超导材料的应用与前景展望
超导材料的应用与发展趋势

超导材料的应用与发展趋势超导材料,这可是个相当神奇且充满魅力的领域!还记得有一次,我去参加一个科技展览,在那里看到了关于超导材料的展示。
当时,有一个巨大的超导磁悬浮模型,那悬浮在空中的列车模型,没有任何明显的支撑,就那么稳稳地定在半空中,简直太不可思议了!周围的孩子们都瞪大了眼睛,兴奋地叽叽喳喳讨论着。
那一刻,我深深地感受到了超导材料所带来的震撼。
咱们先来说说超导材料在交通领域的应用。
想象一下,未来的列车不再有摩擦阻力,能够以超快的速度在轨道上飞驰,这可多亏了超导材料制造的强大磁悬浮系统。
就像前面提到的那个模型一样,超导磁悬浮列车可以轻松实现高速、平稳且低能耗的运行。
这不仅能大大缩短我们的出行时间,还能减少能源消耗和环境污染。
在医疗领域,超导材料也是大显身手。
超导磁共振成像(MRI)设备就是一个很好的例子。
它能够提供非常清晰和准确的人体内部图像,帮助医生更精准地诊断疾病。
以前,可能有些小毛病因为检测设备不够先进而难以发现,现在有了超导材料的助力,很多隐藏的健康问题都能被及时揪出来。
还有能源领域,超导材料能让电力传输变得更加高效。
传统的电线在传输电能时会有能量损耗,而超导电线几乎不会有这种情况。
这意味着我们可以更有效地利用能源,减少浪费。
说不定以后家里的电费都能降低不少呢!那超导材料未来的发展趋势又是怎样的呢?我觉得啊,随着技术的不断进步,超导材料的性能会越来越好,成本也会逐渐降低。
这就意味着它能够更广泛地应用到我们的日常生活中。
比如说,未来的家用电器可能都会用上超导材料,让电器更加节能高效。
而且,科学家们还在不断探索新的超导材料和新的应用场景。
说不定哪天,超导材料就能让我们的手机电池充电一次就能用一个月,或者让我们的电脑运行速度快到飞起来!不过,要实现这些美好的愿景,还面临着一些挑战。
比如说,目前一些超导材料需要在极低的温度下才能展现出超导特性,这就对设备和环境提出了很高的要求。
但我相信,随着科学家们的努力,这些问题都会逐步得到解决。
超导材料的应用与发展

超导材料的应用与发展超导材料是指在某些条件下,材料的电阻会变得极低甚至为零的物质,这种物质的导电性能是一般材料的数百倍甚至数千倍以上。
因此,超导材料具有广泛的应用前景,如磁体、能源、传感器、计算机等。
本文将从超导材料的应用与发展两个方面进行探讨。
一、超导材料的应用1.磁体超导材料是制作磁体的理想材料。
其能够产生极强的磁场,可用于磁共振成像、飞行器推进等。
其中,MRI技术是应用最为广泛的技术,这种技术可以观测内部结构的变化,可以帮助医生诊断各种疾病,如肿瘤、神经系统疾病等。
2.能源超导材料也可以用于能源的储存和传输。
一些超导电缆可用于输送高压电能,这种电缆的传输距离比一般的导线距离长得多,而损耗却非常小,这对于大型城市来说是一个重要的贡献。
3.传感器超导材料还可以用于传感器。
例如,它可以用于检测温度和磁场、压力的变化。
利用超导材料制作的传感器不仅稳定性好,而且响应速度快,检测精度高,具有非常广泛的应用前景。
4.计算机超导材料在计算机领域的应用也备受关注。
超导量子比特是一种用于量子计算的超导器件,它与传统的比特不同,可以同时处理大量数据,并且计算速度非常快。
超导量子比特是未来计算机的重要组成部分之一,其应用前景十分广阔。
二、超导材料的发展1.高温超导材料在过去的几十年中,人们追求高温超导材料的研究一直在进行中。
高温超导材料的关键认是提高临界温度和极化率,以便在大气压力下实现超导。
高温超导材料的研究对于电力传输和磁共振成像技术的应用具有重要意义。
2.多层超导材料人们还在研究构建多层超导材料,这种材料的电导性能比单层超导材料更好。
例如,银叠层超导材料既可以提高材料的稳定性,又不会减少材料的导电性能,对于制造高性能电缆和磁体具有重要意义。
3.基于超导的新能源技术超导材料还可以与新能源技术相结合,例如超导风机、超导空调、超导汽车等,这些技术都可以大幅度提高节能和环保的程度。
总之,随着材料学和物理学的发展,超导材料前景广阔,具有广泛的应用前景,对社会经济的发展有极大的推动作用。
超导材料未来应用前瞻

超导材料未来应用前瞻超导材料是一种在极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。
随着科学技术的不断发展,超导材料在多个领域的应用前景越来越广阔。
本文将从超导材料在能源、交通、医疗、通信等领域的应用前景进行展望,探讨超导材料未来的发展方向和挑战。
一、能源领域在能源领域,超导材料被广泛应用于超导磁体领域。
超导磁体具有强大的磁场产生能力,可以用于核磁共振成像、磁浮列车、磁levitation 等领域。
未来,随着超导材料性能的不断提升和制备工艺的改进,超导磁体将在核聚变、磁约束聚变等领域发挥更大作用,为清洁能源的发展提供重要支持。
二、交通领域在交通领域,超导材料被应用于磁悬浮列车、超导电动汽车等领域。
磁悬浮列车以其高速、低能耗、无污染等优点备受关注,而超导材料的应用可以提高磁悬浮列车的运行效率和安全性。
未来,随着超导材料性能的进一步提升,超导磁悬浮技术将在城市交通中得到更广泛的应用,为交通运输带来革命性的变革。
三、医疗领域在医疗领域,超导材料被应用于核磁共振成像(MRI)等医疗设备中。
MRI技术以其无创、高分辨率的特点在医学诊断中得到广泛应用,而超导材料的应用可以提高MRI设备的性能和稳定性。
未来,随着超导材料制备工艺的改进和成本的降低,超导材料将在医疗影像诊断、磁共振治疗等领域发挥更大作用,为医疗健康事业带来新的突破。
四、通信领域在通信领域,超导材料被应用于微波器件、滤波器等领域。
超导微波器件具有低损耗、高灵敏度等优点,可以提高通信系统的性能和稳定性。
未来,随着超导材料在微波频段的应用不断深入,超导技术将在通信领域发挥更大的作用,为通信网络的建设和发展提供重要支持。
总的来说,超导材料具有广阔的应用前景,未来将在能源、交通、医疗、通信等多个领域发挥重要作用。
然而,超导材料的制备成本高、工艺复杂、运行温度低等问题仍然是制约其应用的关键因素。
因此,未来的研究方向应该集中在提高超导材料的性能、降低制备成本、拓展应用领域等方面,以推动超导材料在各个领域的广泛应用,实现超导技术的产业化和商业化。
超导体的性质、应用与前景展望

超导体的性质、应用与前景展望摘要:超导体是一种独特的材料,具有零电阻和完全磁通排斥的特性,引发了广泛的科学兴趣和工业应用。
本文将介绍超导体的基本原理、性质、主要应用领域以及未来的研究前景,以深入了解这一材料的重要性和潜力。
1. 引言超导体是一类在极低温下表现出杰出电学性质的材料,最早于1911年被发现。
其最显著的特性是零电阻和完全磁通排斥效应,这些性质在科学界和工业界引发了广泛的兴趣。
本文将探讨超导体的基本原理、性质、主要应用领域以及未来的研究前景。
2. 超导体的基本原理超导体的超导性质源于库珀对的配对机制。
在超导体中,电子通过库珀对形成,这些电子以一对一对地配对,不再受到散射,从而导致零电阻。
超导性通常在极低温度下出现,称为临界温度(Tc),不同类型的超导体具有不同的Tc。
3. 超导体的性质特点•零电阻:超导体在超导态下具有零电阻,这意味着电流可以在不损失能量的情况下无限流动,对电力输送和储存具有巨大潜力。
•磁通排斥:超导体排斥磁场进入其内部,这一性质被广泛应用于制造磁悬浮列车和MRI设备等。
•Meissner效应:超导体在超导态下会排斥外界磁场,这产生了Meissner效应,使其对磁场呈现出完全排斥的特性。
4. 超导体的主要应用领域•电力输送:超导体的零电阻特性可用于建造高效输电线路,减少能源损耗,提高电网稳定性。
•磁共振成像(MRI):超导体磁体用于MRI设备中,提供高分辨率的医学成像。
•粒子加速器:超导体用于构建粒子加速器,如大型强子对撞机(LHC),推动基础物理研究。
•磁悬浮交通:超导体应用于磁悬浮列车,实现高速、低能耗的交通系统。
5. 超导体的未来研究前景超导体领域仍然充满了潜力和挑战。
未来的研究方向包括但不限于:•高温超导体:寻找更高临界温度的超导体,以减少冷却成本,拓展超导体应用范围。
•实用化和商业化:提高超导体的制备工艺,使其更容易制造和商业化,降低成本。
•新型应用:探索新的超导体应用领域,如量子计算、能源储存等。
超导材料的研究现状与发展趋势

超导材料的研究现状与发展趋势随着科学技术的不断进步,我们对物质的了解和掌握也日益深入。
超导材料就是近年来备受关注的一种材料。
它有许多与众不同的性质和应用,如零电阻、磁悬浮和强磁体等。
本文将探讨超导材料的研究现状和发展趋势。
一、超导材料概述超导材料是指在低温下电阻为零的材料,它们是一类独特的材料。
超导现象的发现可以追溯到1911年荷兰物理学家海克·卡迈伦林纳,他在实验中观察到铅金属在低温下的电阻迅速降低,直至消失。
经过半个多世纪的发展,超导材料得到了越来越广泛的应用。
超导材料的特点是具有理想的电导。
当材料的温度低于临界温度时,电阻将迅速降至零,并且磁场对材料的影响很小。
此外,它们也具有很好的磁效应和热效应,因此在磁悬浮、磁共振成像、强磁场研究等领域具有广泛的应用。
二、超导材料的分类根据材料的特性和物理机制,超导材料可以分为以下几类:1. 典型超导材料:如银碲化银和铋的超导材料,其临界温度通常很低,只有几开尔文,其超导性质只能在极低的温度下显现。
2. 高温超导材料:高温超导材料是指临界温度高于液氮沸点(77K)的材料,如YBa2Cu3O7-x,其临界温度高达90K,目前是最高的高温超导材料之一。
3. 复合超导材料:复合超导材料是指含有多个超导相的材料。
其中最著名的是有机超导材料,它们的临界温度高达100K以上,几乎可以在室温下实现超导。
三、超导材料的应用超导材料具有广泛的应用前景,例如磁悬浮、磁共振成像、强磁场科学研究等等。
1. 磁悬浮技术磁悬浮技术是利用超导材料的磁性和电性特性,将高速运动的列车悬浮在磁场中。
这种技术具有高速、无接触、环保等优点,可以大大缩短旅行时间,提供便利的交通手段。
2. 磁共振成像技术磁共振成像技术(MRI)是一种无创诊断方法,利用强磁场和无害的射频波诊断人体各部位。
超导材料是磁体制作的重要材料,在MRI系统中起着重要的作用。
3. 强磁场科学研究超导材料的另一个应用是制作强磁体,如核磁共振仪和磁约束聚变反应器等。
超导材料在电力系统中的应用

超导材料在电力系统中的应用【摘要】超导材料是一种具有零电阻和完全抗磁性的材料,在电力系统中具有重要的应用价值。
本文首先介绍了超导材料的基本原理和特性,包括零电阻、完全抗磁性等特点。
然后详细分析了超导材料在输电线路和电力设备中的应用,以及其在电网运行中的重要性。
本文对超导材料应用的发展前景进行了展望,指出其在提高电力系统效率和可靠性方面有着巨大潜力。
结论部分强调了超导材料在电力系统中的重要性,并展望了其在电力行业的未来发展。
超导材料在电力系统中的应用不仅具有重要意义,还有着广阔的发展前景。
【关键词】超导材料,电力系统,应用,基本原理,特性,输电线路,电力设备,电网运行,重要性,发展前景,总结1. 引言1.1 超导材料在电力系统中的应用超导材料在电力系统中的应用一直备受关注,因为它们具有高电导率、低能量损耗等优良特性,能够有效提高电力传输效率和减少能源浪费。
超导材料可以在输电线路中替代传统的铜导线,大大减少电阻损耗,提高输电效率。
在电力设备方面,超导材料可以用于制造超导变压器、超导发电机等设备,提高设备的功率密度和工作效率。
在电网运行中,超导材料的应用可以有效降低电网的损耗,提高电网的稳定性和可靠性。
未来,随着超导材料技术的不断发展,超导材料在电力系统中的应用前景将更加广阔,有望实现超导电力系统的商业化应用。
超导材料在电力系统中的应用对于提高能源利用效率、降低碳排放、推动电力行业的绿色发展具有重要意义。
超导材料的应用正在逐步改变电力系统的传统模式,为建设智能电网、实现清洁能源转型提供了新的技术支撑。
2. 正文2.1 超导材料的基本原理与特性超导材料是一类在极低温下表现出电阻为零的材料,其超导态是一种独特的量子现象,具有许多独特的特性。
超导现象的基本原理是通过配对的电子形成库珀对,并通过库珀对之间的库伦排斥力实现电子之间的超导传输。
超导材料的主要特性包括零电阻、完全抗磁性、极高的临界电流密度和零电场耗散等特点。
超导材料的应用前景与挑战

超导材料的应用前景与挑战在现代科技的快速发展进程中,超导材料犹如一颗璀璨的新星,正逐渐展现出其令人瞩目的应用前景。
然而,如同任何新兴技术一样,超导材料在其发展道路上也面临着诸多挑战。
超导材料,简单来说,就是在特定条件下电阻几乎为零的材料。
这一特性使得电流能够在其中无损耗地流动,从而带来了一系列令人兴奋的应用可能性。
在能源领域,超导材料有望彻底改变电力的传输和存储方式。
传统的电力传输过程中,由于电阻的存在,会有大量的能量以热能的形式散失。
而使用超导材料制作的电缆,可以实现高效、远距离的电力输送,大大减少能量损耗。
想象一下,未来的城市电网不再有庞大的变压器和繁琐的输电线路,取而代之的是小巧高效的超导电缆,为我们的生活提供源源不断的清洁电能。
同时,超导材料在储能方面也具有巨大潜力。
超级电容器和超导磁储能系统,能够快速充放电并且储存大量的能量。
这对于解决可再生能源的间歇性问题,如风能和太阳能的不稳定供应,具有重要意义。
当阳光充足或风力强劲时,多余的电能可以被储存起来,在需要的时候释放,确保电力供应的稳定性和可靠性。
交通领域同样能因超导材料而发生重大变革。
超导磁悬浮列车就是一个典型的例子。
利用超导材料产生的强大磁场,列车可以悬浮在空中,消除了与轨道的摩擦力,从而实现高速、低能耗的运行。
这种列车不仅速度快,而且运行平稳、安静,将极大地缩短城市之间的旅行时间,改变人们的出行方式。
在医疗领域,超导材料也发挥着重要作用。
磁共振成像(MRI)设备中使用的超导磁体,能够提供更强、更均匀的磁场,从而获得更清晰、更准确的人体内部图像,有助于医生进行疾病的诊断和治疗。
此外,超导量子干涉器件(SQUID)在检测微弱的生物磁场方面具有极高的灵敏度,为脑科学和心脏疾病的研究提供了有力的工具。
然而,尽管超导材料的应用前景如此广阔,但我们不能忽视其面临的挑战。
首先,超导材料的工作条件往往十分苛刻。
大多数超导材料需要在极低的温度下才能展现出超导特性,这就需要昂贵的冷却设备和大量的能源来维持低温环境。
超导材料的应用前景

超导材料的应用前景超导材料是指在低温下具有零电阻和完全磁通排斥的材料。
这种性质使得超导材料在许多领域都有着广泛的应用,例如医学、工业、电力等领域。
本文将从多个角度探讨超导材料的应用前景。
一、医学应用1.磁共振成像技术磁共振成像技术(MRI)是医学上常用的一种图像显像技术。
利用强磁场和无线电波来探测人体内部的活动,从而得到人体内部各部位的图像。
由于磁共振成像技术需要强大的磁场,超导材料被广泛应用于MRI设备中的高温超导磁体。
高温超导磁体可以在相对较高的温度下工作,不像传统超导磁体需要维持极低的温度,大大降低了设备的成本和维护费用。
2.超导单光子探测器在医学上,有时需要探测非常微弱的生物信号,例如细胞之间的相互作用。
超导单光子探测器可以检测出一个光子的到达,并且具有非常高的探测效率。
由于超导材料具有零电阻的性质,在超导单光子探测器中可以降低光电转换效率的损失,从而提高探测的灵敏度。
因此,超导单光子探测器可以被广泛应用于医学的生物分析和成像等方面。
二、工业应用1.磁悬浮列车磁悬浮列车是一种使用磁力悬浮技术的列车,可以大大提高列车的速度和平稳性。
超导材料被应用于磁悬浮系统的磁轨,可以产生更强的磁场,并且精确控制磁场的分布,从而使列车悬浮在轨道上,减少摩擦力和空气阻力,实现高速运行。
2.超导磁体超导磁体是一种将电能转换成磁能的器件。
典型的超导磁体应用包括磁共振成像、粒子加速器、核磁共振、磁能储存等等。
超导材料被广泛应用于超导磁体中,可以实现低能耗和高磁场加持,从而显著提高设备的效率。
三、电力应用1.超导电缆超导材料在电力输送中被广泛应用于超导电缆中。
与传统电缆相比,超导电缆可以在很小的横截面积内传递大量电流,并且几乎没有能量损失。
这种特性可以显著提高电力输送的效率,减少损耗。
2.超导风力涡轮机超导材料被应用于超导风力涡轮机的发电机中,可以将波动的风能转换成电能。
与传统涡轮机相比,超导风力涡轮机不需要使用大型机器,可以直接挂在建筑物的屋顶上,从而减少设备占地面积,并且具有更高的效率和能量密度。
- 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、"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、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)。
超导材料的应用与前景展望摘要:超导是超导电性的简称,是指某些物体当温度下降至一定温度时,电阻突然趋近于零的现象。
具有这种特性的材料称为超导材料。
自从超导发现至今,超导的研究和超导材料的研制已迅速发展,超导材料的物质结构及性质已逐渐研究清楚,其具有优越的物理性质和优越的性能,目前已被广泛的接受和认同,超导材料也得到了广泛的应用,特别是高温超导材料的广泛应用将会给社会带来的巨大变革。
关键字:超导材料;临界参量;超导应用Application and Prospect of superconducting materialsAbstract: Superconducting superconductivity for short, refers to some object when the temperature drops to a certain temperature, resistance suddenly approaches zero phenomenon. With the characteristics of the material called superconducting materials. Since the superconducting found so far, the research and development of superconducting superconducting materials has developed rapidly, the material structure and properties of superconducting materials has been studied clearly, which has physical properties superior and superior performance, has been widely accepted and recognized, superconducting materials have been widely used, especially the great change widely used high temperature superconducting materials will bring to the society.Key words:Superconductor;Critical parameter;Superconducting application1 引言1911年荷兰物理学家翁奈在研究水银低温电阻时首先发现了超导现象。
后来许多科学家又陆续发现了一些金属、合金和化合物在低温时电阻也变为零,即具有超导现象。
超导现象是20世纪的重大探索发现之一。
物质在超低温下,失去电阻的性质称为超导电性;相应的具有这种性质的物质就称这超导体。
超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起,就向人类展示了诱人的应用前景。
有专家预言,超导体的应用将导致一场新技术革命,尤其是高温超导材料的发现,是最近几十年来物理学及材料科学领域中的重大突破之一,已引起全世界广泛关注,各国众多科学工作者参与超导的研究与发展工作,人们将会很快感受到它给社会带来的巨大变革。
目前,超导材料已被应用于很多领域,本文拟就超导材料的性质、临界参量、分类、应用及前景展望等几个方面展开论述,以帮助人们更好的认识超导材料。
2 超导的性质 2.1 零电阻性超导材料处于超导态时电阻将变为为零,这样就可以无损耗地传输电能;也就是说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。
超导体的零电阻现象与常导体零电阻在实质上是截然不同的。
常导体的零电阻是指在理想的金属晶体中,由于电子运动畅通无阻,因此没有电阻;而超导体零电阻是指当温度降至某一数值Tc (临界温度)或以下时,其电阻突然变为零。
如右图1所示,为常导体与超导体电阻率和温度关系的对比[1]。
2.2 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。
超导体的这一特点是由迈斯纳和奥尔德在1933年由锡单晶球的实验中首次发现的。
把锡单晶球超导体在磁场(H ≦Hc)中冷却,在达到临界温度Tc 以下时,超导体内的磁通线一下子被排斥出去;或者先把超导体冷却至Tc 以下,再通以磁场,这时磁通线也被排斥出动;如图2所示为磁感线穿过不同温度下锡单晶球超导体的对比[1]。
2.3 约瑟夫森效应两个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,会有电图1电阻率与温度的关系1-纯金属晶体 2-含杂质和缺陷的金属晶体 3-超导体 T>Tc T<Tc 图2 锡单晶球超导体不同温度下在磁场中的现象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2ev/h,其中h为普朗克常数,e 为电子电荷[1]。
2.4 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[1]。
同一种材料的不同同位素在化学性质、晶体结构、电子组态以及静电性质等方面都是相同的,只是不同的原子量对晶体点阵的热振动(称为晶格振动)的特性有影响。
所以,超导体的同位素效应暗示了电子与晶格之间的相互作用是超导现象中的重要因素,为超导电性的研究提供了重要启示。
3 基本临界参量3.1 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)[2]。
到1987年,临界温度最高值已由起初水银的4K提高到100K左右,现已测得超导材料的最低Tc是钨,为0.012K。
3.2 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=Ho[1-(T/Tc)2],式中Ho为0K时的临界磁场[2]。
3.3 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[2]。
4 超导材料的分类超导材料按成分可分为元素超导体、合金和化合物超导体和有机高分子超导体;按约瑟夫森效应可分为第一类超导体和第二类超导体。
4.1 按成分的分类4.1.1 元素超导体在常压下有28种元素具超导电性,其中铌(Nb)的Tc最高,为9.26K。
4.1.2 合金和化合物超导体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,有很好的超导性能。
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。
4.1.3 有机高分子超导体美国和日本等科学家在1991年又发现了球状碳分子碳60在掺入钾、铯、钕等元素后,也有超导性能。
有些科学家预测,球状分子碳60经过掺金属后,将来有可能在室温下出现超导现象[3]。
4.2 按约瑟夫森效应分类4.2.1 第一类超导体如图(4)所示,第一类超导体有如下的特点:当H<Hc 时,B=O ,H>Hc 时,B=μH ,即在超导态内能完全排除外磁场,且只有一个值,这就是第一类超导体。
除钒、铌、钌外,元素超导体都是第一类超导体。
4.2.2 第二类超导体如果超导体在磁场中有一相同的规律,如图(5)所示:当H<Hc 1时,B=0,排斥外磁场;当Hc 1<H<Hc 2时,B>0而B<μH ,磁场部分穿透;当H>Hc 2时,B=μH ,磁场完全穿透。
也就是在超导态和正常态之间有一种混合态存在,Hc 有两个值Hc 1和Hc 2,这就是第二类超导体。
钒、铌、钌及大多数合金或化合物超导体都是属于第二类导体。
不同导体的B-H 曲线5 超导材料的应用及前景展望5.1 低温超导材料的应用<30K=在液氦温度条件下工作)的超低温超导材料是具有低临界转变温度(TC导材料,分为金属、合金和化合物。
具有实用价值的低温超导金属是Nb(铌),TC 为9.3K 已制成薄膜材料用于弱电领域。
合金系低温超导材料是以Nb 为基的二元在9K以上。
虽然低温超导材料已得到了广泛应或三元合金组成的β相固溶体,TC用,但低温超导材料由于T低,必须在液氦温度下使用,运转费用昂贵,故其应C用受到限制[4]。
5.2 高温超导材料的应用及前景展望>77K)在液氮温度条件下工作的超导高温超导材料是具有高临界转变温度(TC材料,主要为多元系氧化物,高温氧化物超导体的出现,突破了温度壁垒,把超导应用的温度从液氦提高到了液氮(77K)温区。
同液氦相比,液氮是一种非常经济的冷媒,并且具有较高的热容量,给工程应用带来了极大的方便。
另外,高温超导体都具有相当高的上临界场(Hc2(4K)>50T),能够用来产生20T以上的强磁场,这正好克服了常规低温超导材料的不足之处。
5.2.1 弱电应用以约瑟夫森效应为基础,建立极灵敏的电子测量装置为目标的超导电子学。
5.2.1.1 超导滤波器(CDMA)滤波器是电子、通信系统中的关键器件,作用是对电信号进行提取、分离或抑制。
随着使用频段的不断扩展,设备间的干扰也日趋严重,因此滤波器不但要确保产品本身正常工作,而且要减少相互影响、维持正常的无线工作环境。
常规滤波器由于金属电阻会产生一定衰耗,不可能达到理想的滤波性能。
高温超导技术的发展,为开发高性能滤波器提供了一种切实有效的方法。
在移动通信频段,高温超导材料制作的微带器件具有很高的品质因数,CDMA具有损耗极小、边带极陡峭、带外抑制极好的特点。
CDMA是目前可以同时解决损耗和陡度的唯一有效方案,在窄带宽、高阶数滤波器中优势非常明显。
他还可以显著提高通信基站的灵敏度和选择性,提高通信容量,降低手机的辐射率并提高通话清晰度[5]。
目前,高温超导技术在通信、雷达与射电天文等领域取得重大突破,美国已将高温超导滤波器推向市场,并成功实现了批量应用。
清华大学研制的两套高温超导滤波系统在中国联通CDMA移动通讯基站已连续无故障商业运行一年以上。
截至2012年6月,中国移动电话用户已超过7亿,是全球移动电话用户最多的国家。