高温超导材料发展历史
合集下载
相关主题
- 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)。
3.3 超导材料
超导材料按化学组成可以分为
元素超导体 合金超导体 化合物超导体
人们把临界温度Tc达到液氮温度 (77K)以上的超导材料称为高温超 导材料
主要是具有较高临界温度的氧化 物超导体。
3.3.1 元素超导体
到目前为止，人们已发现在正常压力下 有28种元素、约5000种合金和化合物具有 超导电性的超导元素。
刷新了单一元素超导临界温度的最高纪录。 此前，锂以零下253摄氏度的超导临界温度 保持着这一“高温”冠军称号。
3.3.2 合金与化合物超导体
为了寻找较高临界温度的超导 材料，在50年代早期，科学家们 将注意力转向了合金和化合物。
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。
2008.3月25日，中国科技大学陈仙辉领导 的科研小组又报告，氟掺杂钐氧铁砷化合 物在临界温度43开尔文（零下230.15摄氏 度）时也变成超导体。
2008.3月28日，中国科学院物理研究所赵 忠贤领导的科研小组报告，氟掺杂镨氧铁 砷化合物的高温超导临界温度可达52开尔 文（零下221.15摄氏度）。
目前主要有：
①Nb、Ti类超导合金，其价格较低，易加工 处理，是制造超导体的重要材料。
②Nb3Sn和V3Ga等类金属互化物。超导化合 物的Tc值要比超导合金高，且可通过调整、 改进组成来进一步提高Tc值。
复合法制Nb3Sn,V3Ga线材
制成超导线或带,绕成线圈,导入电流,产生磁场用途: Power transmission 电力传输
德国Augsburg大学的科研人员近日宣布， 其经过研究发明了一种新型的超导电材料， 该超导电体具有强大的电力传输能力，如 果其得以广泛应用的话，将大大降低电力 输送线路的生产成本。这次他们研制的超 导电材料，其实是利用现有的超导电材料 制成，其工作性能良好，并且对生产工艺 要求不高。
3.3.3 高温超导材料发展历史
《日经产业新闻》2006年报道，日本大 阪大学教授清水克哉领导的小组将钙夹在 钻石中间，并向其施加压力，然后通过安 装在钻石上的电极测量电阻，分析钙电阻 的变化。结果发现，当压力超过300亿帕斯 卡时，电阻开始急剧变化。当压力增加到 1610亿帕斯卡时，钙在约零下248摄氏度 的条件下出现了超导现象。
1960年，昆兹勒发现了铌锡合金在 8.8万高斯磁场 中仍具有超导性。它正是第Ⅱ 类超导体。以后，又 陆续发现了若干铌系列合金超导体。
1973年，发现了铌锗合金，其临界温度 可达 23.2K，这一发现又激起了科学家们 寻找高温超导体的热情。 第Ⅱ类超导体发 现后，美国和英国的一些公司又花了近10 年时间开发可靠的超导 产品。
Air = 78% N2
1913 Nobel
75 yrs
1987朱经武(C.W.Chu)、吴茂昆 (M.K.Wu) discovered YBaCuO with Tc > 77K
1988 Nobel
1986年8月，IBM的苏黎士研究室的米勒教授和贝德诺 兹教授发现了一种铜氧化合物，它们在35K的温度下电阻 接近于0，一下子把超导温度提高了12度；1986年12月， 米勒教授和贝德诺兹教授发现了一种新型的陶瓷超导体 (此前超导体都是金属)，这种超导体把超导性的临界温度 又提高到了38K；
1987年初，美籍华人科学家朱经武教授和他的学生吴 茂琨发现了另外一种材料；钇－钡－铜－氧化物，使超导 记录提高到了93K。在这个温度区上，超导体可以用廉价 而丰富的液氮来冷却，
美国《科学》杂志网站报道说，物理学界认 为这是高温超导研究领域的一个“重大进 展”。
日本科学家首先报告说，氟掺杂镧氧铁砷 化合物在临界温度26开尔文（零下247.15 摄氏度）时，即具有超导特性。
NbTi 低温超导线材 Bi系 高温超导线材
超导线材相 对于一般线材 的不同在于没 有能量的消耗， 因为超导的零 电阻特性，电 子在晶格中运 动不会晶格碰 撞产生热能， 也就不会有能 量损耗的出 现！！
1998年7月，北京有研总院与其他单位共同研制成功 中国第一根一米长一千安培铋系高温超导直流输电模型 电缆。这项成果被两院院士列为当年中国十大科技进展。 此次研制成功的高温超导带材长一百一十六米，宽三点 六毫米，厚为零点二八毫米，以螺旋管方式缠绕，用四 引线法全长度测量，七十七Ｋ液氮温度（零下一百六十 九摄氏度）自场下临界电流达十二点七安培，各项技术 指标均达到国内领先水平。
表1给出了 超导元素的临界温度和OK时的 临界磁场
过度元素18种 非过度元素10种
正常压力下铌的临界温 度是超导元素中最高的， =9.26K；元素中临界温 度最低的是钨， =0.012K。
超导元素在周期表中的分布有如下的规律： ①碱金属Li、Na、K、Ru、Cs和良导体 Cu、Ag、Au等一
价元素均不是超导体； ②Cr、Mn、Fe、Ni、Co等铁磁性或反铁磁性元素也都不是
2008.4月13日该科研小组又有新发现： 氟掺杂钐氧铁砷化合物在压力环境下产生 作用，其超导临界温度可进一步提升至55 开尔文（零下218.15摄氏度）。
此外，中科院物理所闻海虎领导的科研小 组还报告，锶掺杂镧氧铁砷化合物的超导 临界温度为25开尔文（零下248.15摄氏 度）。
超导体; ③超导元素的价电子数有下列关系:2〈〈8； ④除个别例外，超导元素明显地可分为过渡金属和非过渡金
属两个集团。在过渡金属中,为Baidu Nhomakorabea数的元素,较高。当=5和 7时,出现峰值。对于非过渡金属，随 增大而单调地增高。
某些元素只有在高压下或低温底板上淀积为薄膜时才呈 现超导电性。前者如Cs、Ba、Y、Ce、Si、Ge、P、As、 Sb、Bi、Se、Te和Lu等；后者如Bi。在低温底板上淀积 W、Be、Ga、Al、In和Sn的薄膜，其与大块材料相比， 都有较大的提高。值得强调的是，稀土元素La在150kbar 压力下, 其高达12K。通常对少量杂质并不敏感，但磁性 杂质（如Ir和Mo）会使降低，甚至使超导电性消失。
超导材料按化学组成可以分为
元素超导体 合金超导体 化合物超导体
人们把临界温度Tc达到液氮温度 (77K)以上的超导材料称为高温超 导材料
主要是具有较高临界温度的氧化 物超导体。
3.3.1 元素超导体
到目前为止，人们已发现在正常压力下 有28种元素、约5000种合金和化合物具有 超导电性的超导元素。
刷新了单一元素超导临界温度的最高纪录。 此前，锂以零下253摄氏度的超导临界温度 保持着这一“高温”冠军称号。
3.3.2 合金与化合物超导体
为了寻找较高临界温度的超导 材料，在50年代早期，科学家们 将注意力转向了合金和化合物。
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。
2008.3月25日，中国科技大学陈仙辉领导 的科研小组又报告，氟掺杂钐氧铁砷化合 物在临界温度43开尔文（零下230.15摄氏 度）时也变成超导体。
2008.3月28日，中国科学院物理研究所赵 忠贤领导的科研小组报告，氟掺杂镨氧铁 砷化合物的高温超导临界温度可达52开尔 文（零下221.15摄氏度）。
目前主要有：
①Nb、Ti类超导合金，其价格较低，易加工 处理，是制造超导体的重要材料。
②Nb3Sn和V3Ga等类金属互化物。超导化合 物的Tc值要比超导合金高，且可通过调整、 改进组成来进一步提高Tc值。
复合法制Nb3Sn,V3Ga线材
制成超导线或带,绕成线圈,导入电流,产生磁场用途: Power transmission 电力传输
德国Augsburg大学的科研人员近日宣布， 其经过研究发明了一种新型的超导电材料， 该超导电体具有强大的电力传输能力，如 果其得以广泛应用的话，将大大降低电力 输送线路的生产成本。这次他们研制的超 导电材料，其实是利用现有的超导电材料 制成，其工作性能良好，并且对生产工艺 要求不高。
3.3.3 高温超导材料发展历史
《日经产业新闻》2006年报道，日本大 阪大学教授清水克哉领导的小组将钙夹在 钻石中间，并向其施加压力，然后通过安 装在钻石上的电极测量电阻，分析钙电阻 的变化。结果发现，当压力超过300亿帕斯 卡时，电阻开始急剧变化。当压力增加到 1610亿帕斯卡时，钙在约零下248摄氏度 的条件下出现了超导现象。
1960年，昆兹勒发现了铌锡合金在 8.8万高斯磁场 中仍具有超导性。它正是第Ⅱ 类超导体。以后，又 陆续发现了若干铌系列合金超导体。
1973年，发现了铌锗合金，其临界温度 可达 23.2K，这一发现又激起了科学家们 寻找高温超导体的热情。 第Ⅱ类超导体发 现后，美国和英国的一些公司又花了近10 年时间开发可靠的超导 产品。
Air = 78% N2
1913 Nobel
75 yrs
1987朱经武(C.W.Chu)、吴茂昆 (M.K.Wu) discovered YBaCuO with Tc > 77K
1988 Nobel
1986年8月，IBM的苏黎士研究室的米勒教授和贝德诺 兹教授发现了一种铜氧化合物，它们在35K的温度下电阻 接近于0，一下子把超导温度提高了12度；1986年12月， 米勒教授和贝德诺兹教授发现了一种新型的陶瓷超导体 (此前超导体都是金属)，这种超导体把超导性的临界温度 又提高到了38K；
1987年初，美籍华人科学家朱经武教授和他的学生吴 茂琨发现了另外一种材料；钇－钡－铜－氧化物，使超导 记录提高到了93K。在这个温度区上，超导体可以用廉价 而丰富的液氮来冷却，
美国《科学》杂志网站报道说，物理学界认 为这是高温超导研究领域的一个“重大进 展”。
日本科学家首先报告说，氟掺杂镧氧铁砷 化合物在临界温度26开尔文（零下247.15 摄氏度）时，即具有超导特性。
NbTi 低温超导线材 Bi系 高温超导线材
超导线材相 对于一般线材 的不同在于没 有能量的消耗， 因为超导的零 电阻特性，电 子在晶格中运 动不会晶格碰 撞产生热能， 也就不会有能 量损耗的出 现！！
1998年7月，北京有研总院与其他单位共同研制成功 中国第一根一米长一千安培铋系高温超导直流输电模型 电缆。这项成果被两院院士列为当年中国十大科技进展。 此次研制成功的高温超导带材长一百一十六米，宽三点 六毫米，厚为零点二八毫米，以螺旋管方式缠绕，用四 引线法全长度测量，七十七Ｋ液氮温度（零下一百六十 九摄氏度）自场下临界电流达十二点七安培，各项技术 指标均达到国内领先水平。
表1给出了 超导元素的临界温度和OK时的 临界磁场
过度元素18种 非过度元素10种
正常压力下铌的临界温 度是超导元素中最高的， =9.26K；元素中临界温 度最低的是钨， =0.012K。
超导元素在周期表中的分布有如下的规律： ①碱金属Li、Na、K、Ru、Cs和良导体 Cu、Ag、Au等一
价元素均不是超导体； ②Cr、Mn、Fe、Ni、Co等铁磁性或反铁磁性元素也都不是
2008.4月13日该科研小组又有新发现： 氟掺杂钐氧铁砷化合物在压力环境下产生 作用，其超导临界温度可进一步提升至55 开尔文（零下218.15摄氏度）。
此外，中科院物理所闻海虎领导的科研小 组还报告，锶掺杂镧氧铁砷化合物的超导 临界温度为25开尔文（零下248.15摄氏 度）。
超导体; ③超导元素的价电子数有下列关系:2〈〈8； ④除个别例外，超导元素明显地可分为过渡金属和非过渡金
属两个集团。在过渡金属中,为Baidu Nhomakorabea数的元素,较高。当=5和 7时,出现峰值。对于非过渡金属，随 增大而单调地增高。
某些元素只有在高压下或低温底板上淀积为薄膜时才呈 现超导电性。前者如Cs、Ba、Y、Ce、Si、Ge、P、As、 Sb、Bi、Se、Te和Lu等；后者如Bi。在低温底板上淀积 W、Be、Ga、Al、In和Sn的薄膜，其与大块材料相比， 都有较大的提高。值得强调的是，稀土元素La在150kbar 压力下, 其高达12K。通常对少量杂质并不敏感，但磁性 杂质（如Ir和Mo）会使降低，甚至使超导电性消失。