超导材料的研究进展综述

合集下载

超导材料的新材料研究进展

超导材料的新材料研究进展

超导材料的新材料研究进展随着科技的不断进步和社会的不断发展,人们对于新材料的需求也越来越大。

一种被广泛研究和应用的新材料便是超导材料。

超导材料的特殊物理性质被认为具有巨大的发展潜力,在能源、电子技术、交通运输等领域都有广泛的应用前景。

本文将就超导材料的新材料研究进展进行综述。

一、何为超导材料?超导材料简单来说就是在一定的温度和电压条件下,材料表现出自身完全没有电阻、完全抵抗外加电场和磁场的特性。

这个零电阻状态可以持续很长时间,而且一旦进入了这个状态,电流可以在其中无限地循环,在传输能量和信息的过程中具有极高的能量效率。

超导材料的这种异常电学性质不仅在科学研究上具有重要意义,同时也对新能源设备的研发具有广泛的应用前景。

二、超导材料新材料研究进展1、高温超导材料的发现最初,人们只知道在极低的温度下才能出现超导效应,甚至还需要用到液氮这类低温物质,加工成本巨大、应用范围有限。

随着科技的发展和材料研究的不断深入,人们终于在1986年前后通过多种手段,用高压、微量掺杂等方法,在更高的温度下发现了超导物质,这种新型的超导材料被人们称之为高温超导材料。

其中最著名的是晶体状的红色(即铁基)和黄色(即铜氧化物)超导体系。

这一新材料的发现震动了整个物理学界,并获得了两位科学家的诺贝尔物理学奖。

2、铜氧化物超导材料铜氧化物超导材料是一种非常著名的高温超导材料,它的超导临界温度远高于传统的低温超导材料。

起初以为发现了新的高温超导材料会改变世界的面貌,但是实际应用时发现铜氧化物超导材料有着很多难以完全克服的问题,包括磁场效应、材料成分不稳定性等方面,目前均还没有找到好的解决方法。

但是,近期蓝色铜氧超导体系的发现与研究表明,新型的氧化钙铜(CaCuO2)材料在临界温度上可以达到甚至超过了铜氧化物超导体系,已经受到了广泛关注。

3、超导器件的应用迄今为止,超导材料的主要应用还是在实验室里,但是随着材料研究的不断深入,文献中出现了很多关于超导材料应用的研究。

超导材料的研究进展

超导材料的研究进展

超导材料的研究进展引言自1911年荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯首次发现超导现象以来,超导材料一直是物理学和材料科学领域的研究热点。

超导材料具有零电阻和完全抗磁性(迈斯纳效应)的特性,使其在能源、交通、医疗等领域具有广泛的应用前景。

然而,目前已知的超导材料大多需要在极低的温度下才能表现出超导性,这限制了其实际应用。

因此,研究高温超导材料和室温超导材料成为了科学家们的重要目标。

高温超导材料的发现与研究1986年,德国科学家贝特诺茨和美国科学家缪勒发现了La-Ba-Cu-O体系的高温超导材料,引起了全球范围内的研究热潮。

此后,科学家们陆续发现了Y-Ba-Cu-O、Bi-Sr-Ca-Cu-O 等高温超导体系,其中Y-Ba-Cu-O体系的超导转变温度达到了93K,是迄今为止发现的最高的超导转变温度。

高温超导材料的研究主要集中在以下几个方面:一是探索新的高温超导体系,以提高超导转变温度;二是研究高温超导材料的微观机制,以揭示其超导本质;三是优化高温超导材料的制备工艺,以提高其性能和应用价值。

室温超导材料的研究进展室温超导材料是指在常温下就能表现出超导性的材料,这将极大地推动超导技术的广泛应用。

然而,目前尚未发现真正的室温超导材料。

近年来,一些研究表明,通过高压、掺杂等手段,有可能实现室温超导。

例如,2015年,美国科学家报告称,他们在H2S体系中观察到了接近室温的超导迹象。

此外,一些新型二维材料,如石墨烯、黑磷等,也被认为具有潜在的室温超导特性。

总结与展望总之,超导材料的研究取得了一系列重要成果,但仍然面临着许多挑战。

未来,随着实验技术的进步和理论模型的完善,我们有理由相信,高温超导材料和室温超导材料的研究将取得更大的突破,为人类社会带来更广阔的应用前景。

在这个过程中,科学家们需要继续努力,不断探索新的材料体系,揭示超导的本质,为实现超导技术的广泛应用奠定坚实的基础。

超导材料研究进展

超导材料研究进展

超导材料研究进展超导材料是一种具有极低电阻的材料,它们可以在超低温下(通常在液氦的温度以下)表现出这一特征。

这对于很多应用领域来说非常有意义,如电力输送、电力存储、医疗成像等。

因此,随着技术的不断发展,越来越多的研究人员开始致力于超导材料的研究。

第一部分:目前最先进的超导材料在目前已知的超导材料中,镁二硼、铁基超导体和铜基超导体都是比较先进的材料。

镁二硼是一种非常简单的超导材料,由镁和硼组成。

它的关键在于硼的原子级别的杂质,这可以导致电子形成成对状态。

铁基超导体是由铁磁性、旋转涨落和超导效应等因素共同发展而来的,它集合了三个世界级的物理学领域,分别是物理学、化学和材料科学。

铜基超导体则是目前最广泛研究的一种超导材料。

它常常采用氧化铜和其他金属元素组成的复杂结构。

第二部分:超导服务多种应用领域超导材料可以为很多应用领域带来更好的性能和更低的成本。

其中,最为重要的领域之一就是能源领域。

针对电力输送领域,超导电缆可以显著减少能源损耗。

另外,超导材料可以被用来制造更高性能的发电机和变压器。

在电力存储领域,超导电池可以比传统电池存储更多的电力,并且用更短的时间寻找每一个电荷。

在医疗成像领域,MRI(磁共振成像)已经成为了一种非常重要的工具。

超导线圈是MRI成像的核心组成部分,可以为成像提供高质量的图像和高灵敏的探测能力。

第三部分:超导材料的研究成果近年来,超导材料的研究进展取得了很多成果。

例如,瑞典的科学家们发现,当超导材料暴露在人工合成的纳米结构之中时,它们的性能显著提高。

这种过程称为纳米结构化改性,可以导致超导材料的超导性能提高10倍以上。

丹麦研究人员也研发了一种基于细胞色素C的能量最小化技术,来开发新型的超导材料制造技术。

这种技术能够仿佛自然界进化一样创造出更好的超导材料。

包括斯克里普斯研究所在内的其他机构,也不断投入更多的资源来研究超导材料的工作原理和制造技术,以让超导材料更好地服务于应用领域。

总结:虽然超导材料的研究一直在持续,但在解决制造上的复杂性和保持超导材料在高温下的性能方面仍有很多的挑战。

超导材料的研究进展及应用

超导材料的研究进展及应用

超导材料的研究进展及应用超导材料是近年来科学研究与技术应用领域备受的一种材料。

随着科技的不断进步,超导材料的研究已经取得了显著的进展,并且在能源传输、医疗设备、交通等多个领域展现出了广泛的应用前景。

自1911年发现超导现象以来,科学家们对超导材料的研究从未停止过。

在理论方面,量子力学、固体物理等领域的理论不断发展,为超导材料的研究提供了强有力的支持。

在实验室方面,从早期低温超导体到高温超导体,再到如今的新型超导材料,研究者们不断突破技术难题,推动超导材料的研发和应用。

当前,超导材料研究主要集中在新型材料的探索以及超导机制的研究。

在新型材料方面,科研人员不断发掘具有高超导电性能的新材料,以替代传统的低温超导体。

在超导机制方面,研究者们致力于深入研究超导材料的微观机制,包括电子配对、库珀对的形成等,以推动超导材料的进一步应用。

近年来,超导材料领域的研究取得了一系列突破性成果。

新型高温超导材料的不断涌现,如铜氧化物超导体、铁基超导体等,使得超导材料的性能得到了显著提升。

在应用领域方面,超导材料已经成功应用于磁共振成像(MRI)、粒子加速器、磁悬浮列车等多个领域,为社会带来了巨大的经济效益。

展望未来,超导材料的研究将继续深入。

在理论方面,随着对超导机制的深入理解,有望发现更多具有超导性质的新型材料。

在应用方面,随着超导技术的不断成熟,超导材料将在更多领域得到广泛应用,如电力传输、储能、电子设备等。

随着技术的不断发展,超导材料的制造成本也将逐渐降低,使得超导技术的广泛应用成为可能。

超导材料作为一种具有重要应用价值的新型材料,其研究进展及应用前景广阔。

随着科学技术的不断发展,相信在不久的将来,超导材料将在更多领域发挥重要作用,为人类社会的发展带来更多福祉。

高温超导材料是一种具有优异导电性能和零电阻的材料,它在能源、通信、医疗、科学研究等领域具有广泛的应用前景。

自1911年发现超导现象以来,对高温超导材料与技术的研究已取得了重大进展。

超导材料的研究进展综述

超导材料的研究进展综述

超导材料的研究进展综述【摘要】:对超导材料进行了基本的说明,介绍了其基本特性,综述了超导材料的发展,阐明了超导材料的应用和研究展望【关键词】:超导现象基本临界参量各向同性约瑟夫森效应发展历史应用及应用前景研究展望一、定义具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。

现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。

二、超导材料的特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。

如果用磁场在超导环中引发感生电流,这一电流可以毫不衰减地维持下去。

这种“持续电流”已多次在实验中观察到。

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。

当电流超过一定值后,绝缘层两侧出现电压U(也可加一电压U),同时,直流电流变成高频交流电,并向外辐射电磁波,其频率为,其中h为普朗克常数,e为电子电荷。

这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据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。

例如,原子量为199.55的汞同位素,它的Tc是4.18开,而原子量为203.4的汞同位素,Tc为4.146开。

三、基本临界参量临界温度外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度,以Tc表示。

Tc值因材料不同而异。

已测得超导材料的最低Tc是钨,为0.012K。

到1987年,临界温度最高值已提高到100K左右。

临界磁场使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度,以Hc表示。

Hc 与温度T 的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2],式中H0为0K时的临界磁场。

超导体技术进展综述

超导体技术进展综述

超导体技术进展综述近年来,超导体技术取得了显著的进展,被广泛应用于能源传输、电子传输和磁共振成像等领域。

超导体的特殊性质使其在电阻、磁场和传输速度等方面具备优势,因此一直被科学家们探索和研究。

本文将对超导体技术的发展历程和最新进展进行综述。

首先,我们回顾一下超导体技术的起源和基本原理。

超导体是指在低温条件下,电阻消失并且能够完全追踪斯格米性质的材料。

超导体的原理可以通过两个重要的概念来解释:电子对和传导电子的库珀对。

在低温下,电子会以一对一对地形成库珀对,这些电子对之间不会发生碰撞,从而减少了电阻。

这一概念的提出为超导体技术的发展奠定了基础。

随着科技的进步,超导体技术不断取得突破。

首先,超导体在能源传输领域有着巨大的潜力。

由于超导体的低电阻特性,它可以有效地减少电能的损耗,并提高电能传输的效率。

超导体电缆已经被用于大规模的电力输电线路,比如中国的南光北输工程。

该工程采用了大规模的超导体电缆,将电能从西部的水力发电站输送到东部城市。

这一技术的应用使得电能传输的损耗大大减少,为能源的可持续发展做出了贡献。

其次,超导体在电子传输领域也取得了重要进展。

传统的电子器件在传输信号时会产生热耗散和信号衰减等问题,而超导体的零电阻特性可以有效地解决这些问题。

因此,超导体被广泛应用于高性能计算机、量子计算和通信系统等领域。

例如,IBM研究院已经成功地将超导体应用于量子计算机的传输线路,大大提高了量子计算的稳定性和可扩展性。

这一技术的突破为量子计算机的商业化应用提供了可能。

此外,超导体在磁共振成像领域也有着重要应用。

磁共振成像是一种非侵入性的医学成像技术,可以获得人体内部的高分辨率图像。

然而,磁共振成像需要强大的磁场来产生图像,而超导体的高磁场强度和低电阻特性使其成为理想的磁体材料。

现代的磁共振成像仪器都采用超导体磁体,可以提供更高的磁场强度和更精确的成像,从而提高了医学成像的质量和精度。

最近,超导体技术在新能源领域也取得了良好的进展。

新型超导材料的研究进展及其应用

新型超导材料的研究进展及其应用

新型超导材料的研究进展及其应用随着科技的不断进步,新型超导材料逐渐成为人们关注的焦点。

超导是一种具有物理特性的材料,它可以通过低温等特殊条件来实现无电阻电流输送。

这一特性使得超导材料在电力输送、医学成像、磁浮交通等方面具有巨大的应用前景。

而最新的超导材料研究进展,则为人们带来了无限的可能性和挑战。

一、新型超导材料的研究现状目前,超导材料的研究主要集中在高温超导体上。

高温超导体是指其超导转变温度高于液氮沸点(77K),常见的有YBaCuO、BiSrCaCuO等。

而低温超导体则是指其超导转变温度低于液氮沸点,工作温度需要使用液氦等更低温度的物质来实现超导。

但高温超导体的研究除了发掘新的物质外,更多的是在于提高其超导性能和解决其应用中遇到的问题,比如温度应力、制备难度等。

近年来,人们发现了一些新型超导材料,如铁系超导体、cuprate、碳系超导体等。

其中铁基超导体是当前研究热点,因其具有中等温度超导转变温度,而且制备工艺相对较简单。

二、新型超导材料的应用前景超导材料的应用前景巨大,涉及到许多领域。

在电力输送方面,利用超导材料可以大大降低电阻,提高电能利用效率,实现传输大功率电能的目的。

在交通运输方面,利用磁浮技术可以实现高速列车的运行。

通过磁悬浮的方式,车辆可以处于极低的摩擦状态,实现高速平稳运行。

而超导材料就是磁悬浮技术的核心,通过制备高性能的超导体,可以进一步提高磁悬浮列车的运行效率和安全性。

在医学成像方面,利用超导材料可以实现核磁共振成像技术(NMR)。

该技术可用于医学成像、分子、化学及材料科学等领域的研究。

采用超导体制作强大的磁场,将人体或物体置于其中,磁共振信号将得以捕捉到,从而实现相应的成像。

三、新型超导材料的发展挑战尽管新型超导材料的研究为超导技术应用带来了新的可能性,但同时也带来了许多挑战。

首先,新型超导材料的制备难度较大,在工艺上存在着技术难题。

另外,新型超导材料的应用过程中还存在一系列问题,比如超导体的稳定性、制备成本等问题。

新材料科学:超导体的研究进展

新材料科学:超导体的研究进展

新材料科学:超导体的研究进展超导体是一种在低温下表现出无电阻和完全抗磁性的材料,具有巨大的应用潜力。

自从超导现象首次被发现以来,科学家们一直在不断探索新的超导体材料,以期望找到更高温度下的超导体,从而推动超导体在能源传输、磁共振成像、电子器件等领域的广泛应用。

本文将介绍超导体的基本原理、传统超导体和高温超导体的研究进展,以及未来的发展方向。

超导体的基本原理是指在超导态下,材料的电阻突然消失,内部磁场被完全排斥,这是由于超导体中的电子形成了配对,使得电子之间没有散射,从而导致电阻为零。

超导体的临界温度是指材料转变为超导态所需的临界温度,通常情况下,超导体需要在极低的温度下才能表现出超导性,这也是超导体应用受限的主要原因之一。

传统超导体是指在液氦温度以下(临界温度一般在4K左右)表现出超导性的材料,如铅、铌等。

这些传统超导体虽然在实验室中已经取得了很多成功,但是由于其需要极低的温度才能实现超导,限制了其在实际应用中的推广。

因此,科学家们开始寻找更高温度下的超导体,即高温超导体。

高温超导体是指在液氮温度以下(临界温度在77K以上)表现出超导性的材料,如YBCO、Bi-2212等。

相比传统超导体,高温超导体具有更高的临界温度,使得其在液氮温度下就能实现超导,这大大降低了制冷成本,提高了超导体的实用性。

目前,高温超导体已经在磁共振成像、超导电缆等领域得到了广泛应用。

近年来,随着材料科学的发展,科学家们不断探索新的超导体材料,希望找到更高临界温度的超导体,甚至在室温下实现超导。

一些铁基超导体和镁铝硅等新型材料被发现具有潜在的超导性,这为超导体的研究开辟了新的方向。

此外,人工合成超导体、纳米结构超导体等也成为当前研究的热点,这些新材料的出现为超导体的发展带来了新的希望。

未来,超导体的研究方向将主要集中在提高临界温度、提高超导体的制备工艺、探索新型超导体材料等方面。

随着材料科学和凝聚态物理学的不断发展,相信超导体在能源、电子、医疗等领域的应用将会更加广泛,为人类社会的发展带来新的机遇和挑战。

超导材料的研究进展及应用

超导材料的研究进展及应用

超导材料的研究进展及应用1 超导材料的概念和特性超导材料是指在一定温度下,电阻为0,同时具有完美的磁场屏蔽效应和超导电流效应的材料。

这一材料的特性让它在电力、电子、能源等领域具有广泛的应用前景。

目前已经发现的超导材料种类繁多,包括低温超导体、高温超导体、铁基超导体、碳基超导体等,其中高温超导体的研究较为活跃,且已有更多重要的应用。

2 超导材料的研究进展近年来,超导材料的研究方向主要集中于提升其临界温度和屏蔽效应,以实现在更广泛的温度、磁场条件下的超导性能。

一些研究采用复合理论,尝试设计出低维组装,以增强超导性能;同时,也有研究尝试通过化学成分的改变,进一步优化超导材料的性能。

除了理论研究,人们的工程实践也推动了超导材料的广泛应用。

超导材料在磁共振成像、磁悬浮列车、电力输电等领域均有广泛的应用。

例如,悬浮列车利用超导体的磁场排斥效应,将列车浮动在轨道上,大幅度提高了列车的速度和乘坐的安全性能。

此外,超导材料还可以用于构建高能粒子激光器、强磁场环境下的粒子加速器等领域,在科学研究及相关产业领域有着广泛的应用。

3 前景与挑战从目前的研究来看,超导材料的发展具有良好的前景,但同时也存在一定的挑战。

目前,虽然已开发了一系列高温超导材料,但其中的临界温度仍然相对较低。

此外,超导材料的制备难度大,设备复杂,因此它的实际应用受到一定的限制。

此外,在超导体当中,氧元素等杂质常常会影响到超导体的性能和稳定性,这也是需要重点攻克的技术难题。

综上所述,超导材料的研究在理论和实践方面都面临着一些挑战,但是基于超导材料的广阔应用前景,人们将继续投入到这一领域的研究中,期望开发出更加完美、更加优秀的超导材料,优化其性能、成本并拓展其应用领域。

超导材料的研究进展和应用前景

超导材料的研究进展和应用前景

超导材料的研究进展和应用前景超导材料是一种在低温下电阻几乎消失的材料,被广泛应用于电力传输、磁共振成像、磁悬浮列车等领域。

近年来,随着科技的不断发展,对超导材料的研究也取得了长足的进展,同时也展现出了广阔的应用前景。

1. 超导材料的基本原理超导是指某些材料在低温下表现出电阻为零的特性。

这是由于在这些材料中,电子形成了一种称为“库伦对”的粒子,它们能够以无损耗地传递电能。

这种特性使得超导材料在电能传输领域具有巨大的潜力。

2. 低温超导材料的发现早在1911年,荷兰物理学家海克·卡末琳发现了第一种超导材料,这项发现也奠定了超导研究的基础。

然而,当时的超导材料需要非常低的温度才能表现出超导特性,这限制了其实际应用的范围。

直到1986年,高温超导材料的发现彻底改变了这一局面。

高温超导材料不需要极低的温度就能表现出超导特性,大大提高了超导材料的应用范围。

3. 高温超导材料的研究进展高温超导材料的发现引发了对于超导机制的深入研究。

科学家们通过分析研究不同材料的晶体结构和电子能带结构,成功发现了多种高温超导材料,并提出了描述其超导行为的理论模型。

此外,研究人员还通过控制材料的化学成分和晶体结构,进一步提高了高温超导材料的临界温度和超导电流密度。

4. 超导材料在电力传输领域的应用超导材料在电力传输领域具有巨大的潜力。

由于电能在超导材料中可以无损耗地传输,使用超导材料来建设输电线路可以极大地提高电网的传输效率。

此外,超导磁体也可以用于制造高功率的电力设备,如电动机和发电机,使其更加紧凑和高效。

5. 超导材料在磁共振成像领域的应用磁共振成像是一种常用的无创检测技术。

由于超导材料具有极强的抗磁性,可以产生极强的磁场,因此被广泛应用于磁共振成像设备中。

超导磁体可以提供稳定且强大的磁场,使得磁共振成像在临床和科研领域得到了广泛的应用。

6. 超导材料在磁悬浮列车领域的应用磁悬浮列车是一种利用超导材料的磁浮技术实现悬浮的列车。

高温超导材料的研究进展

高温超导材料的研究进展

高温超导材料的研究进展近年来,高温超导材料一直是物理学和材料科学领域的研究热点之一。

高温超导材料具有较高的临界温度和较大的超导电流密度,为实现高效能低耗电子器件提供了新的可能。

本文将着重介绍高温超导材料的研究进展,以及其在能源传输、磁悬浮等方面的应用。

一、高温超导材料的发现与研究历程1986年底,著名物理学家庄惟敦等人在研究氧化铜化合物时意外发现了第一个高温超导材料,即氧化铜铯钾铋钡钙镧铜(YBCO)。

该材料的临界温度达到了约92K,远高于此前已知的超导材料的临界温度,震惊了整个科学界。

随后的研究发现,除YBCO外,还有许多其他化合物也具有较高的临界温度,如钇钡铜氧(YBCO)和碳化镨镁二铁(MgFe2C3)等。

二、高温超导材料的特点和研究方法高温超导材料的独特之处在于其超导转变温度高、超导电流密度大。

这使得高温超导材料在能源传输、电力输配、激光加工等领域具有广阔的应用前景。

研究高温超导材料的途径主要包括理论模拟和实验研究两方面。

理论模拟通过计算和模拟的方法,揭示了高温超导材料的超导性质和机制。

实验研究则主要通过制备样品,测量其超导性能等,以了解材料的发展趋势。

三、高温超导材料的应用前景高温超导材料具有广泛的应用前景。

其中最重要的应用之一是能源传输领域。

由于高温超导材料具有较高的电流密度,可以有效提高超导电缆的传输效率,降低输电过程中的能量损耗。

此外,在电力输配和激光加工方面,高温超导材料的高临界温度和超导电流密度也为实现高效率的电力输配和精密的激光加工提供了技术支持。

四、高温超导材料的发展前景尽管高温超导材料已经取得了重要的突破,但仍存在许多挑战和问题需要解决。

首先,高温超导材料的制备工艺不断完善,但仍面临制备难度大、制备成本高等问题。

其次,高温超导材料的超导机制和物理性质还不完全清楚,需要进一步深入研究。

此外,高温超导材料的稳定性等方面的问题也需要解决。

近年来,随着材料科学和物理学等领域的不断深入研究,高温超导材料的研究也取得了重要的进展。

超导材料实验技术的研究进展与关键问题解决

超导材料实验技术的研究进展与关键问题解决

超导材料实验技术的研究进展与关键问题解决引言:超导材料是一种在低温下具有零电阻和完全磁通排斥的材料。

超导材料的实验研究对于现代科学技术的发展具有重要意义。

本文将介绍超导材料实验技术的研究进展,并探讨其中的关键问题和解决方案。

第一部分:超导材料的研究进展在超导材料的研究中,有两个重要的方面:高温超导和新型材料开发。

高温超导的出现使得超导材料的应用范围得到了极大的扩展。

在过去,超导材料只能在极低温下才能实现超导。

但是,1986年,由高温超导材料的发现开启了新的篇章。

高温超导材料指的是临界温度在液氮沸点以上的材料,这大大降低了超导材料的制冷要求,增加了超导材料的应用潜力。

另一个重要的方面是新型超导材料的开发。

除了传统的低温超导材料,近年来,研究人员还发现了一些新型超导材料,比如铜基和铁基超导材料。

这些新材料在超导温度和应用领域上都有不同的特点。

例如,铁基超导材料的临界温度相对较高,但是其磁场容限较低,而铜基超导材料的磁场容限相对较高,但是临界温度较低。

这些新型超导材料的发现极大地推动了超导材料领域的研究和应用。

第二部分:超导材料实验技术的关键问题超导材料的实验研究面临着许多关键问题,其中包括制备、表征和应用等方面。

首先,超导材料的制备是一个关键问题。

超导材料的制备需要严格的工艺条件,并且需要对材料的成分和结构进行精确的控制。

例如,对于高温超导材料,制备过程中需要确保材料内部的化学组成均匀,避免材料中出现不稳定的晶相或缺陷。

制备过程中的温度、压力和气氛等因素都对超导材料的性能有重要影响。

其次,超导材料的表征也是一个重要的问题。

超导材料的表征需要使用多种技术手段进行,如X射线衍射、扫描电子显微镜、电学测量等。

这些技术手段可以帮助研究人员了解材料的结构、成分和性能等方面的信息,从而指导超导材料的合成和优化。

最后,超导材料的应用是超导材料实验研究的最终目标。

然而,由于超导材料实验技术的限制,目前超导材料的应用主要集中在能源领域,如超导电缆和磁体等。

超导材料研究进展与应用

超导材料研究进展与应用

超导材料研究进展与应用超导材料指的是在低温下电阻变为零的材料,以其独特的超导特性而备受关注。

超导材料的发现,不仅推动了物理学、化学等学科领域中的理论发展,也具有广泛的应用前景。

本文将介绍超导材料的发展历程、现状、研究进展以及在各个领域中的应用。

一、历史与现状超导现象在1911年被荷兰物理学家卡鲁斯·恩斯特发现,他使用液氦将汞的温度降至4.2K以下时,汞的电阻突然降到零。

此后,人们陆续发现了一些其他物质表现出类似的超导性质。

然而,在此之前的超导材料的工作温度全部都低于4K,并且需要使用液氦作为冷却介质。

这一限制严重限制了超导材料的应用范围。

直到1986年,高温超导材料的发现改变了这一现状。

这类材料的工作温度远高于液氦的沸点,使得液氮就可以作为冷却介质,大大降低了制造、运行成本,同时也促进了超导材料的应用研究。

目前,高温超导材料已经发现数百种,其中最具代表性的是铜氧化物陶瓷材料。

这类材料以其高温高场超导性能,成为了当前研究和应用的重点。

二、研究进展超导材料的研究进展主要集中在提高工作温度、提高超导电流密度和研发新型超导材料三个方向。

在提高工作温度方面,过去的超导材料需要在极低温度下才能表现出超导性,这极大地限制了其应用范围。

目前的高温超导材料可以在液氮温度下实现超导,但仍无法达到实际应用的需要。

因此,提高工作温度成为了当前研究的热点。

研究人员通过调整材料结构和组分,以及改进加工工艺等手段,已经取得了一系列的成功。

提高超导电流密度也是研究的重要方向。

超导电流密度是超导材料应用能否实现关键因素之一,直接影响超导体的制作和利用。

目前,提高超导电流密度的主要方法有两种:一种是制备新型高温超导材料,如基于铁基物质、石墨烯纳米和氧化物界面等的新型超导体;另一种是针对已有的高温超导材料进行改进,如加入强有力的钛化合物微粉等。

在发展新型超导材料方面,还有一些研究方向,如光子晶体超导材料、拓扑超导材料等。

三、应用领域除了在研究基础理论和制备新型材料方面,超导材料还具有广泛的应用前景。

超导材料的研究进展

超导材料的研究进展

超导材料的研究进展超导材料是一种在低温下表现出完全零电阻和完全抗磁性的材料,具有巨大的应用潜力。

自从超导现象首次被发现以来,科学家们对超导材料进行了深入研究,取得了许多重要进展。

本文将介绍超导材料的基本原理、发展历程以及最新的研究进展。

一、超导材料的基本原理超导现象最早是由荷兰物理学家海克·卡梅林霍斯于1911年在汞中观察到的。

当物质被冷却到临界温度以下时,电阻突然消失,电流可以无阻力地在其中流动。

这种现象被称为超导现象,对应的材料被称为超导体。

超导现象的出现是由于超导体中的电子形成了库珑对,通过库仑相互作用形成了电子对,这些电子对可以在不受阻碍地通过材料。

超导材料的超导临界温度是一个重要的参数,它决定了材料在何种温度下可以表现出超导性。

目前,已经发现了许多高温超导材料,其超导临界温度可以达到液氮温度以下,这为超导技术的应用提供了更广阔的空间。

二、超导材料的发展历程自从超导现象被发现以来,科学家们对超导材料进行了持续的研究。

最早的超导材料是金属铅和汞,它们的超导临界温度非常低,只有几个开尔文。

随着研究的深入,人们发现了更多的超导材料,包括氧化物、铜基化合物等。

这些新型超导材料的超导临界温度更高,为超导技术的应用带来了新的希望。

在20世纪80年代,科学家们发现了第一批高温超导材料,它们的超导临界温度可以达到液氮温度以下。

这一突破引起了全球科学界的轰动,被认为是超导材料领域的一次重大突破。

随后,人们又陆续发现了许多高温超导材料,为超导技术的商业化应用奠定了基础。

三、超导材料的最新研究进展近年来,超导材料领域取得了许多重要的研究进展。

一方面,科学家们不断发现新的高温超导材料,其超导临界温度不断提高,为超导技术的应用提供了更多可能性。

另一方面,研究者们还在探索新型超导材料的物理机制,试图揭示高温超导现象背后的奥秘。

除了高温超导材料,低温超导材料领域也在不断取得进展。

科学家们通过合成新的材料、优化材料结构等手段,提高了低温超导材料的性能,为超导技术的发展注入了新的活力。

材料化学中的超导材料研究进展

材料化学中的超导材料研究进展

材料化学中的超导材料研究进展超导材料一直以来都是材料化学领域中备受关注的研究方向。

超导材料具有极低的电阻和磁场排斥效应,能够在极低温下表现出完美的电导特性。

这种特性使得超导材料在电力输送、磁共振成像等领域具有广泛的应用前景。

本文将介绍近年来材料化学中超导材料研究的一些重要进展。

首先,高温超导材料的研究一直是超导领域的热点。

在1986年,康普顿等人首次发现了一种能在液氮温度下实现超导的材料,即铜氧化物超导体。

这一发现引起了全球科学家的广泛关注,并推动了高温超导材料的研究。

随后的几十年中,科学家们不断发现了许多新型的高温超导材料,如铁基超导体和镍基超导体。

这些新型超导材料的发现为超导技术的应用提供了更多的可能性。

其次,材料化学在超导材料研究中的作用日益凸显。

材料化学家通过合成和调控材料的结构和组成,成功地提高了超导材料的临界温度和超导电流密度。

例如,通过掺杂、合金化和纳米结构调控等手段,科学家们成功地将铁基超导材料的临界温度提高到了较高的水平。

此外,材料化学家还通过改变超导材料的晶体结构和界面性质,提高了超导材料的性能稳定性和耐磁场能力。

这些研究成果为超导材料的应用提供了更加坚实的基础。

此外,超导材料的应用也在不断拓展。

超导材料在电力输送方面具有巨大的潜力。

传统的电力输送系统存在能量损耗和电阻损耗,而超导材料的零电阻特性可以大大提高输电效率。

目前,科学家们已经成功地实现了超导电力输送的实验室测试,并在一些特定场合进行了实际应用。

此外,超导材料还可以应用于磁共振成像、电感耦合等领域。

这些应用对于提高医学诊断和通信技术的性能具有重要意义。

然而,超导材料的研究仍然面临一些挑战。

首先,超导材料的制备和合成仍然比较复杂,成本较高。

这限制了超导材料的商业化应用。

其次,超导材料在高温和高磁场下的性能稳定性还需要进一步提高。

目前,科学家们正在开展相关研究,希望通过材料设计和合成技术的改进,解决这些问题。

总之,材料化学在超导材料研究中发挥着重要的作用。

超导材料的研究进展

超导材料的研究进展

超导材料的研究进展超导材料是一种在低温下电阻消失的材料,具有极高的电导率和磁场排斥性。

自从于1911年首次发现超导现象以来,人们对超导材料的研究兴趣日益高涨。

超导材料的应用潜力广阔,包括能源传输、磁悬浮和量子计算等领域。

本文将介绍目前关于超导材料的研究进展。

首先,磁体超导材料是超导应用的重要组成部分之一。

它们被广泛用于磁共振成像 (MRI)、核磁共振 (NMR)和粒子加速器等设备中。

磁体超导材料的研究重点在于提高材料的临界温度和电流密度。

目前,常用的磁体超导材料有铜氧化物和铁基超导材料。

铜氧化物超导材料因其较高的临界温度而备受瞩目,然而其制备过程复杂,限制了其应用范围。

近年来,铁基超导材料因其较高的临界温度和较简单的制备工艺而受到广泛关注。

通过调节铁基超导材料的晶格结构和掺杂不同的元素,研究人员已经取得了显著的进展。

其次,超导材料在能源传输方面有着巨大的潜力。

传统的能源传输方式存在能量损耗较大的问题,而超导材料的应用可以大大减小能量损耗。

目前,超导材料已经成功应用于超导电力电缆和超导变压器等设备中。

超导电力电缆可以将电能损耗降低到接近零,提高电力传输效率。

超导变压器则可以减小电力设备的体积和重量,提高设备的运行效率。

虽然超导材料的应用仍面临一些技术难题,例如材料的稳定性和成本控制,但通过持续的研究和技术创新,这些问题有望逐渐得到解决。

另外,超导材料在磁悬浮技术方面有着广泛的应用。

磁悬浮技术可以实现物体悬浮在磁场中,并可以实现高速运动。

超导材料的磁场排斥性可以用于制造磁悬浮列车和磁悬浮轴承等设备。

磁悬浮列车以其高速和低能耗的特点受到广泛关注。

在日本和中国等国家,已经建成了一些磁悬浮列车的示范系统。

超导材料的研究进展可以进一步提高磁悬浮技术的性能和可靠性,推动其在交通领域的应用。

最后,超导材料在量子计算领域也具有重要的应用价值。

量子计算是一种新兴的计算模式,利用量子比特的叠加和纠缠特性,可以实现比经典计算机更快速和更强大的计算能力。

室温超导材料的研究进展

室温超导材料的研究进展

室温超导材料的研究进展近年来,室温超导材料一直是科学界和工业界的研究热点之一。

传统的超导材料需要极低的温度才能达到超导状态,这在实际应用中存在很大的限制。

因此,室温超导材料的出现将极大地推动了超导技术的发展。

本文将介绍室温超导材料的研究进展以及未来的应用前景。

一、先前的研究历程1.1 传统超导材料的发展超导材料的研究可以追溯到1911年荷兰科学家海克·卡末林和希基尔·昂内斯发现铅在低温下表现出超导性。

此后,科学家们不断探索和研究各种传统超导材料,如铜氧化物、钇钡铜氧化物等。

然而,由于这些材料要求极低的温度才能达到超导状态,限制了它们在实际应用中的应用。

1.2 室温超导材料的诞生直到2020年,超导材料的界限被打破,瑞士苏黎世联邦理工学院的科学家们成功合成了首个室温超导材料,即氢化硫铱(H3S)。

通过施加高压条件,H3S展现出了超导转变温度高达203K的特性。

这一重大突破引发了全球科学界的广泛关注,人们开始对室温超导材料的研究抱有更高的期望。

二、2.1 氢化硫铱(H3S)的研究在H3S的研究中,科学家们发现高压对于实现室温超导材料是至关重要的。

H3S在极高压下能够达到超导状态,但由于其高压和不稳定的性质,应用上仍面临一定的困难。

因此,研究人员正在寻找其他更稳定的物质来实现室温超导。

2.2 锂化氢的潜力除了H3S,研究人员还发现锂化氢(LiH)在高压下也可能表现出超导性。

LiH具有较高的超导转变温度,但需要更大的压力才能实现。

然而,与H3S相比,LiH在实验条件下更加稳定,因此有望成为室温超导材料的候选物。

2.3 二维材料的应用除了传统的三维材料,研究人员还开始研究二维材料在超导方面的应用。

石墨烯等单层材料的研究表明,通过对其进行定向控制和调控,可以实现超导性质。

这为开发新型室温超导材料提供了新的思路和途径。

三、室温超导材料的应用前景随着室温超导材料的研究进展,其应用前景变得更加广阔。

新材料科学:超导体的研究进展

新材料科学:超导体的研究进展

新材料科学:超导体的研究进展近年来,新材料科学领域的发展迅猛,其中超导体材料作为备受瞩目的研究方向,不断取得令人振奋的进展。

超导体具有极低的电阻、巨大的电流密度和穿透性,被广泛应用于医学成像、磁悬浮列车、电力输送等领域。

本文将介绍超导体的基本原理、各种类型的超导体及其研究进展。

超导体的基本原理超导体是一种在特定温度下,电阻突然消失并展现出磁场排斥效应的材料。

这种特殊现象可以通过“迈斯纳效应”和“BCS理论”来解释,即在超导态下,电子以库珀对的形式结合,形成了配对运动。

这样的电子对能够自由地穿越材料而不受到阻碍,导致电阻为零的状态。

不同类型的超导体传统超导体传统超导体一般需要极低的温度才能展现超导性,如液氦温度以下。

代表性材料包括铅、汞等。

虽然传统超导体的工作温度较低,但其独特性能仍然在特定领域有着广泛的应用。

高温超导体高温超导体是指能在较高温度(液氮温度以上)下表现超导性的材料。

最具代表性的是氧化铜基超导体,其临界温度达到液氮温度,使得应用范围大幅度拓展。

高温超导体的研究一直是学者们的热点领域,解决了传统超导体所面临的低温度限制问题。

铁基超导体铁基超导体是近年来发现的新型超导体,具有复杂的结构和多样的超导性质。

铁基超导体的研究为超导体领域带来了新的突破和发展机遇,也引发了学术界对超导机理的深入探讨。

超导体的研究进展随着科技的不断进步,超导体材料的研究也日新月异。

科学家们通过探索新的化学成分、调控微观结构、设计复合材料等方法,使得超导体的临界温度不断提高,性能不断优化。

超导体在量子计算、超导量子干涉仪器等领域的应用也日益广泛,为人类社会带来了巨大的科学和技术进步。

超导体作为新材料科学领域的重要研究方向,其研究进展令人振奋。

从传统超导体到高温超导体再到铁基超导体,超导体材料的类型不断丰富,性能不断提升。

未来,随着更多新材料的发现和应用,超导体必将在能源传输、医学影像等领域展现出更广阔的前景。

在新材料科学的道路上,超导体以其独特的性能和广阔的应用前景,持续引领着科学家们探索的方向。

超导材料的量子特性与应用研究进展

超导材料的量子特性与应用研究进展

超导材料的量子特性与应用研究进展在现代科学的广袤领域中,超导材料无疑是一颗璀璨的明珠。

它们所展现出的独特量子特性,以及在众多领域的广泛应用前景,正引领着科技的飞速发展。

超导材料最为显著的特性之一便是零电阻。

当材料处于超导态时,电流可以在其中无损耗地流动。

这一特性源于量子力学的奇妙效应。

从微观角度来看,超导材料中的电子在低温下会形成一种特殊的“库珀对”状态。

这些库珀对能够协同运动,从而避免了与晶格的散射,实现了零电阻的特性。

超导材料的另一个重要量子特性是迈斯纳效应。

简单来说,当材料处于超导态时,它会完全排斥外部磁场,使得内部磁场始终为零。

这种特性使得超导材料在磁悬浮技术中有着至关重要的应用。

想象一下,未来的高速列车能够悬浮在空中,平稳而快速地行驶,这都得益于超导材料的迈斯纳效应。

在能源领域,超导材料的应用研究取得了显著的进展。

超导输电线路能够大大减少电能在传输过程中的损耗。

传统的输电线路由于电阻的存在,会有相当一部分电能转化为热能而浪费掉。

而采用超导材料制作的输电线路,几乎可以实现电能的无损传输,这对于提高能源利用效率、降低能源成本具有极其重要的意义。

在医疗领域,超导磁共振成像(MRI)技术已经成为诊断疾病的重要手段。

超导磁体能够产生强大而均匀的磁场,为获得高清晰度的人体内部图像提供了可能。

与传统的成像技术相比,MRI 具有更高的分辨率和更准确的诊断结果,能够帮助医生更早地发现疾病,为患者的治疗争取宝贵的时间。

在科学研究方面,超导量子干涉器件(SQUID)是一种极其灵敏的磁传感器。

它能够探测到极其微弱的磁场变化,被广泛应用于地球物理学、材料科学等领域的研究中。

例如,通过 SQUID 可以探测到地下的矿产资源分布,或者研究材料中的微小磁性结构。

此外,超导材料在量子计算领域也展现出了巨大的潜力。

量子计算机需要在极低温和稳定的环境中运行,而超导材料能够提供良好的量子比特实现基础。

研究人员正在努力探索如何利用超导材料的量子特性来构建更高效、更稳定的量子计算机,一旦取得突破,将给计算领域带来革命性的变革。

新型超导材料研究进展

新型超导材料研究进展

新型超导材料研究进展随着科技的不断发展,新型材料的出现推动着人类社会的进步。

超导材料作为一种被广泛关注的材料,因其具有零电阻,发热量极少等特性,在能量转换、储存、传输等领域有着广泛的应用前景。

本文将对新型超导材料研究进展进行探讨。

一、超导材料研究历程超导材料是发展历程较为悠久的一种材料,自1933年超导现象被发现以来,经过了几十年的研究,“高温超导”成为了超导材料研究的重要突破口。

1986年,美国IBM研究院的Bednorz和Mueller在La-Ba-Cu-O体系中首次发现了高温超导现象,并获得了诺贝尔物理学奖。

高温超导材料的出现打破了传统超导材料必须在极低温下才能超导的限制,因而更具有实用价值。

二、高温超导材料研究进展高温超导材料的研究进展一直备受关注。

在高温超导材料中,铜氧(CuO)平面被认为是超导电子的主要载体,其中以YBa2Cu3O7(YBCO)、Bi2Sr2Ca2Cu3O10(BSCCO)是目前研究的两个热点。

近年来,在这两种超导材料中,钡(Ba)、铥(Tm)、铬(Cr)、铝(Al)等元素的掺杂,以及磁场、高压等因素对其超导转变温度(Tc)的影响逐渐成为研究热点。

同时,研究人员还在各自从事的领域上取得了一系列成果。

目前,欧洲理论物理研究所发现了一种新型的高温超导材料。

这种由铜、锌、锗和氧组成的超导材料,它没有任何被目前物理学所解释的电子结构,这也就意味着,对于理论物理学而言,它是一个巨大的谜团。

而在国内,中科院高能所的研究人员也获得了一个重要突破:他们谈过“氘穿过钆基过渡金属氧化物”这一研究,来推进高温超导技术的应用。

三、磁效应材料除了高温超导材料外,磁效应材料也成为了一个新的研究方向。

磁效应材料是通过在传统超导材料中引入微观不对称的方法获得的,在不受磁场作用的情况下,这种材料具有零电阻性。

但在磁场作用下,其电阻将恢复正常,这时会发生磁现象,即因为超导电流与磁场相互作用而产生的非零电 * 势。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

超导材料的研究进展综述【摘要】:对超导材料进行了基本的说明,介绍了其基本特性,综述了超导材料的发展,阐明了超导材料的应用和研究展望【关键词】:超导现象基本临界参量各向同性约瑟夫森效应发展历史应用及应用前景研究展望一、定义具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。

现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。

二、超导材料的特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。

如果用磁场在超导环中引发感生电流,这一电流可以毫不衰减地维持下去。

这种“持续电流”已多次在实验中观察到。

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。

当电流超过一定值后,绝缘层两侧出现电压U(也可加一电压U),同时,直流电流变成高频交流电,并向外辐射电磁波,其频率为,其中h为普朗克常数,e为电子电荷。

这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据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。

例如,原子量为199.55的汞同位素,它的Tc是4.18开,而原子量为203.4的汞同位素,Tc为4.146开。

三、基本临界参量临界温度外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度,以Tc表示。

Tc值因材料不同而异。

已测得超导材料的最低Tc是钨,为0.012K。

到1987年,临界温度最高值已提高到100K左右。

临界磁场使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度,以Hc表示。

Hc 与温度T 的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2],式中H0为0K时的临界磁场。

临界电流和临界电流密度通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破态而转变为正常态,以Ic表示。

Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。

单位截面积所承载的Ic称为临界电流密度,以Jc表示。

超导材料的这些参量限定了应用材料的条件,因而寻找高参量的新型超导材料成了人们研究的重要课题。

以Tc为例,从1911年荷兰物理学家H.开默林-昂内斯发现超导电性(Hg,Tc=4.2K)起,直到1986年以前,人们发现的最高的Tc 才达到23.2K(Nb3Ge,1973)。

1986年瑞士物理学家K.A.米勒和联邦德国物理学家J.G.贝德诺尔茨发现了氧化物陶瓷材料的超导电性,从而将Tc提高到35K。

之后仅一年时间,新材料的Tc已提高到100K左右。

这种突破为超导材料的应用开辟了广阔的前景,米勒和贝德诺尔茨也因此荣获1987年诺贝尔物理学奖金。

四、超导材料的分类超导元素在常压下有28种元素具超导电性,其中铌(Nb)的Tc最高,为9.26K。

电工中实际应用的主要是铌和铅(Pb,Tc=7.201K),已用于制造超导交流电力电缆、高Q值谐振腔等。

合金材料超导元素加入某些其他元素作合金成分,可以使超导材料的全部性能提高。

如最先应用的铌锆合金(Nb-75Zr),其Tc为10.8K,Hc为8.7特。

继后发展了铌钛合金,虽然Tc稍低了些,但Hc高得多,在给定磁场能承载更大电流。

其性能是Nb-33Ti,Tc=9.3K,Hc=11.0特;Nb-60Ti,Tc=9.3K,Hc=12特(4.2K)。

目前铌钛合金是用于7~8特磁场下的主要超导磁体材料。

铌钛合金再加入钽的三元合金,性能进一步提高,Nb-60Ti-4Ta的性能是,Tc=9.9K,Hc=12.4特(4.2K);Nb-70Ti-5Ta的性能是,Tc=9.8K,Hc=12.8特。

超导化合物超导元素与其他元素化合常有很好的超导性能。

如已大量使用的Nb3Sn,其Tc=18.1K,Hc=24.5特。

其他重要的超导化合物还有V3Ga,Tc=16.8K,Hc=24特;Nb3Al,Tc=18.8K,Hc=30特。

超导陶瓷20世纪80年代初,米勒和贝德诺尔茨开始注意到某些氧化物陶瓷材料可能有超导电性,他们的小组对一些材料进行了试验,于1986年在镧-钡-铜-氧化物中发现了Tc=35K的超导电性。

1987年,中国、美国、日本等国科学家在钡-钇-铜氧化物中发现Tc处于液氮温区有超导电性,使超导陶瓷成为极有发展前景的超导材料。

五、超导材料研究历史1911年,荷兰科学家海克·卡末林·昂内斯用液氦冷却汞,当温度下降到绝对温标4.2K时水银的电阻完全消失,这种现象称为超导电性,此温度称为临界温度。

根据临界温度的不同,超导材料可以被分为:高温超导材料和低温超导材料。

但这里所说的「高温」,其实仍然是远低於冰点摄氏0℃的,对一般人来说算是极低的温度。

1933年,迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现,如果把超导体放在磁场中冷却,则在材料电阻消失的同时,磁感应线将从超导体中排出,不能通过超导体,这种现象称为抗磁性。

经过科学家们的努力,超导材料的磁电障碍已被跨越,下一个难关是突破温度障碍,即寻求高温超导材料。

1973年,发现超导合金――铌锗合金,其临界超导温度为23.2K,这一记录保持了近13年。

1986年,设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物(镧钡铜氧化物)具有35K的高温超导性。

此后,科学家们几乎每隔几天,就有新的研究成果出现。

1986年,美国贝尔实验室研究的超导材料,其临界超导温度达到40K,液氢的“温度壁垒”(40K)被跨越。

1987年,中国科学家赵忠贤以及美国华裔科学家朱经武相继在钇-钡-铜-氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上,液氮的“温度壁垒”(77K)也被突破了。

1987年底,铊-钡-钙-铜-氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。

从1986-1987年的短短一年多的时间里,临界超导温度提高了近100K。

2001年,二硼化镁(MgB2)被发现其超导临界温度达到39K [1]。

此化合物的发现,打破了非铜氧化物超导体(non-cuprate superconductor)的临界温度纪录。

1990至2000年代,具ZrCuAsSi结构的稀土过渡金属氮磷族化合物(rare-earth transition-metal oxypnictide, ReTmPnO)陆续被发现[2] [3]。

但并未有人发现其中的超导现象。

2008年,日本的Hideo Hosono团队发现在铁基氮磷族氧化物(iron-based oxypnictide中,将部份氧以掺杂的方式用氟作部份取代,可使LaFeAsO1-xFx的临界温度达到26K[4],在加压後(4 GPa)甚至可达到43K[5]。

其後,中国的闻海虎团队,发现在以锶取代稀土元素之後,La1-xSrxFeAsO亦可达到临界温度25K[6]。

其後,中国的科学家陈仙辉、赵忠贤等人,发现将镧以其他稀土元素作取代,则可得到更高的临界温度;其中,SmFeAs[O0.9F0.1]可达55K[7] [8]。

另外,将铁以钴取代(LaFe1-xCoxAsO),稀土元素以钍取代(Gd1-xThxFeAsO),或是利用氧缺陷(LaFeAsO1-δ)等方式,也都可以引发超导[9] [10] [11]。

此系统亦被简称为「1111系统」。

此化合物的发现,非但再度打破了由MgB2保持的非铜氧化物超导体(non-cuprate superconductor)的临界温度纪录,其含铁却有超导的特性也受人注目。

同样在2008年,受到上述「1111系统」的启发,ThCr2Si2结构的硷土金属氮磷族化合物(ATm2Pn2)亦被发现,在将BaFe2As2中将硷土金属(IIA)以硷金属(IA)部分取代,亦可得到临界温度约30至40K的高温超导体,如Ba1-xKxFe2As2(38 K)[12]。

此系统亦被简称为「122系统」。

如同氧化物超导体,「1111」与「122」系统的超导来源也是由层状结构中的FeAs层贡献,藉由不同价数的离子掺杂或是氧缺陷,可提升FeAs层载子的浓度,进而引发超导。

六、超导材料的应用超导材料可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。

目前超导量子干涉仪(SQUID)已经产业化。

另外,作为低温超导材料的主要代表NbTi合金和Nb3Sn,在商业领域主要应用于医学领域的MRI(核磁共振成像仪)。

作为科学研究领域,已经应用于欧洲的大型项目LHC项目,帮助人类寻求宇宙的起源等科学问题。

超导电性的实际应用从根本上取决于超导材料的性能。

与实用低温超导材料相比,高温超导材料的最大优势在于它应用于液氮温区。

20世纪90年代,随着第一代Bi系高温超导材料的商业化,美国、日本、欧洲和中国等国和相关大公司都投入大量的人力和资金,开展高温超导电力应用研究,相继开展了超导电机、超导变压器、超导输电电缆和超导储能装置等的研究,并取得了许多实质性的进展。

1.电流引线:在给低温环境下工作的超导磁体和电力设备供电时,由低温到高温之间的电流引线会消耗许多液氦。

高温超导体由于临界温度高,热导率低,可以在超导态下给磁体供电,从而把由低温区到高温区的热漏减少到了极小的程度。

目前用作电流引线的材料主要有Bi-2212及Bi-2223的棒、管和带材、以及熔融法YBCO棒材。

目前电流引线已成功地用于微型致冷机冷却的NbTi及Nb3Sn磁体系统,第一次实现了不需用液氦的超导磁体应用。

2.磁体:高温超导磁体在MRI、NMR、磁悬浮列车、磁分离技术、高能加速器、磁性扫雷技术和磁流体推动技术等方面有重要的应用价值。

美国超导体(AMSC)公司研制了一个利用机械致冷机冷却的高温超导磁体,在27 K零外场下能产生2.16 T的磁场。

最近,日本住友电工将Bi系多芯带绕制的四双饼高温超导磁体插入NbTi及Nb3Sn组合磁体中,在4.2K产生了常规低温超导体无法实现的24T 的磁场,已能满足1GHz核磁共振磁体要求。

Bi-2212线材绕制线圈和磁体是目前研究的重点之一。

Bi-2212具有较高的临界温度,用这种材料绕制的磁体具有高的稳定性和可靠性,因此,这种磁体能够在广阔的范围内得到应用。

3.输电电缆:高温超导电缆具有体积小、重量轻、损耗低和传输容量大的优点,从20世纪90年代起,美国、日本和丹麦等国都相继开展这方面的研究,并进行示范性实验。

2004年,日本东京电力公司研制出500m长、77kV/1kA单芯高温超导电缆。

2004年l2月,中国科学院电工研究所与甘肃长通电缆公司等合作研制成功75m、10.5 kV/1.5kA交流高温超导电缆,并接入到甘肃长通电缆公司6kV配电网中向车间供电运行,如图2所示。

相关文档
最新文档