第二章第二章 磁性材料与超导材料磁性材料与超导材料 第一节第一节 磁性材料磁性材料 具有强磁性的材料称为磁性材料 具有强磁性的材料称为磁性材料 磁性材料具有能量转换，存储或改变能磁性材料具有能量转换，存储或改变能量状态的功能，是重要的功能材料量状态的功能，是重要的功能材料 磁性材料广泛地应用于计算机、通讯、 磁性材料广泛地应用于计算机、通讯、自动化、音像、电视、仪器和仪表、航空航自动化、音像、电视、仪器和仪表、航空航天、农业、生物与医疗等技术领域天、农业、生物与医疗等技术领域 n 5000年前：天然磁石年前：天然磁石(Fe3O4) n 2300年前：天然磁石，年前：天然磁石，“司南司南”，指南仪，指南仪 n 1086年：年：沈括沈括，，《《梦溪笔谈梦溪笔谈》》，指南针，指南针 n 1119年：年：朱或朱或，，《《萍洲可谈萍洲可谈》》，罗盘，航海，罗盘，航海 n 1405-1432年：年：郑和郑和，指南仪，航海，指南仪，航海 n 1488-1521年：年：哥伦布，伽马，麦哲伦哥伦布，伽马，麦哲伦，指南，指南 仪，航海发现仪，航海发现磁学发展史磁学发展史 u 十七世纪：英国，威廉十七世纪：英国，威廉.吉伯吉伯 ，，《《磁体磁体 》》 u 十八世纪：法国，库仑，十八世纪：法国，库仑， 库仑定律库仑定律 u 十九世纪十九世纪 1820年：丹麦，年：丹麦，奥斯特奥斯特，电流产生磁场，电流产生磁场 1831年：英国，年：英国，法拉第法拉第，电磁感应现象，电磁感应现象 1873年：英国，年：英国，麦克斯韦麦克斯韦，统一电磁理论，统一电磁理论 1899年：法国，年：法国，居里居里，居里温度，磁性转变，居里温度，磁性转变 u 二十世纪二十世纪 1905：法国，：法国，郎之万郎之万基于统计力学理论解释了基于统计力学理论解释了顺磁性随温度的变化。
顺磁性随温度的变化 1907：法国，：法国，外斯外斯提出分子场理论，扩展了郎提出分子场理论，扩展了郎之万的理论之万的理论 1921：奥地利，：奥地利，泡利泡利提出玻尔磁子作为原子磁提出玻尔磁子作为原子磁矩的基本单位美国，矩的基本单位美国，康普顿康普顿提出电子也具有提出电子也具有自旋相应的磁矩自旋相应的磁矩 1928：：英英国国，，狄狄拉拉克克用用相相对对论论量量子子力力学学完完美美地地解解释释了了电电子子的的内内禀禀自自旋旋和和磁磁矩矩，，并并与与德德国国物物理理学学家家海海森森伯伯一一起起证证明明了了静静电电起起源源的的交交换换力力的的存存在在，，奠奠定了现代磁学的基础定了现代磁学的基础 1936：：苏苏联联，，郎郎道道完完成成了了巨巨著著“理理论论物物理理学学教教程程”，，其其中中包包含含全全面面而而精精彩彩地地论论述述现现代代电电磁磁学学和和铁铁磁磁学学的篇章 1936-1948：：法法国国，，奈奈耳耳提提出出反反铁铁磁磁性性和和亚亚铁铁磁磁性性的概念和理论的概念和理论 1967：：奥奥地地利利，，斯斯奈奈特特在在量量子子磁磁学学的的指指导导下下发发现现了了磁磁能能积积空空前前高高的的稀稀土土磁磁体体(SmCo5)，，从从而而揭揭开开了永磁材料发展的新篇章了永磁材料发展的新篇章。
1974：第二代稀土永磁：第二代稀土永磁Sm2Co17问世 1982：第三代稀土永磁：第三代稀土永磁Nd2Fe14B问世 1990：原子间隙磁体：原子间隙磁体Sm-Fe-N问世 1991：：德德国国，，克克内内勒勒提提出出了了双双相相复复合合磁磁体体交交换换作作用的理论基础，用的理论基础，指出了纳米晶磁体的发展前景指出了纳米晶磁体的发展前景 ⑴⑴ 磁性材料的分类磁性材料的分类 ①① 按化学组成分类按化学组成分类 金属磁性材料、非金属 金属磁性材料、非金属(铁氧体铁氧体)磁性磁性材料材料 ②② 按磁化率大小分类按磁化率大小分类 顺磁性、反磁性、铁磁性、反铁磁 顺磁性、反磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性性、亚铁磁性 ③③ 按功能分类按功能分类 软磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩 软磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩磁材料、旋磁材料、压磁材料、磁材料、旋磁材料、压磁材料、 泡磁材料、泡磁材料、磁光材料、磁记录材料磁光材料、磁记录材料 ⑵⑵ 磁化强度磁化强度M 宏观磁体由许多具有固有磁矩的原子宏观磁体由许多具有固有磁矩的原子组成 当原子磁矩同向平行排列时，宏观磁 当原子磁矩同向平行排列时，宏观磁体对外体对外显示显示的磁性最强。
的磁性最强 当原子磁矩紊乱排列时，宏观磁体对 当原子磁矩紊乱排列时，宏观磁体对外外不显示不显示磁性 宏观磁体单位体积在某一方向 宏观磁体单位体积在某一方向的磁矩称为磁化强度的磁矩称为磁化强度M：： M = ∑ 原子原子/V ⑶⑶ 磁化率磁化率 及磁导率及磁导率 任何物质在外磁场作用下，除了任何物质在外磁场作用下，除了外外磁场磁场H外，由于物质内部原子磁矩的有外，由于物质内部原子磁矩的有序排列，还要产生一个序排列，还要产生一个附加的磁场附加的磁场M 在物质内部外磁场和附加磁场的总和 在物质内部外磁场和附加磁场的总和称为称为磁感应强度磁感应强度B B = o(H+M) o -- 真空磁导率真空磁导率 = M / H -- 磁化率磁化率 = B / H -- 磁导率磁导率 ①① 铁磁性物质铁磁性物质 具有极高的磁化 具有极高的磁化率，磁化易达到饱和率，磁化易达到饱和的物质。
的物质 如 如Fe，，Co，， Ni，， Gd等金属及其合金称等金属及其合金称为铁磁性物质为铁磁性物质 磁矩的排列与磁性的关系磁矩的排列与磁性的关系 铁磁性铁磁性 m= 10-2 ~106磁磁场场 ⑷⑷ 磁性的起源磁性的起源 ②② 亚铁磁性物质亚铁磁性物质磁矩的排列与磁性的关系磁矩的排列与磁性的关系 亚铁磁性亚铁磁性 m= 10-2 ~106磁磁场场 如铁氧体如铁氧体(M2+Fe23+O4)等，等，是一些复杂的金属化合物，是一些复杂的金属化合物，比铁磁体更常见比铁磁体更常见它们相邻原子的磁矩反向平它们相邻原子的磁矩反向平行，但彼此的强度不相等，行，但彼此的强度不相等，具有高磁化率和居里温度具有高磁化率和居里温度 ③③ 顺磁性物质顺磁性物质 存在未成对电子 存在未成对电子 → 永久永久磁矩La，，Pr，，MnAl，，FeSO4·7H2O，， Gd2O3 …；；在居里温度以上的铁磁性在居里温度以上的铁磁性金属金属Fe, Co, Ni等 居里温度居里温度 由铁磁性或亚由铁磁性或亚铁磁性转变为顺磁性的临铁磁性转变为顺磁性的临界温度称为居里温度界温度称为居里温度(Tc)顺磁性顺磁性 m=10-6 ~10-5磁磁场场 磁矩的排列与磁性的关系磁矩的排列与磁性的关系磁矩的排列与磁性的关系磁矩的排列与磁性的关系 ④④ 反磁性物质反磁性物质 不存在不存在未成对电子未成对电子 → 没有永没有永久磁矩。
惰性气体，不久磁矩惰性气体，不含过渡元素的离子晶体，含过渡元素的离子晶体，共价化合物和所有的有共价化合物和所有的有机化合物，某些金属和机化合物，某些金属和非金属磁矩的排列与磁性的关系磁矩的排列与磁性的关系 反磁性反磁性 m= -10-5 ~-10-6磁磁场场 ⑤⑤ 反反铁铁磁磁性性物物质质 FeO，，FeF3，，NiF3，，NiO，， MnO，， 各各 种种锰锰盐盐以以及及部部分分铁铁氧氧体体ZnFe2O4等等，，它它们们相相邻邻原原子子的的磁磁矩矩反反向向平平行行，，而而且且彼彼此此的的强强度度相相等等，，没没有有磁性反铁磁性反铁磁性 m= 10-2 ~10-5磁磁场场 磁矩的排列与磁性的关系磁矩的排列与磁性的关系 ⑸⑸ 磁性材料（按功能分）磁性材料（按功能分） 硬硬磁性材料磁性材料 外磁场撤去后，不易去磁，具有外磁场撤去后，不易去磁，具有很强的剩磁很强的剩磁 应用：永磁体应用：永磁体软软磁性材料磁性材料 外磁场撤去后，容易去磁，外磁场撤去后，容易去磁，没有明显的剩磁没有明显的剩磁 应用：电磁铁应用：电磁铁 退磁退磁原来有磁性的物体，失去磁性的现象原来有磁性的物体，失去磁性的现象方法：方法：（（1 1）高温）高温（（2 2）剧烈振动）剧烈振动（（3 3）逐渐减弱的交变磁场的作用）逐渐减弱的交变磁场的作用 稀土永磁材料稀土永磁材料钴钴基永磁材料基永磁材料铁铁基永磁材料基永磁材料: :代表是代表是R-Fe-BR-Fe-B，如，如NdFeBNdFeB1:51:5型型 R-Co R-Co，，R R代表稀土，如：代表稀土，如：SmCoSmCo5 52:17型型 R-Co，，R代表稀土，如：代表稀土，如：Sm2Co17 下面下面重点介绍一下永磁重点介绍一下永磁 NdFeB NdFeB，其典型合金成份为，其典型合金成份为NdNd1515FeFe8 8B B7777 19831983年日本住友特种金属公司和美国年日本住友特种金属公司和美国GMGM公司几乎同时研制公司几乎同时研制出出NdFeBNdFeB合金。
后来又用合金后来又用CoCo替代部分替代部分FeFe，提高居里温度；用，提高居里温度；用DyDy或或TbTb取代部分取代部分Nd Nd ，提高矫顽力，改善磁体的高温性能这类，提高矫顽力，改善磁体的高温性能这类稀土永磁材料的稀土永磁材料的性能特点是性能特点是：：①①磁能积比非稀土永磁大磁能积比非稀土永磁大4 4倍以倍以上上, ,因此在相同磁能积条件下因此在相同磁能积条件下, ,使用稀土永磁可缩小体积使用稀土永磁可缩小体积, ,便于便于设备、仪表小型化、轻量化；设备、仪表小型化、轻量化；②②矫顽力是铁氧体的矫顽力是铁氧体的3-53-5倍倍, ,利用利用此性质可以制作较薄的磁体此性质可以制作较薄的磁体;③;③剩磁与剩磁与AlNiCoAlNiCo相当相当, ,比铁氧体高比铁氧体高二倍 目前 目前, ,稀土永磁的应用已遍及电动机械、电器仪表与电音稀土永磁的应用已遍及电动机械、电器仪表与电音设备，如扬声器、传感器；磁轴承和强力磁选机；电子及离子设备，如扬声器、传感器；磁轴承和强力磁选机；电子及离子束控制装置，如磁控制管和粒子加速器；医疗保键，如核磁共束控制装置，如磁控制管和粒子加速器；医疗保键，如核磁共振层析仪、心脏起博器及磁疗设备等。
整个西方世界产量的一振层析仪、心脏起博器及磁疗设备等整个西方世界产量的一半用于硬盘驱动器用电机 半用于硬盘驱动器用电机 （（6 6）） 磁性功能材料磁性功能材料应用领域应用领域 我国磁性材料的生产在国际上占有重要的地位我国磁性材料的生产在国际上占有重要的地位. .其中其中, ,永磁铁永磁铁氧体的产量达氧体的产量达11×1011×104 4ｔｔ, ,居世界首位居世界首位; ;软磁铁氧体产量软磁铁氧体产量4×104×104 4ｔｔ, ,居世界前列居世界前列; ;稀土永磁产量稀土永磁产量43004300ｔｔ, ,居世界第二居世界第二. .但是但是, ,目前我国生产的磁性材料基本上是低性能、低附加值目前我国生产的磁性材料基本上是低性能、低附加值材料材料, ,与发达国家存在较大的差距，产值与产量不相称与发达国家存在较大的差距，产值与产量不相称. . . .我国磁性材料的产量与需求我国磁性材料的产量与需求 在在传传统统工工业业中中的应用的应用磁性材磁性材料的应料的应用用生生物物界界和和医医学学界的磁应用界的磁应用军军事事领领域域的的磁磁应用应用考考古古天天文文地地址址采采矿矿界领域的磁应用界领域的磁应用 • • 磁盘存储磁盘存储 所谓磁存储就是以记录磁场方向的方式或磁场的有无来储存资料。
所谓磁存储就是以记录磁场方向的方式或磁场的有无来储存资料数据在磁片上以磁化的点来表示，数据在磁片上以磁化的点来表示，被磁化的点代表被磁化的点代表1 1，没有被磁化的点代表，没有被磁化的点代表0 0 电饭锅 日常使用的电饭锅利用了磁性材料的居里点的特性在电饭锅的底部中央装了一块磁铁和一块居里点为105℃的磁性材料当锅里的水分干了以后，食品的温度将从100度上升当温度到达大约105度时，由于被磁铁吸住的磁性材料的磁性消失，磁铁就对它失去了吸力，这时磁铁和磁性材料之间的弹簧就会把它们分开，同时带动电源开关被断开，停止加热 电磁炉电磁炉 电磁炉的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场这电磁炉的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场这一随时间变化的磁场导致在金属煲内产生一感应电场金属煲内的电子受一随时间变化的磁场导致在金属煲内产生一感应电场金属煲内的电子受电场影响进行运动由于有电阻，电子运动时会放出大量热能，这些热能电场影响进行运动由于有电阻，电子运动时会放出大量热能，这些热能便可用作煮食便可用作煮食 金属煲的电阻必须足够大，才能产生足够的热量，所以一般只能选用金属煲的电阻必须足够大，才能产生足够的热量，所以一般只能选用铁和不锈钢煲，铜煲就不大可能，更不能用玻璃、陶瓷、塑料等。
铁和不锈钢煲，铜煲就不大可能，更不能用玻璃、陶瓷、塑料等 特点：• 直接发热，热效率高达90% • 炉面无明火，无烟无废气 • 电磁火力强劲，安全可靠 传统传统工业工业 在在医医学学上上，，利利用用核核磁磁共共振振可可以以诊诊断断人人体体异异常常组组织织，，判判断断疾疾病病，，这这就就是是我我们们比比较熟悉的核磁共振成像较熟悉的核磁共振成像利利用用磁磁性性纳纳米米材材料料表表面面功功能能基基团团与与可可识识别别病病兆兆的的功功能能分分子子进进行行耦耦联联，，是是实实现现磁磁性性纳纳米米晶晶体体在在疾疾病病鉴鉴别别诊诊断断中中应应用的最可行的手段之一用的最可行的手段之一生物生物医学医学 电电磁磁炮炮是是把把炮炮弹弹放放在在螺螺线线管管中中，，螺螺线线管管产产生生的的磁磁场场对对炮炮弹弹将将产产生生巨巨大大的的推推动动力力将将炮炮弹弹射射出出的的一一种种新新型型武武器器““电电磁磁式式武武器器””类类似似的的还还有有电电磁导弹等磁导弹等军事军事领域领域 磁性是从宇宙天体到基本粒子普存的学科磁性是从宇宙天体到基本粒子普存的学科地球磁场地球磁场地球就是一块巨大的磁铁，它的地球就是一块巨大的磁铁，它的N N极在极在地理的南极附近，而地理的南极附近，而S S极在地理的北极极在地理的北极附近附近. . 北北极极光光是是太太阳阳风风中中的的粒粒子子（（高高能能带带电电粒粒子子流流））和和地地磁磁场场相相互互作作用用的的结结果果。
当当它它们们到到达达地地球球时时，，与与地地磁磁场场发发生生相相互互作作用用，，使使得得这这些些粒粒子子向向南南北北极极运运动动和和聚聚集集，，并并且且和和地地球球高高空空的的稀稀薄薄气气体体相相碰碰撞撞，，结结果果使使气气体体分分子子受受激发，从而发光激发，从而发光 太太阳阳黑黑子子是是太太阳阳上上磁磁场场活活动动非非常常剧剧烈烈的的区区域域太太阳阳黑黑子子的的爆爆发发对对我我们们的的生生活活会会产产生生影影响响，，例例如如使使得得无无线线电电通通信信暂暂时时中中断断等等因因此此，，研研究究太太阳阳黑黑子子对我们有重要意义对我们有重要意义 磁悬浮列车 上海磁悬浮列车上海磁悬浮列车 平均时速平均时速300300公里公里/ /小时，最高时速小时，最高时速430430公里公里/ /小时小时 磁悬浮列车是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车 磁悬浮列车也有两种相应的形式：一种是电磁型，也称吸力型、常导型另一种是电动型，也称斥力型、超导型 磁悬浮列车原理磁悬浮列车原理 两种磁悬浮列车系统的结构示意图：(a)电磁型；(b)电动型 磁制冷冰箱磁制冷冰箱磁制冷是一种以磁性材料磁制冷是一种以磁性材料为工质的制冷技术为工质的制冷技术 ，基本，基本原理是借助磁制冷材料的原理是借助磁制冷材料的磁热效应即磁制冷材料等磁热效应即磁制冷材料等温磁化时向外界放出热量，温磁化时向外界放出热量，而等温退磁时从外界吸取而等温退磁时从外界吸取热量，以达到制冷目的热量，以达到制冷目的 第二节 超导材料第二节 超导材料 超导材料是一种 超导材料是一种没有电阻没有电阻的材料，既的材料，既能能节约能量节约能量，减少电能因电阻而消耗的能，减少电能因电阻而消耗的能量，还能把量，还能把电流储存电流储存起来，供急需时使用。
起来，供急需时使用 自从世界上以 自从世界上以电力电力电力电力作为作为主要动力主要动力主要动力主要动力以来，就遇以来，就遇到两个令人头痛的到两个令人头痛的问题问题问题问题：： １、是在输送电流时，不少 １、是在输送电流时，不少电力因导线有电电力因导线有电电力因导线有电电力因导线有电阻阻阻阻而发热，白白损失了相当的能量而发热，白白损失了相当的能量 ２、 ２、白天白天白天白天的电力常常严重不足，而的电力常常严重不足，而深夜深夜深夜深夜的电的电力又大大富余，使得发电机常常白天超负荷运转，力又大大富余，使得发电机常常白天超负荷运转，深夜时却空转，电力白白浪费了深夜时却空转，电力白白浪费了 能不能把夜间富余的 能不能把夜间富余的电力储存电力储存起来用以起来用以弥补白天电力不足的难题呢弥补白天电力不足的难题呢? 自从有了 自从有了超导材料超导材料以来，解决这个问题以来，解决这个问题就大有希望了就大有希望了 一、超导材料的发展历程一、超导材料的发展历程 1911年，科学家发现，金属的年，科学家发现，金属的电阻电阻和和它的它的温度温度条件有很大关系：条件有很大关系： 温度高时，它的电阻就增加，温度低 温度高时，它的电阻就增加，温度低时电阻减少。
并总结出一个时电阻减少并总结出一个金属电阻与温金属电阻与温度之间的关系度之间的关系的理论公式的理论公式 当时，荷兰物理学家 当时，荷兰物理学家昂尼斯昂尼斯昂尼斯昂尼斯为检验为检验金属电阻与金属电阻与温度之间的关系的理论公式温度之间的关系的理论公式的正确性，就用的正确性，就用水银水银水银水银作作试验 将水银冷却到 将水银冷却到-40℃时，亮晶晶的液体水银变成时，亮晶晶的液体水银变成了固体；然后，他把水银拉成细丝，并继续降低温了固体；然后，他把水银拉成细丝，并继续降低温度，同时测量不同温度下固体水银的电阻，当温度度，同时测量不同温度下固体水银的电阻，当温度降低列降低列4 K4 K时时时时，水银的，水银的电阻突然变成了零电阻突然变成了零电阻突然变成了零电阻突然变成了零 开始他不太相信这一结果、于是反复试验， 开始他不太相信这一结果、于是反复试验，但都是一样这一发现轰动了世界的物理学界，但都是一样这一发现轰动了世界的物理学界，后来科学家把这个现象叫后来科学家把这个现象叫超导现象超导现象超导现象超导现象，把，把电阻等电阻等电阻等电阻等于零的材料于零的材料于零的材料于零的材料称称超导材料超导材料超导材料超导材料，而把出现超导现象的，而把出现超导现象的温度称作超导材料的温度称作超导材料的“临界温度临界温度”。
昂尼斯和许多科学家后来又发现了 昂尼斯和许多科学家后来又发现了2828种超导种超导种超导种超导元素元素元素元素和和80008000多种超导化合物多种超导化合物多种超导化合物多种超导化合物材料但出现超导现材料但出现超导现象的临界温度大多在象的临界温度大多在接近绝对零度接近绝对零度接近绝对零度接近绝对零度的极低温，没的极低温，没有什么经济价值，因为制造这种极低的温度，本有什么经济价值，因为制造这种极低的温度，本身就很花钱而又很困难身就很花钱而又很困难 为了寻找为了寻找临界温度比较高临界温度比较高临界温度比较高临界温度比较高的的没有电阻没有电阻没有电阻没有电阻的材的材料，世界上无数科学家奋斗了近料，世界上无数科学家奋斗了近60年，也没年，也没有取得什么进展有取得什么进展 直到 直到1973年，英、美一些科学家才找到年，英、美一些科学家才找到一种在一种在23K23K出现超导现象的出现超导现象的铌锗合金铌锗合金铌锗合金铌锗合金此后这一记录又保持了一记录又保持了10多年 到了到了1986年，在瑞士年，在瑞士IBM公司研究室工作的公司研究室工作的贝特诺茨贝特诺茨贝特诺茨贝特诺茨和和缪勒缪勒缪勒缪勒从别人多次失败中总结教训，放从别人多次失败中总结教训，放弃了在弃了在金属和合金金属和合金金属和合金金属和合金中寻找超导材料的老观念，终中寻找超导材料的老观念，终于发现一种于发现一种钇钡铜氧陶瓷氧化物钇钡铜氧陶瓷氧化物钇钡铜氧陶瓷氧化物钇钡铜氧陶瓷氧化物材料在材料在43K43K这一这一较高温度下出现超导现象。
这是一个了不起的成较高温度下出现超导现象这是一个了不起的成就，因此他们两人同时获得了就，因此他们两人同时获得了1987年的诺贝尔物年的诺贝尔物理学奖 此后，美籍华人学者 此后，美籍华人学者朱经武朱经武，中国物理，中国物理学家学家赵忠贤赵忠贤在在1987年相继发现了在年相继发现了在78.5 K 和和98 K时出现超导现象的时出现超导现象的钇钡铜氧系钇钡铜氧系高温超导高温超导材料 不久又发现 不久又发现铋锶钙铜氧系铋锶钙铜氧系高温超导合金，高温超导合金，在在110K的温度就有超导现象的温度就有超导现象 而后 而后朱经武朱经武发现的发现的铊钡钙铜氧系铊钡钙铜氧系合金合金的超导温度更接近室温，达的超导温度更接近室温，达120K 199l年，美国和日本的科学家又发现了年，美国和日本的科学家又发现了球状碳分子球状碳分子ＣＣ-60在掺在掺钾钾、、铯铯、、钕钕等元素后，等元素后，也有也有超导性超导性 科学家预料，球状碳分子Ｃ 科学家预料，球状碳分子Ｃ--60掺杂金掺杂金属后，有可能在属后，有可能在室温下出现超导室温下出现超导现象，那时，现象，那时，超导材料就有可能超导材料就有可能像半导体材料一样像半导体材料一样，在世，在世界引起一场工业和技术革命。
界引起一场工业和技术革命 1995年年美美国国国国立立洛洛斯斯阿阿拉拉莫莫斯斯实实验验室室的的科科学学家家已已经经把把高高温温超超导导体体制制成成柔柔韧韧的的细细带带状状，，由于没有电阻，其导电性是铜丝的由于没有电阻，其导电性是铜丝的1200多倍 1996年，日本电气公司制出年，日本电气公司制出长一千米长一千米的高温超导线材的高温超导线材，电流密度达到，电流密度达到6000A/cm2，这种线材已达到了实用化的，这种线材已达到了实用化的水平 水平 超导材料 超导材料在液氮以上温度在液氮以上温度工作，可以说工作，可以说是是20世纪内科学技术上的重大突破，也是超世纪内科学技术上的重大突破，也是超导技术发展史上的一个新的里程碑至今，导技术发展史上的一个新的里程碑至今，对高温超导材料的研究仍然方兴未艾对高温超导材料的研究仍然方兴未艾 二、二、 超导体的三个临界参数超导体的三个临界参数 1911年，荷兰物理学家昂内斯年，荷兰物理学家昂内斯(Onnes H K)在成功地将氦气液化、获得在成功地将氦气液化、获得4.2K的的超低温超低温超低温超低温后，开后，开始研究超低温条件下始研究超低温条件下金属电阻的变化金属电阻的变化金属电阻的变化金属电阻的变化，结果发现：，结果发现：当温度下降至当温度下降至4.2K时，汞电阻突然消失了！时，汞电阻突然消失了！这就这就是超导现象，此时的温度称为是超导现象，此时的温度称为超导临界温度超导临界温度超导临界温度超导临界温度TcTc。
零电阻零电阻是超导体最基本的特性，它意味是超导体最基本的特性，它意味着着电流可以在超导体内无损耗地流动电流可以在超导体内无损耗地流动，使电，使电力的无损耗传输成为可能；力的无损耗传输成为可能； 同时，零电阻允许有远高于常规导体的 同时，零电阻允许有远高于常规导体的载流密度载流密度，可用以形成，可用以形成强磁场强磁场或或超强磁场超强磁场 发发现现超超导导电电性性后后，，昂昂昂昂内内内内斯斯斯斯即即着着手手用用超超超超导导导导体体体体来来绕绕制制强强强强磁磁磁磁体体体体，，但但出出乎乎他他的的意意料料，，超超导导体体在在通通上上不不大大的的电电流流后后，，超超导导电电性性就就被被破破坏坏了了，，即即超超超超导导导导体体体体具具具具有临界电流有临界电流有临界电流有临界电流IcIc 此后，又发现了超导体的 此后，又发现了超导体的临界磁场临界磁场临界磁场临界磁场HcHc Ic和和Hc也也是是超超导导体体的的基基本本特特性性，，是是实实现现超超导导体强电应用的必要条件体强电应用的必要条件 临界临界临界临界温度（温度（温度（温度（Tc）、）、临界电流（临界电流（临界电流（临界电流（IcIc ））和和临界磁场临界磁场临界磁场临界磁场（（（（HcHc ））是是“约束约束”超导现象的三大临界条件。
超导现象的三大临界条件 三者具有明显的相关性，只有 三者具有明显的相关性，只有当超导体同时处当超导体同时处当超导体同时处当超导体同时处于三个临界条件以内于三个临界条件以内于三个临界条件以内于三个临界条件以内，即处于如图所示的，即处于如图所示的三角锥形三角锥形三角锥形三角锥形曲面内侧曲面内侧曲面内侧曲面内侧，才具有超导电性才具有超导电性 三角锥形曲面内侧三角锥形曲面内侧超导电性的超导电性的超导电性的超导电性的T--I--HT--I--H临界面临界面临界面临界面 超导材料基本物理特性： 超导材料基本物理特性： 临界温度临界温度Tc、、临界磁场临界磁场Hc和和临界电流临界电流Ic三个临界值 三个临界值 超导材料只有处在这些临界值以下的状态时超导材料只有处在这些临界值以下的状态时才显示超导性，所以才显示超导性，所以临界值越高临界值越高，实用性就，实用性就强，利用价值就越高强，利用价值就越高 三、超导材料的基本特性三、超导材料的基本特性 1．零电阻效应．零电阻效应 2．超导体的完全抗磁性（迈斯纳效应）．超导体的完全抗磁性（迈斯纳效应） 1．零电阻效应．零电阻效应 当温度 当温度T下降至某一数值下降至某一数值以下时，超导体以下时，超导体的电阻突然变为零，这就称为超导体的的电阻突然变为零，这就称为超导体的零电阻零电阻效应效应，也称为，也称为超导电性超导电性。
下图是汞在液氦温度附近电阻的变化行为 下图是汞在液氦温度附近电阻的变化行为 汞在液氦温度附近电阻的变化行为汞在液氦温度附近电阻的变化行为 超导临界温度 超导临界温度Tc虽然与样品纯度虽然与样品纯度无关无关,但是越均匀但是越均匀纯净的样品超导转纯净的样品超导转变时的变时的电阻陡降电阻陡降电阻陡降电阻陡降越越尖锐 2．超导体的完全抗磁性（迈斯纳效应）．超导体的完全抗磁性（迈斯纳效应） 指超导体处于外界磁场中， 指超导体处于外界磁场中，磁力线磁力线无法穿无法穿透，超导体内的透，超导体内的磁通量磁通量为零 1933年，年，迈斯纳迈斯纳迈斯纳迈斯纳(Meissner W)发现，只要温发现，只要温度低于超导临界温度，则置于度低于超导临界温度，则置于外磁场中的超导体外磁场中的超导体外磁场中的超导体外磁场中的超导体就始终保持其就始终保持其内部磁场为零内部磁场为零内部磁场为零内部磁场为零，外部磁场的磁力线，外部磁场的磁力线统统被排斥在超导体之外统统被排斥在超导体之外 即便是原来处在磁场中的 即便是原来处在磁场中的正常态正常态正常态正常态样品，当温度样品，当温度下降使它变成下降使它变成超导体超导体超导体超导体时，也会把原来在体内的磁场时，也会把原来在体内的磁场完全排出去，即完全排出去，即超导体具有完全抗磁性超导体具有完全抗磁性超导体具有完全抗磁性超导体具有完全抗磁性。
这一现象这一现象被称为被称为迈斯纳效应迈斯纳效应迈斯纳效应迈斯纳效应，它是超导体的另一个独立的基，它是超导体的另一个独立的基本特性 超导体内 超导体内磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B总是等于零，即金属在超导电总是等于零，即金属在超导电状态的状态的磁化率磁化率磁化率磁化率为为 =M/H=-1, B= 0(1+ )H=0 超导体内的磁化率为 超导体内的磁化率为-1(M为磁化强度，为磁化强度，B0＝＝ 0 H)超导体的完全抗磁性如下图所示：超导体的完全抗磁性如下图所示： 液液氮氮环环境境下下的的超超导导实实验验 由迈斯纳效应可知，超导体 由迈斯纳效应可知，超导体在静磁场中的行为在静磁场中的行为在静磁场中的行为在静磁场中的行为可可以近似地用以近似地用“完全抗磁体完全抗磁体完全抗磁体完全抗磁体”来描述利用这一特性，可来描述利用这一特性，可以实现以实现磁悬浮磁悬浮磁悬浮磁悬浮 仅从超导体的 仅从超导体的零电阻现象零电阻现象出发，得不到出发，得不到迈斯纳效应迈斯纳效应同样，用同样，用迈斯纳效应迈斯纳效应也不能描也不能描述述零电阻现象零电阻现象。
因此， 因此，迈斯纳效应迈斯纳效应和和零电阻性质零电阻性质是超导是超导态的态的两个独立的基本属性两个独立的基本属性，衡量一种材料是，衡量一种材料是否具有超导电性必须看是否否具有超导电性必须看是否同时具有同时具有零电阻零电阻和和迈斯纳效应迈斯纳效应 根据上述超导材料的两个基本特征，可 根据上述超导材料的两个基本特征，可以看出：以看出： 超导体超导体是指某种物质冷却到某一温度时是指某种物质冷却到某一温度时电阻突然变为零电阻突然变为零，同时物质内部，同时物质内部失去磁通失去磁通成成为完全抗磁性的物质为完全抗磁性的物质 超导材料的 超导材料的组成元素组成元素组成元素组成元素有有金属金属金属金属、、类金属类金属类金属类金属和和非金属非金属非金属非金属元素，在元素周期表上的位置如图所示元素，在元素周期表上的位置如图所示 在元素周期表相应位置的元素中，有的 在元素周期表相应位置的元素中，有的可由可由单一元素单一元素制成超导材科，但绝大多数超制成超导材科，但绝大多数超导材料是由多种元素构成的导材料是由多种元素构成的合金合金、、化合物化合物或或陶瓷陶瓷 下表中列出了代表性的 下表中列出了代表性的超导材料超导材料及及ＴＴc值值。
超导材料及Ｔ超导材料及Ｔc值值 在上述 在上述超导特性超导特性被发现后，对超导电性被发现后，对超导电性的的理论研究理论研究即已开始，但直到即已开始，但直到20世纪世纪50年代年代建立了建立了超导电性的微观理论超导电性的微观理论，人们才对金属，人们才对金属超导体的超导行为获得了满意的解释超导体的超导行为获得了满意的解释 四、传统超导电体的超导电性理论四、传统超导电体的超导电性理论(1) 唯象理论唯象理论①① 二流体模型二流体模型②② 伦敦方程伦敦方程③③ 金兹堡金兹堡--朗道理论朗道理论 (2) 传统超导体的微观机制传统超导体的微观机制 ①① 同位素效应同位素效应 ②②超导能隙超导能隙 ③③库柏电子对库柏电子对 ④④ 相干长度相干长度 ⑤⑤ BCS理论理论 六、六、 超导材料的分类超导材料的分类 ⑴⑴ 常规超导体常规超导体 ⑵⑵ 高温超导体高温超导体(HTS) ⑶⑶ 其它类型超导体其它类型超导体 ⑴⑴ 常规超导体常规超导体 相对于 相对于高温超导体高温超导体而言，而言，元素元素、、合金和合金和化合物化合物的的超导转变温度较低超导转变温度较低 (以液氮温度以液氮温度77K为界为界)，因此这类超导体被称为，因此这类超导体被称为常规超导体常规超导体。
①① 元素超导体元素超导体(50多种多种) 一些元素一些元素在常压或高压下在常压或高压下具有超导电具有超导电性能，另外一些元素性能，另外一些元素经特殊处理后经特殊处理后显示出显示出超导电性由于超导电性由于临界电流和临界磁场均较临界电流和临界磁场均较小小，所以元素超导体很难实用化所以元素超导体很难实用化 ②② 合金超导体合金超导体 超导合金超导合金在技术上有重要价值，它们具有在技术上有重要价值，它们具有较高的临界温度较高的临界温度和和特别高的临界磁场特别高的临界磁场以及以及临临界电流界电流超导合金具有超导合金具有塑性好塑性好，，易于大量生易于大量生产产，，成本低成本低等优点 最早出售的最早出售的超导线材超导线材超导线材超导线材是是Nb--Zr系，用于制造系，用于制造超导磁体超导磁体超导磁体超导磁体Nb--Zr合金具有合金具有低磁场高电流低磁场高电流低磁场高电流低磁场高电流的特点1965年后被年后被加工性能好加工性能好加工性能好加工性能好、、临界磁场高临界磁场高临界磁场高临界磁场高、、成本低成本低成本低成本低的的Nb--Ti所取代 目前 目前Nb-Ti系合金实用的线材使用最广，系合金实用的线材使用最广，Nb--Zr--Ti，，Nb--Ti--Ta，，Nb--Ti--Zr--Ta用于用于磁磁流体发电机流体发电机大型磁体大型磁体大型磁体大型磁体。
③③ 化合物超导体化合物超导体 Nb3 Sn 和和 V3 Ga 是最先引起人们的注意的，是最先引起人们的注意的，其次是其次是Nb3 Ga、、Nb3 Al、、Nb3 (Al Ga) 实际能够实用的只有 实际能够实用的只有Nb3 Sn和和V3 Ga两种 两种 其它的化合物因其它的化合物因难于加工线材难于加工线材还不能实用还不能实用 复复合合法法制制备备Nb3Sn,V3Ga线线材材 ⑵⑵ 高温超导体高温超导体(HTS) 一些复杂的一些复杂的氧化物陶瓷氧化物陶瓷具有具有高的转变温高的转变温度度，其临界温度超过了，其临界温度超过了77K，可在液氮的温，可在液氮的温度下工作，称为度下工作，称为高温超导体高温超导体 (C)萤石萤石(F型型)(AX2) (a)岩盐岩盐(R型型)(AX) (b)钙钛矿钙钛矿(P型型)(ABX３３)超导体的晶体结构超导体的晶体结构 许多 许多铜氧化物超导体铜氧化物超导体是由是由R型、型、P型与型与F型型基本结构单元基本结构单元依次联结依次联结构筑而成，通常都构筑而成，通常都是是沿沿c轴平行地重复构造轴平行地重复构造而得，每个单元中而得，每个单元中有有二维的二维的“CuO2席位席位”两个以上。
两个以上 (a) (Nd1-xSrx)(Nd1-yCey)CuO4-x (b) (La1-xAx)CuO4 (A=Ca,Sr,Ba) (c)YBa2Cu4O8 ⑶⑶ 其它类型超导体其它类型超导体 ①① 碱金属掺杂的碱金属掺杂的C60超导体超导体 ②② 有机超导体有机超导体 ③③非晶超导材料非晶超导材料 ④④重费米子超导体重费米子超导体 ⑤⑤金属间化合物金属间化合物(R—T—B—ＣＣ)超导体超导体 ⑥⑥ 复合超导材料复合超导材料 ⑦⑦ 超导陶瓷材料超导陶瓷材料 ①① 碱金属掺杂的碱金属掺杂的C60超导体超导体 C60具有极高的稳定性，当具有极高的稳定性，当C60中中掺入碱金属掺入碱金属掺入碱金属掺入碱金属时，时，人们发现人们发现在一些特定成分上在一些特定成分上可以形成富勒烯结构可以形成富勒烯结构 通过与各种碱金属原子的结合， 通过与各种碱金属原子的结合，AxC60的的超导转超导转超导转超导转变温度变温度变温度变温度已经提高到已经提高到30K30K以上，超导温度最高以上，超导温度最高RbCs2C60的临界转变温度为的临界转变温度为33K。
②② 有机超导体有机超导体 第一个被发现的第一个被发现的有机超导体有机超导体有机超导体有机超导体是是(TMTSF)2PF6，尽，尽管这种有机盐的管这种有机盐的超导转变温度超导转变温度超导转变温度超导转变温度只有只有0.9K0.9K，但是，它，但是，它的发现预示了一个的发现预示了一个新的超导电性研究领域新的超导电性研究领域新的超导电性研究领域新的超导电性研究领域的出现 (TMTSF)2PF6The first organic superconductor discovered. 组成有机超导体的四类化合物组成有机超导体的四类化合物：： ③③非晶超导材料非晶超导材料 非晶态超导体的研究主要包括非晶态超导体的研究主要包括非晶态简非晶态简单金属单金属及其及其合金合金和和非晶态过渡金属非晶态过渡金属及其及其合金合金 它们具有 它们具有高度均匀性高度均匀性、、高强度高强度、、耐磨耐磨、、耐腐蚀耐腐蚀等优点 非晶态结构的 非晶态结构的长程无序性长程无序性长程无序性长程无序性对其对其超导电性超导电性超导电性超导电性的影的影响很大，能使有些物质的超导转变温度响很大，能使有些物质的超导转变温度Tc提高，提高，这是由于这是由于非晶态超导体与晶态超导体的不同非晶态超导体与晶态超导体的不同所引所引起的。
起的 非晶态过渡金属及合金非晶态过渡金属及合金非晶态过渡金属及合金非晶态过渡金属及合金的性质比的性质比简单金属简单金属简单金属简单金属更更为复杂 ④④重费米子超导体重费米子超导体 重费米子超导体是重费米子超导体是20世纪世纪70年代末年代末期发现的，它的期发现的，它的超导转变温度超导转变温度只有只有0.7K 由于这类超导体的 由于这类超导体的低温电子比热系数低温电子比热系数低温电子比热系数低温电子比热系数非常大，非常大，是普通金属的几百甚至几千倍因此，推断出这是普通金属的几百甚至几千倍因此，推断出这类超导体的类超导体的电子有效质量电子有效质量电子有效质量电子有效质量比比自由电子自由电子自由电子自由电子( (费米子费米子费米子费米子) )的的的的质量质量质量质量重几百甚至几千倍，因此称重几百甚至几千倍，因此称为重费米子超导为重费米子超导为重费米子超导为重费米子超导体体体体 重费米子超导体重费米子超导体重费米子超导体重费米子超导体的研究对于的研究对于超导电机制超导电机制超导电机制超导电机制研究研究有重大意义有重大意义 ⑤⑤金属间化合物金属间化合物(R-T-B-ＣＣ)超导体超导体 20世纪世纪70年代，人们发现年代，人们发现稀土稀土稀土稀土-- --过渡元素过渡元素过渡元素过渡元素-- --硼硼硼硼组成的金属间化合物组成的金属间化合物组成的金属间化合物组成的金属间化合物具有超导电性。
这类超导体具有超导电性这类超导体表现出表现出铁磁性与超导电性共存铁磁性与超导电性共存铁磁性与超导电性共存铁磁性与超导电性共存的复杂现象，因此的复杂现象，因此又称为又称为磁性超导体磁性超导体磁性超导体磁性超导体 在金属间化合物 在金属间化合物(R—T—B—ＣＣ)超导体中，超导体中，以以铅钼硫铅钼硫铅钼硫铅钼硫(PbMoS(PbMoS8 8) )的的超导转变温度最高超导转变温度最高 后来人们又制备出 后来人们又制备出YNi4B超导体和超导体和YNi2B2C超导体等等，四元素超导体等等，四元素硼碳金属间化合物硼碳金属间化合物硼碳金属间化合物硼碳金属间化合物的超导的超导转变温度达到转变温度达到23K23K ⑥⑥ 复合超导材料复合超导材料 许多许多超导体超导体超导体超导体与与良导体良导体良导体良导体可以进行可以进行复合复合复合复合，进而，进而形成形成复合超导材料复合超导材料复合超导材料复合超导材料 复合超导材料复合超导材料复合超导材料复合超导材料可以可以承载更大的电流、减少承载更大的电流、减少承载更大的电流、减少承载更大的电流、减少退化效应退化效应退化效应退化效应、、增加超导的稳定性增加超导的稳定性增加超导的稳定性增加超导的稳定性、、提高机械强度提高机械强度提高机械强度提高机械强度和和超导性能超导性能超导性能超导性能等。
等 复合超导体复合超导体复合超导体复合超导体有有超导电缆超导电缆、、复合线复合线、、复合带复合带、、超超导细线导细线复合线等等，其主要由复合线等等，其主要由超导材料超导材料超导材料超导材料以及以及良导体良导体良导体良导体、、填充料填充料填充料填充料、、绝缘层绝缘层绝缘层绝缘层以及高强度以及高强度材料包覆层材料包覆层材料包覆层材料包覆层和和屏蔽层屏蔽层屏蔽层屏蔽层六六部分组成部分组成 ⑦⑦超导陶瓷材料超导陶瓷材料 人们在探索具有 人们在探索具有高临界转变温度高临界转变温度高临界转变温度高临界转变温度的的超导陶瓷材超导陶瓷材料料方面取得突破，发现方面取得突破，发现Ba-La-Cu-OBa-La-Cu-O体系和体系和Ba-Y-Ba-Y-Cu-OCu-O体系的体系的超导陶瓷材料超导陶瓷材料，实现了，实现了液氮温度液氮温度超导 现在许多人正在研究 现在许多人正在研究更高临界温度更高临界温度更高临界温度更高临界温度的超导陶瓷的超导陶瓷材料 七、高温超导材料的应用七、高温超导材料的应用 高温超导材料的用途，大致可分为以下三类： 高温超导材料的用途，大致可分为以下三类： （１） （１）大电流大电流大电流大电流应用（强电应用）；应用（强电应用）； （２） （２）电子学电子学电子学电子学应用（弱电应用）；应用（弱电应用）； （３） （３）抗磁性抗磁性抗磁性抗磁性应用。
应用 大电流应用大电流应用主要是指主要是指超群的超群的超导磁体超导磁体用用于于超导发电超导发电、、输电输电和和储能储能等三方面等三方面 电子学应用电子学应用包括包括超导计算机超导计算机、、超导天线超导天线、、超导微波器件超导微波器件等；等； 抗磁性抗磁性主要应用于主要应用于磁悬浮列车磁悬浮列车和和热核聚热核聚变反应堆变反应堆等 超群的超导磁体超群的超导磁体 超导材料最诱人的应用是 超导材料最诱人的应用是发电发电发电发电、、输电输电输电输电和和储能储能储能储能 由由于于超超导导材材料料在在超超导导状状态态下下具具有有零零零零电电电电阻阻阻阻和和完完完完全全全全的的的的抗抗抗抗磁磁磁磁性性性性，，因因此此只只需需消消消消耗耗耗耗极极极极少少少少的的的的电电电电能能能能，，就就可可以以获获得得10万万高斯以上的高斯以上的稳态强磁场稳态强磁场稳态强磁场稳态强磁场 而而用用常常常常规规规规导导导导体体体体做做磁磁体体，，要要产产生生这这么么大大的的磁磁场场，，需需要消耗要消耗3.5兆瓦的兆瓦的电能电能电能电能及及大量的冷却水大量的冷却水大量的冷却水大量的冷却水，投资巨大。
投资巨大 超导磁体超导磁体可以制作可以制作: A、交流超导发电机、交流超导发电机 Ｂ、 Ｂ、磁流体发电机磁流体发电机 Ｃ、 Ｃ、超导输电线路超导输电线路 A、交流超导发电机、交流超导发电机 在电力领域，利用 在电力领域，利用超导线圈磁体超导线圈磁体可以将可以将发电机的磁场强度发电机的磁场强度提高到提高到5万～万～6万高斯，并万高斯，并且几乎且几乎没有能量损失没有能量损失，这种发电机便是，这种发电机便是交流交流超导发电机超导发电机 超导发电机超导发电机的的单机发电容量单机发电容量比比常规常规发电机发电机提高提高5～～10倍，达倍，达1万兆瓦，而万兆瓦，而体体积积却减少却减少1/2，整机，整机重量重量减轻减轻1/3，，发电效发电效率率提高提高50％ Ｂ、Ｂ、磁流体发电机磁流体发电机 磁流体发电机磁流体发电机同样离不开同样离不开超导强磁体超导强磁体的帮的帮助磁流体发电机发电，是利用助磁流体发电机发电，是利用高温导电性高温导电性气体气体（等离子体）作（等离子体）作导体导体，并，并高速通过高速通过磁场磁场强度为强度为5万～万～6万高斯的万高斯的强磁场强磁场而发电。
而发电 磁流体发电机的 磁流体发电机的结构结构非常非常简单简单，，用于磁流体发电的用于磁流体发电的高温导电性气体高温导电性气体还还可可重复利用重复利用 Ｃ、超导输电线路Ｃ、超导输电线路 超导材料还可以用于制作 超导材料还可以用于制作超导电线超导电线和和超导变压器超导变压器，从而把，从而把电力电力几乎无损几乎无损耗地耗地输送输送给用户 据统计，目前的 据统计，目前的铜或铝铜或铝导线输电，约有导线输电，约有15%的电能损耗在的电能损耗在输电线路输电线路上，光是在中国，上，光是在中国，每年的电力损失即达每年的电力损失即达1000多亿度若改为超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导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂 超导贮能超导贮能 超导材料超导材料在在输送电流输送电流时，不会损耗电时，不会损耗电力，故用它可把作力，故用它可把作发电机发电机可以可以做得很小做得很小 例如一台普通大型发电机需用 例如一台普通大型发电机需用15~20吨铜丝绕吨铜丝绕成线圈，如果用成线圈，如果用超导材料超导材料作线圈，只要几百克就够作线圈，只要几百克就够了，而发出的电力却一样。
因此，了，而发出的电力却一样因此，超导材料超导材料超导材料超导材料是一种是一种极好的极好的节能材料节能材料节能材料节能材料和和储能材料储能材料储能材料储能材料 1987年，美国国防部为适应年，美国国防部为适应“星球大战星球大战”的需的需要，决定建立一个要，决定建立一个用超导材料储能的蓄电装置用超导材料储能的蓄电装置用超导材料储能的蓄电装置用超导材料储能的蓄电装置在和平时期可向居民供电，在有导弹袭来时，可在和平时期可向居民供电，在有导弹袭来时，可为激光武器供电为激光武器供电为激光武器供电为激光武器供电，用激光摧毁导弹用激光摧毁导弹 因为因为超导材料超导材料超导材料超导材料没有电阻，它的没有电阻，它的蓄能效率高蓄能效率高蓄能效率高蓄能效率高，可，可以回收以回收98％的多余电力，而且％的多余电力，而且反应速度快反应速度快反应速度快反应速度快一旦需要电力，在要电力，在0.3秒秒内就可从内就可从超导储能线圈超导储能线圈超导储能线圈超导储能线圈中把电流引中把电流引出来送到任何电网这对星球大战时出来送到任何电网这对星球大战时所需电力所需电力是非是非常重要的常重要的 美国已设计并着手建造一个可以储存 美国已设计并着手建造一个可以储存500万千万千瓦小时的瓦小时的巨型圈巨型圈巨型圈巨型圈。
它的直径有它的直径有1568米，储存的电米，储存的电力足以供几十万人口的城市照明用电 力足以供几十万人口的城市照明用电 超导材料之所以能 超导材料之所以能储存电能储存电能是因为是因为它没有电阻它没有电阻，只要，只要把电把电“注入注入”超导线圈超导线圈，，电流就可以无休止地圈中流动也不电流就可以无休止地圈中流动也不会有损耗会有损耗 超导计算机超导计算机 高速计算机要求高速计算机要求集成电路集成电路芯片上的元件芯片上的元件和和连接线连接线密集排列，但密集排列，但密集排列的电路密集排列的电路在工在工作时会作时会发生大量的热发生大量的热，而，而散热散热是超大规模集是超大规模集成电路面临的难题成电路面临的难题 超导计算机中的超大规模 超导计算机中的超大规模集成电路集成电路集成电路集成电路，其，其元件元件元件元件间的互连线间的互连线间的互连线间的互连线用用接近零电阻接近零电阻接近零电阻接近零电阻和和超微发热的超导器件超微发热的超导器件超微发热的超导器件超微发热的超导器件来制作，不存在散热问题，同时计算机的来制作，不存在散热问题，同时计算机的运算速运算速运算速运算速度度度度大大提高。
大大提高 此外，科学家正研究用 此外，科学家正研究用半导体和超导体半导体和超导体半导体和超导体半导体和超导体来制来制造造晶体管晶体管，甚至完全用，甚至完全用超导体超导体超导体超导体来制作来制作晶体管晶体管晶体管晶体管 超导磁悬浮列车超导磁悬浮列车 利用超导材料的利用超导材料的抗磁性抗磁性，将，将超导材料超导材料放放在一块在一块永久磁体永久磁体的上方，由于磁体的磁力线的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，不能穿过超导体，磁体和超导体之间磁体和超导体之间会产生会产生排斥力排斥力，使超导体，使超导体悬浮悬浮在磁体上方利用这在磁体上方利用这种种磁悬浮效应磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车可以制作高速超导磁悬浮列车 磁悬浮列车上的 磁悬浮列车上的磁铁磁铁不是常见的那种永不是常见的那种永久磁铁，而是久磁铁，而是电磁铁电磁铁 电磁铁外电磁铁外有一个用导线绕成的有一个用导线绕成的线圈线圈，线，线圈中有电流通过时，铁就产生磁力，只要线圈中有电流通过时，铁就产生磁力，只要线圈中一断电，铁就立即失去磁力圈中一断电，铁就立即失去磁力 电磁铁的线圈电磁铁的线圈电磁铁的线圈电磁铁的线圈有两种，一种是有两种，一种是普通的铜导线普通的铜导线普通的铜导线普通的铜导线绕绕成的，另一种则是用成的，另一种则是用超导材料导线超导材料导线超导材料导线超导材料导线制成的。
制成的 要想把几十上百吨的列车悬空浮起来，电磁铁 要想把几十上百吨的列车悬空浮起来，电磁铁之间的排斥力起码得有几十上百吨之间的排斥力起码得有几十上百吨 而电磁铁之间的 而电磁铁之间的排斥力排斥力排斥力排斥力和通过电磁线圈中的和通过电磁线圈中的电电电电流流流流有直接关系，也就是说，只有通过很大的电流，有直接关系，也就是说，只有通过很大的电流，才能产生很大的磁力才能产生很大的磁力 但普通的但普通的铜导线有电阻铜导线有电阻铜导线有电阻铜导线有电阻，，电流一大电流一大电流一大电流一大，铜导线就，铜导线就会会发热发热发热发热，电流过大时，还可能使，电流过大时，还可能使导线烧毁导线烧毁导线烧毁导线烧毁所以铜导线通过的电流大小受到限制，例如直径铜导线通过的电流大小受到限制，例如直径1毫米毫米的铜导线，只能通过的铜导线，只能通过6安培左右的电流，否则就会安培左右的电流，否则就会过热烧毁过热烧毁 为了使 为了使铜导线通过更大的电流铜导线通过更大的电流铜导线通过更大的电流铜导线通过更大的电流，需要，需要加大导线加大导线加大导线加大导线直径直径直径直径，，增加冷却设备增加冷却设备增加冷却设备增加冷却设备，这样就会使，这样就会使磁悬浮列车磁悬浮列车磁悬浮列车磁悬浮列车本身本身的重量的重量加重加重加重加重，这对提高列车的行驶速度不利。
这对提高列车的行驶速度不利 怎样才能使磁悬浮列车本身的重量减轻，又能 怎样才能使磁悬浮列车本身的重量减轻，又能让电磁铁产生很大的磁力呢让电磁铁产生很大的磁力呢?这似乎是一个难以克这似乎是一个难以克服的固难但自从有了超导材料后，就克服了这一服的固难但自从有了超导材料后，就克服了这一困难 因为 因为超导材料没有电阻超导材料没有电阻超导材料没有电阻超导材料没有电阻，多大的电流通过它，多大的电流通过它也也不会产生焦耳热不会产生焦耳热不会产生焦耳热不会产生焦耳热，也，也不会有电阻产生的损耗不会有电阻产生的损耗不会有电阻产生的损耗不会有电阻产生的损耗 因此，目前世界上许多国家都在争先恐后地研究因此，目前世界上许多国家都在争先恐后地研究和开发和开发超导磁悬浮列车超导磁悬浮列车超导磁悬浮列车超导磁悬浮列车 超导磁悬浮列车因为 超导磁悬浮列车因为不和铁轨接触不和铁轨接触不和铁轨接触不和铁轨接触，，没有摩没有摩没有摩没有摩擦力擦力擦力擦力，只有空气产生的阻力，因此时速可达到，只有空气产生的阻力，因此时速可达到650公里，和普通的民航飞机的速度差不多公里，和普通的民航飞机的速度差不多。
如果将 如果将磁悬浮列车磁悬浮列车装在装在真空隧道真空隧道中运行，中运行，速度可达每小时速度可达每小时1600公里，比超音速飞机还快公里，比超音速飞机还快但建造这种隧道很难，因而不易实现但建造这种隧道很难，因而不易实现 我国在 我国在9090年代初年代初年代初年代初开始研制磁悬浮列车，并在开始研制磁悬浮列车，并在“八五八五”末期研制出第一辆末期研制出第一辆试验性磁悬浮列车试验性磁悬浮列车试验性磁悬浮列车试验性磁悬浮列车，它，它没有车轮，依靠磁斥力使车体浮起来没有车轮，依靠磁斥力使车体浮起来1010毫米毫米毫米毫米左右，左右，用直线电动机推进用直线电动机推进 这辆磁浮列车是由 这辆磁浮列车是由铁道部长春客车工厂铁道部长春客车工厂铁道部长春客车工厂铁道部长春客车工厂制造制造的，的，铁道科学院铁道科学院铁道科学院铁道科学院、、国防科技大学国防科技大学国防科技大学国防科技大学、、西南交通大学西南交通大学西南交通大学西南交通大学、、长沙铁道学院长沙铁道学院长沙铁道学院长沙铁道学院、、大连铁道学院大连铁道学院大连铁道学院大连铁道学院等单位共同参加了等单位共同参加了研制 核聚变反应堆核聚变反应堆“磁封闭体磁封闭体” 核核聚聚变变反反应应时时，，内内内内部部部部温温温温度度度度高高高高达达1亿亿～～2亿亿℃，，没没有有任任何何常常规规材材料料可可以以包包容容这这些些物物质质。
而而超超超超导导导导体体体体产产产产生生生生的的的的强强强强磁磁磁磁场场场场可可以以作作为为“磁磁磁磁封封封封闭闭闭闭体体体体”，，将将热热核核反反应应堆堆中中的的超超超超高高高高温温温温等等等等离离离离子子子子体体体体包包围围、、约约束束起起来来，，然然后后慢慢慢慢释释放放，，从从而而使使受受受受控控控控核核核核聚聚聚聚变变变变能能能能源源源源成成为为21世世纪纪前前景景广阔的新能源广阔的新能源 高温超导材料在其它方面的用途高温超导材料在其它方面的用途 （１）（１）磁分离磁分离技术技术 （２） （２）医学医学方面方面 在 在磁分离技术磁分离技术方面，超导体方面，超导体主要是利用主要是利用超导线圈产生的强大磁力超导线圈产生的强大磁力从食物和各种原材从食物和各种原材料料(如刚玉、方解石、砂石等如刚玉、方解石、砂石等)中把中把有铁磁性有铁磁性或顺磁性的杂质或顺磁性的杂质清除出去故超导体被称作清除出去故超导体被称作剔除杂质的能手剔除杂质的能手 超导磁分离装置超导磁分离装置的的工作原理工作原理如下：如下： 把需要处理的 把需要处理的原材料先制成浆原材料先制成浆，送进一个，送进一个装满不锈钢绒毛的容器内，由于装满不锈钢绒毛的容器内，由于超导磁体超导磁体能产能产生生强大而均匀的磁场强大而均匀的磁场，浆料中的，浆料中的铁磁性或顺磁铁磁性或顺磁性杂质性杂质就被吸住留在容器内，被就被吸住留在容器内，被净化的料浆净化的料浆则则从低部的管道从低部的管道流出来。
流出来 超导材料 超导材料在医学方面在医学方面，可以用来制造，可以用来制造一种能测量一种能测量极微小的电压和电流极微小的电压和电流的电子元的电子元件，叫做件，叫做超导量子干涉器件超导量子干涉器件 超导量子干涉器件超导量子干涉器件可以测量小到可以测量小到100亿亿亿分之一伏特的亿分之一伏特的电压差电压差和和100亿亿分之一安亿亿分之一安培的培的电流电流(每秒仅通过几个电于每秒仅通过几个电于)，也可以测，也可以测量小于量小于100万亿分之一特斯拉的万亿分之一特斯拉的磁场磁场(仅相自仅相自于地磁场的于地磁场的100亿分之一亿分之一) 由于 由于脑体和心脏细胞脑体和心脏细胞脑体和心脏细胞脑体和心脏细胞有有病变时病变时会改变会改变脑电流和心脑电流和心脑电流和心脑电流和心电流电流电流电流信号，因此可用信号，因此可用超导量子干涉器件超导量子干涉器件超导量子干涉器件超导量子干涉器件诊断心脏和脑诊断心脏和脑部的疾病部的疾病 磁脑照相术磁脑照相术磁脑照相术磁脑照相术就是利用就是利用超导量子器件超导量子器件超导量子器件超导量子器件的这一性能，的这一性能，它可以检测出稍大于它可以检测出稍大于10万亿分之一特拉斯的万亿分之一特拉斯的脑电信号脑电信号脑电信号脑电信号，，并能确定几毫米范围内的神经信号源。
因此，超导材并能确定几毫米范围内的神经信号源因此，超导材料在医学上被称作料在医学上被称作诊断疾病的诊断疾病的诊断疾病的诊断疾病的“ “神医神医神医神医” ” 从 从超导材料的应用超导材料的应用可以看出，人类的可以看出，人类的生活中已经切实感受到了生活中已经切实感受到了超导电技术带来超导电技术带来的好处的好处，因此人类的未来离不开，因此人类的未来离不开超导电技超导电技术术及其及其相关技术相关技术的发展 超导电技术将会在越来越广泛的范围里 超导电技术将会在越来越广泛的范围里造福人类，而且对造福人类，而且对高温超导电性机理高温超导电性机理的了解，的了解，将对将对凝聚态物理学的发展凝聚态物理学的发展产生极为深远的影产生极为深远的影响在二十一世纪的今天，响在二十一世纪的今天，超导电技术超导电技术将会将会变得更为重要变得更为重要。