超导材料的种类及应用

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1、超导材料的种类及应用篇一：超导材料特性与应用 功能材料概论 论超导 材料特性与应用 摘 要：材料是一切技术发展的物质基础。 在功能材料中，超导材料具有优越的物理、化学性质，目前 已被广泛接受和认同，具有良好的发展前景。 关键词：超 导材料 特性 前景 能源、信息和材料是现代文明的三大支 柱，而材料又是一切技术发展的物质基础。其中功能材料是 新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基 础和先导。功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、 热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化 学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种 功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的

2、高新技术材 料。功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑 作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发 展起着重要的促进作用。 功能材料种类繁多，用途广泛， 正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市 场前景和极为重要的战略意义。世界各国均十分重视功能材 料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点 和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。 一、 超导材料的发现 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。 物质在超低温下，失去电阻的性质称为超导

3、电性，相应的具 有这种性质的物质就称为超导体。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。目 前，超导材料已被广泛接受和认同，具有良好的发展前景。 二、超导材料的分类 1、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),已用于制造超导交流电力电缆、 高 Q 值谐振腔等。 2、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，He为8.7特。继 后发展了铌钛合金，虽然Te稍低了些，但He高得多，在

4、给 定磁场能承载更大电流。目前铌钛合金是用于78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 能将进一步提高。 3、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Te=18.1K， He=24.5 特。其他重要的超导化合物还有 V3Ga， Te=16.8K， He=24 特；Nb3Al，Te=18.8K，He=30 特。4、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年在镧一钡一铜一氧化物中发现了 Te=35K的超 导电性。 1987年，中国、美国

5、、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。 三、超导材料的参量 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。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。 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=H01-(T/Tc)2，式中H0为0K时的临 界磁场。 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坏而转变

6、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.开默林一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已提咼到100K左右。这种突破为超

7、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。 四、超导材料的特性 1、零电阻(来 自:www.XIelw.Com写 论文网:超导材料的种类及应用）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。 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

8、零。1933 年迈斯纳和奥尔德首次发现了超导体具有完全 抗磁性的特点。把锡单晶球超导体在磁场（HWHc）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去，即在超导状态下，超导体内磁感应 强度B=0。这就是迈斯纳效应。3、约瑟夫森效应 两超导 材料之间有一薄绝缘层（厚度约lnm）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

9、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。 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。 五、超导材料的机理 当前在阐明超导机理的几种理论 中，二流体模型是较有说服力的，较为流行的一种。二流体 模型认为：超导体处于超导态时，传导电子分为两部分，一 部分叫常导电子，另一部分叫超流电子，两种电子占据同一 体积，彼此独立运动，在空间上互相渗透；常导电子的导电 规律与常规

10、导体一样，受晶格振动而散射，因而产生电阻， 对热力学熵有贡献；超流电子处于某种凝聚状态，不受晶格 振动而散射，对熵无贡献，其电阻为零，它在晶格中无阻地 流动。这两种电子的相对数目与温度有关，TTc时，没有凝 聚；T=Tc时，开始凝聚；T=0时，超流电子成分占100%。 这就是二流体模型的理论观点。它很好的解释了超导体在超 导状态时零电阻现象。 六、超导材料的应用超导材料具有 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。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约， 这首先是它的临界参量，其次还有材料制作的工艺等问题。 到90年代，超导材料的应用主要有：利用材料的超导电 性可制作

11、磁体，应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、 受控热核反应、储能等；可制作电力电缆，用于大容量输电； 可制作通信电缆和天线，其性能优于常规材料。利用材料 的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。利用约瑟夫森 效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生 器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元 件，其运算速度比高性能集成电路的快1020倍，功耗只 有四分之一。 七、超导材料的前景 超导体得天独厚的特性， 使它可能在各种领域得到广泛的应用。但由于早期的超导体 存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应 用。自191 1年荷兰科学家卡末林、昂尼斯发现“超导”现 象至今，

12、世界各国的科学家从未间断过对“超导”的研究， 特别是进入20世纪80年代以来，随着1987年中国、日本 和美国科学家采用金属氧化物，将超导临界温度提高，使超 导体前进了一大步，从而引起了一场前所未有的“超导大 战”。近年来，世界各国纷纷投入巨资加紧研究与开发，不 断推动超导技术产生新的飞跃。当日本宣布获得了 175K的 超导材料后不久，美、中、俄、联邦德国、丹麦等国也都相 继有了突破性的研究报告，有的甚至已看到了 308K的超导 迹象，即已达到常温的转变温度。这表明，超导技术广泛应 用的时代即将来临。 未来十年是高温超导市场发展和材料 产业化的十年。据预测， 2010年和2020年，世界超导市

13、场 将分别达到 300亿美元年和2440亿美元年。在不久的 将来，我国的能源、医疗卫生、电子技术和科学仪器等方面 将会迫切需要超导技术。超导体的应用将导致一场新技术革 命。篇二：超导材料的发展应用及其研究现状 超导材料的 发展应用及其研究现状 材料五班 王新博 14089840510 超 导材料的发展应用及其研究现状 王新博(佳木斯大学材料 科学与工程学院黑龙江省佳木斯市 154000) 摘要：电在传 送过程中有巨大的损失，科学家们开发出了超导材料，本文 中主要要介绍了超导材料的发现与发展历史，以及超导材料 的存在条件和超导材料的性能之间的关系，并且加以介绍了 金属元素之间的组合在什么情况下可

14、以加工成为超导材料 以及合金超导材料的性能和单质金属的超导材料的性能之 间的差异，简要介绍了超导材料的应用。 关键词：新型超 导材料的发展历史，解析，应用 The development of superconducting material application and research status Wang Xinbo (jiamusi university materials science and engineering college of heilongjiang province jiamusi 154000). Abstract: there is a huge loss

15、in transmission process, scientists have developed a superconducting material, this article is mainly to introduce the history the found and development of superconducting materials, superconducting materials, as well as the existence of the relationship between the condition and the performance of

16、the superconducting material, and it introduced the combination between metallic element under what circumstances can be processed into superconducting material and the performance of the alloy superconducting material and elemental metals of the difference between the performance of the superconducting material, this paper briefly introduces the application of superconducting material. Key words: the development history of new superconductor materials, parsing, application 超导材料的