18世纪，由于低温技术的限制，人们认为存在不能被液化的“永久气 体”，如氢气、氦气等。1898年，英国物理学家杜瓦制得液氢。1908年，荷兰莱顿大学莱顿低温实验室的卡末 林·昂内斯教授成功将最后一种“永久气体”——氦气液化，并通过降低液氦蒸汽压的方法，获得1.15~4.25K的 低温。 低温研究的突破，为超导体的发现奠定了基础。
BCS理论认为，金属中自旋和动量相反的电子可以配对形成库珀对，库珀对在晶格当中可以无损耗的运动， 形成超导电流。对于库珀对产生的原因，BCS理论做出了如下解释：电子在晶格中移动时会吸引邻近格点上的正 电荷，导致格点的局部畸变，形成一个局域的高正电荷区。这个局域的高正电荷区会吸引自旋相反的电子，和原 来的电子以一定的结合能相结合配对。在很低的温度下，这个结合能可能高于晶格原子振动的能量，这样，电子 对将不会和晶格发生能量交换，没有电阻，形成超导电流。
超导体的原理与应用
超导体的原理与应用超导体是一种具有特殊电学特性的材料，能够在低于某一临界温度时，呈现出零电阻和排斥磁场的现象。
由于其独特的物理特性，超导体在科学研究与应用领域中扮演着重要角色。
本文将从超导的基本原理入手，探讨其应用领域及未来的发展趋势。
超导体的基本原理超导现象的发现超导现象最早由荷兰物理学家海克·卡末林·昂尼斯于1911年发现。
他研究汞在低温下的电性时发现，当温度降到4.2K时，汞的电阻突然降为零。
此后，科学家们对超导体进行了更深入的研究，逐步揭示了此现象背后的物理机制。
迈斯纳效应当超导材料被置于外部磁场中时，它不仅能完全屏蔽内部的磁场，还能将外部磁场排斥出去，这一现象被称为迈斯纳效应。
迈斯纳效应是判断材料是否为超导体的重要指标之一。
它使得超导体具有抗磁性，这一特性在许多实际应用中非常有用。
配对模型解释超导现象的主要理论是BCS理论（巴丁-库珀-施里弗理论）。
该理论提出，在超导状态下，电子在晶格中相互作用形成称为库珀对的粒子对，这些对通过声子的机制而结合，从而导致材料表现出零电阻。
库珀对的不受散射地运动使得无法耗散电能，进而产生超导状态。
临界温度与材料类型每种超导材料都有一个临界温度（Tc），在此温度以下材料才能表现出超导特性。
根据临界温度的不同，超导材料可分为低温超导材料（如铅、汞）和高温超导材料（如钇钡铜氧化物）。
高温超导材料在相对较高的温度下即可实现超导状态，因此成为研究热点。
超导体的重要应用磁悬浮技术磁悬浮技术是利用超导体抗磁性原理的一种应用。
在磁悬浮列车中，列车底部装有超导材料，通过与轨道间的强磁场相互作用，使得列车悬浮在轨道上方，有效减少了摩擦力。
这样不仅提高了速度（可达500km/h以上），还降低了能量消耗，从而使得交通变得更加高效环保。
医疗成像设备超导体广泛运用于医学影像技术，其中最著名的是核磁共振成像（MRI）系统。
MRI设备利用高强度磁场和射频脉冲扫描人体内部结构。
超导体的温度
超导体的温度【原创实用版】目录一、什么是超导体二、超导体的分类三、超导体的应用四、超导转变温度的估算五、高温超导的概念与实际情况六、铁基超导体的突破正文一、什么是超导体超导体是一种特殊的材料，当它的温度降到某一数值时，会出现电阻突然变为零的现象。
这种现象叫做超导现象，这种物质叫做超导体，这个温度就是临界温度。
二、超导体的分类超导体可以根据临界温度的不同，分为低温超导体和高温超导体。
低温超导体的临界温度通常在 77K（-196℃）以下，而高温超导体的临界温度则在液氮的温度（77K）以上，通常高于 100K（-173℃）。
三、超导体的应用超导体的主要应用是制造超导电线。
由于超导体在超导状态下电阻为零，因此可以用来传输电能，减少能量损耗。
然而，由于临界温度较低，目前还没有广泛应用于实际生活中。
四、超导转变温度的估算超导转变温度的估算可以通过模拟计算得到的能带图来进行。
从能带图中可以找到三个能级数据，两两求差，绝对值最小值决定超导转变温度。
五、高温超导的概念与实际情况高温超导是指在液氮温度（77K）以上出现的超导现象。
虽然这个温度相对于室温仍然很低，但相比于低温超导体，高温超导的临界温度已经算是相当高了。
1987 年，美国华裔科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤相继在钇钡铜氧系材料上把临界超导温度提高到 90K 以上，突破了液氮的温度壁垒。
六、铁基超导体的突破铁基超导体是一类在室温下具有较高临界温度的超导体。
2008 年，日本科学家细野秀雄在 26K 的临界温度下发现一种铁基超导体。
随后，我国科学家陈仙辉课题组发现常压下铁基超导体的超导转变温度高达43K，突破了常规超导体 40K 的麦克米兰极限，并证明了铁基超导体是继铜氧化物高温超导体之后的第二个非常规高温超导体家族。
什么是超导体
什么是超导体
超导体是一类具有超凡特性的材料，它们可以用来制造极具潜力的新
型电子设备。
要了解超导体的用处，先来了解一些其基本定义和性质。
本文通过以下内容介绍超导体及其应用。
一、定义
超导体是一类低温下强磁性物质，其电导率能大大超过普通金属，以
及可进行电力传输时无损耗的物质。
由于它没有电阻性，所以当电流
穿过它时会出现非常强大的磁场，使它成为量子物理学中最有趣的物
质之一。
二、形成原理
超导体形成的原理大致可以概括为：在低温下利用费米子的二重性对
电子的多寡导致电子进化出新的物理性质。
由于费米子的二重性，电
子在其中不会分散，而是紧紧附着在一起，形成了量子一致性，然后
再继续流动，从而形成无损耗的超导电流。
三、特性
超导体有特殊的磁性特性，就是抵抗外部磁场，即使给它施加特别强
大的磁场，也不会对它产生任何影响，这叫做Meissner效应。
另外，
它也具有超传导性和超流动性，即没有电阻。
四、应用
超导体应用场景十分的广泛，目前主要应用于磁性共振成像（MRI）、脉冲磁共振成像（MRS）、核磁共振（NMR）、等离子体领域等等。
在未来，超导体将在高速计算领域和电能传输领域发挥更重要的作用。
总之，超导体具有它独特的性质，是科技领域一项非常具有潜力的材料。
深入了解超导体，能够发掘它们无穷的可能性，从而实现一系列
新奇的技术和设备。
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超导磁悬浮列车
日本东海旅客铁道株式会 社在山梨磁悬浮试验线 (总长42.8公里)进行了高 速运行试验，创造了载人 运行时速603公里的新纪 录。这个速度打破了2003 年创造的载人时速581公 里的记录，成为目前的世 界上最快的火车。
核磁共振-CT
利用高温超导体制成的线 圈可以通过极大地电流而 产生极强的磁场，可以比 一般磁铁高两个数量级， 检测的灵敏度取决于所加 磁场的大小，磁场越大， 共振讯号越强得到的图越 清晰从而提高早期诊断的 可能性。
超导输电 利用超导体的零电阻特性. 超导电缆： 1、无损耗地输电, 2、输电效率高 3、节约材料,避免铺设高 架电缆,降低输电成本. 4、能传输几十万兆瓦的功 率.它还能在较低的电压下, 传输强大的电流.
超导输电 2007年8月，中国科学院电 工研究所与河南中孚公司 合作，在中孚铝冶炼厂建 成360米长、电流达10kA的 高温直流超导电缆。2013 年投入示范运行。试验运 行表明，与同等容量的常 规输电电缆相比，该高温 超导电缆可节省输电损耗 约65%以上。
超导体的应用
核聚变反应堆“磁封闭体”
超导体超级计算机
超导陀螺仪
总结与展望
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1、超导技术应用前景非常广阔和诱人，但是真正可 以大规模使用的超导材料还没有出现。超导材料临界 转变温度Tc相对室温来说还是非常低，高温超导材料 制备工艺还不是很好。 2、但超导的发展前途是一片光明的，一旦超导体的 临界转变温度Tc可以提升到室温，那么超导技术必定 会导致一场新技术革命，根本上改变我们的生活和生 产方式。
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谢谢观看！
目录
超导现象的发现与发展历史
超导体特性 超导体应用
超导体的发现与发展历史
与超导体相关的诺贝尔奖
1、1913年，水银中发现超导现象以及低温的获得（荷兰 卡末林·昂内斯）
2、1972年，提出基于超导的微观理论，BCS理论（美国 巴丁、库珀、施里弗） 3、1973年，通过实验发现半导体中的“隧道效应”和超导物质（日本 江崎玲於 奈）；发现超导电流通过隧道阻挡层的约瑟夫森效应（英国 约瑟夫森）；提出与相变有关 的临界现象理论（美国 威尔逊） 4、1987年，在发现陶瓷材料中的超导电性所作的重大突破（德国 柏诺兹 瑞士 缪勒） 5、2003年，在超导体和超流体理论上作出的开创性贡献（俄罗斯和美国双重国籍 阿列克 谢·阿布里科索夫 俄罗斯 维塔利·金茨堡 英国和美国双重国籍 安东尼·莱格特）
超导体特性-迈斯纳效应
1933年迈斯纳在实验上发现，如果把处于 外加磁场中的正常体冷却到超导体时，磁 场分布发生了变化，已穿透到样品内部的 磁通将完全被排斥出来，其内部的磁感应 强度恒等于零。 产生迈斯纳效应的原因是：当超导体处于 超导态时，在磁场作用下，表面产生一个 无损耗感应电流。这个电流产生的磁场恰 恰与外加磁场大小相等、方向相反，因而 在深入超导区域总合成磁场为零。
超导体特性-迈斯纳效应
在一个浅平的锡盘中，放入一个 体积很小磁性很强的永久磁铁， 然后把温度降低，使锡出现超导 性。这时可以看到，小磁铁竟然 离开锡盘表面，飘然升起，与锡 盘保持一定距离后，便悬空不动 了。这是由于超导体的完全抗磁 性，使小磁铁的磁力线无法穿透 超导体，磁场发生畸变，便产生 了一个向上的浮力。
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超导体原理及其应用
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讲解：曾凡俐 材料收集和PPT制作：王曦群 李梦娟
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超导体的应用
超导输电 超导磁悬浮列车
核磁共振-CT
分为两大类: 一类是用于强电,用 超导体制成大尺度的超 导器件.如超导磁铁、电机、 电缆等,用于发电、输电、贮 能和交通运输等方面. 另一类是用于弱电,用超导体 制成小尺度的器件,如超导量 子干涉器件(简称SQVID)和制 成计算机的逻辑元件,用于精 密仪器仪表、计算机等方面.
超导体的发现与发展历史
1987年超导研究继续推向高潮，2月中旬华裔科学家朱经武和吴 茂昆获得转变温度为98K的超导体。几天后我国科学家赵忠贤研 究组宣布获得临界转变温度为100K的超导体。
超导体特性
零电阻现象
主 要 特 性
迈斯纳效应
超导体特性-零电阻现象 零电阻效应：指的是在 常温时是导体或半导体， 甚至是绝缘体，可是当 温度上升或者下降到某 一特定值Tc时，它的直 流电阻突然下降为零的 这一现象。
超导磁悬浮列车 与普通列车相比,磁悬浮列车 具有以下优点: 1、速度快. 2、乘坐平稳舒适,噪声低. 3、占地车上的电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互吸引产生 悬浮,属吸力悬浮系统,并主要应用于德国常导磁悬浮列车系列.(左图) 二、电力悬浮系统：将磁铁使用在运动的机车上以在导轨上产生感应电流,进而 产生电磁斥力以支撑和导向列车.属斥力悬浮系统,并主要应用于日本超导磁 悬浮列车系列.(右图)
超导体的发现与发展历史
1908年，荷兰物理学家卡末林.昂内斯首 次液化了氦气，最低温度可以达到4.2K左 右，这也为超导的发现提供了技术支持。 1911年，卡莫林.昂内斯在提纯水银作为 实验材料时候，发现水银在温度4.2K左右 出现超导电性，这是人类首次发现超导现 象。
超导体的发现与发展历史
在1973年至1986年13年间，不少理论 和实验上的科研工作者甚至一致认为 常规超导体的超导转化温度不可能超 过Tc=30K这个关口。 在1986年，德国科学家伯诺滋和穆勒 发现La-Ba-Cu-O化合物的超导转变温 度可以达到35K。