超导体应用

超导体（材料）
• 在一定温度下具有超导电性的物体称为超导体 • 分类 超导体的分类没有唯一的标准，最常用的分类如下： 由物理性质分类：可分成第一类超导体（若超导相变属于一阶相变） 和第二类超导体（若超导相变属于二阶相变）。 由超导理论来分类：可分成传统超导体（若超导机制可用BCS理论 解释）和非传统超导体（若超导机制不能用BCS理论解释）。 由超导相变温度来分类：可分成高温超导体（若可用液态氮冷却就 形成超导体）和低温超导体（若需要其他技术来冷却）。 由材料来分类：它们可以是化学元素（如汞和铅）、合金（如铌钛 合金和铌锗合金）、陶瓷（如钇钡铜氧和二硼化镁）或有机超导 体（如富勒烯和碳纳米管，这可能都包括在化学元素之内，因为 它们是由碳组成）。
• 金属导体的电阻会随着温度降低而逐渐减少。然而，对于普通导体如铜和银， 即使接近绝对零度时，仍然保有最低的电阻值，这是纯度和其他缺陷的影响所 致。另一方面，超导体的电阻值在低于其"临界温度"时，一般出现在绝对温度 20 K或更低时会骤降为零。我们说一个理想的超导体应该具有较大的临界电流、 较高的临界磁场和较高的临界温度，特别是临界温度，它是制约超导技术获得 应用的关键。 • 从1911年到1986年，75年间从水银的4．2K提高到铌三锗的23．22K，才提高了 19K。 • 1986年，高温超导体的研究取得了重大的突破。掀起了以研究金属氧化物陶瓷 材料为对象，以寻找高临界温度超导体为目标的“超导热”。全世界有260多 个实验小组参加了这场竞赛。 • 1986年1月，美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世实验室科学家柏诺兹和缪 勒首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体，将超导温度提高到30K；紧接着，日 本东京大学工学部又将超导温度提高到37K；12月30日，美国休斯敦大学宣布， 美籍华裔科学家朱经武又将超导温度提高到40．2K。 • 1987年3月27日美国华裔科学家又发现在氧化物超导材料中有转变温度为240K 的超导迹象。
超导体材料的应用
超导现象（超导态）
• 超导现象是指材料在低于某一温度时，电阻变为零的现象， 而这一温度称为超导转变温度（Tc）。超导现象的特征是零 电阻和完全抗磁性 • 处于超导态的物体能够将磁力线排斥开来，这就是我们说的 完全抗磁性（p89)。若将磁性材料放在超导体的上斱，该材 料就会悬浮起来，这就是迈斯纳效应.
• 超导发电机
在电力领域，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高 到5万～6万高斯，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是 交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机 提高5～10倍，达1万兆瓦，而体积却减少1/2，整机重量减轻 1/3，发电效率提高50%。
• 磁流体发电机
磁流体发电机同样离丌开超导强磁体的帮助。磁流体发电，是 利用高温导电性气体（等离子体）作导体，并高速通过磁场 强度为5万～6万高斯的强磁场而发电。磁流体发电机的结构 非常简单，用于磁流体发电的高温导电性气体还可重复利用。
• 超导输电线路
超导材料还可以用于制作超导电线和超导变压器，从而把电力 几乎无损耗地输送给用户。据统计，目前的铜戒铝导线输电， 约有15%的电能损耗在输电线路上，光是在中国，每年的电 力损失即达1000多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当 于新建数十个大型发电厂。
Fra Baidu bibliotek
谢谢观看哦，想知道更多就自己听老师讲解啦，我能 讲的就这么多了
超导体的发现
• 超导发现
1911年，荷兰科学家卡末林—昂内斯用 液氦冷却汞，当温度下降到4.2K （﹣268.95℃）时，水银的电阻完全消失， 这种现象就是我人所说的超导现象。由此引 起了人们对超导体的好奇，展开了一系列的 研究。 • 例：1952年，科学家发现了合金超导体硅 化钒。1960-1961年美籍挪威人贾埃瓦用铝 做成隧道元件迚行超导实验，直接观测到了 超导能隙，证明了巴库斯理论等等。
注：超导现象可在各种不同的材料上发生，包括单纯的元素如锡和铝，各种 金属合金和一些经过布涂的半导体材料。超导现象不会发生在贵金属像是金 和银，也不会发生在大部分的磁性金属上
原理
• 1957年，美国物理学家约翰· 巴丁、库珀（Leon Cooper）、斲里弗（Robert Schrieffer）提出了以 他们名字首字母命名的BCS理论，用于解释超导现 象的微观机理。BCS理论认为：晶格的振动，称为 声子(Phonon)，使自旋和动量都相反的两个电子组 成动量为零的库珀对，称为电声子交互作用，所以 根据量子力学中物质波的理论，库珀对的波长很长 以至于其可以绕过晶格缺陷杂质流动从而无阻碍地 形成电流。巴丁、库珀、斲里弗因此获得1972年的 诺贝尔物理学奖。 丌过，BCS理论并无法成功的解 释所谓第二类超导，戒高温超导的现象。
广阔的超导应用
• 高温超导材料的用途非常广阔，大致可分为三类： 大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用） 和抗磁性应用。大电流应用即前述的超导发电、输 电和储能；电子学应用包括超导计算机、超导天线、 超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和 热核聚变反应堆等
• 超导磁悬浮列车 超导磁悬浮列车 利用超导材料的抗磁性，将超导 材料放在一块永久磁体的上斱，由于磁体的磁力线 丌能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力， 使超导体悬浮在磁体上斱。利用这种磁悬浮效应可 以制作高速超导磁悬浮列车。 • 超导磁体计算机 超导磁体计算机 高速计算机要求集成电路芯片上 的元件和连接线密集排列，但密集排列的电路在工 作时会发生大量的热，而散热是超大规模集成电路 面临的难题。超导计算机中的超大规模集成电路， 其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导 器件来制作，丌存在散热问题，同时计算机的运算 速度大大提高。此外，科学家正研究用半导体和超 导体来制造晶体管，甚至完全用超导体来制作晶体 管。
• 核聚变反应堆“磁封闭体” 核聚变反应堆“磁封闭体” 核聚变反应时，内 部温度高达1亿～2亿摄氏度，没有任何常规材料可 以包容这些物质。而超导体产生的强磁场可以作为 “磁封闭体”，将热核反应堆中的超高温等离子体 包围、约束起来，然后慢慢释放，从而使受控核聚 变能源成为21世纪前景广阔的新能源。
超群的超导磁体 超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。 由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗 磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得10万 高斯以上的稳态强磁场。而用常规导体做磁体，要 产生这么大的磁场，需要消耗3.5兆瓦的电能及大量 的冷却水，投资巨大。 超导磁体可用于制作交 流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。