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1、1第第2章章 超导材料超导材料刘丽英刘丽英 22.1 超导材料的历史超导材料的历史 超超 导导 电电 性性 是是 在在 1911年年 荷荷 兰兰 物物 理理 学学 家家 翁翁 纳纳 斯斯（Onnes）研研究究金金属属汞汞电电阻阻在在液液氮氮温温度度区区间间的的变变化化情情况况时时发发现现的的。研研究究表表明明该该金金属属在在一一种种极极低低温温度度下下，电电阻阻并并不不像像他他预预料料的的那那样样随随温温度度的的降降低低连连续续减减小小，而而是是在在4.15K时突然会趋向于零。时突然会趋向于零。超导体降为零的温度称为临界温度（超导体降为零的温度称为临界温度（Tc）。）。32.1 超导材料的历史
2、超导材料的历史 超导电性：超导电性： 当温度下降到某一值当温度下降到某一值(Tc)时，材料的电阻突然消失。时，材料的电阻突然消失。超导体：超导体： 在某一温度下能呈现出超导电性的材料。在某一温度下能呈现出超导电性的材料。1911年年Onnes发现发现Hg具有超导电性。具有超导电性。 1986年年 Miller和和 Bednorz， “possible high Tc superconductor in the Ba-La-Cu-O”, 35K, 世世界界开开始始进入高温超导体时代。进入高温超导体时代。从一元从一元 二元二元 三元三元 多元。现已多元。现已5000余种。余种。452.1 超导材料
3、的历史超导材料的历史高高温温超超导导电电性性的的发发现现，首首先先在在理理论论上上对对传传统统的的超超导导机机制制发发起起了了挑挑战战。曾曾使使理理论论物物理理学学家家引引以以为为自自豪豪的的BCS理理论论，在成功地解释了超导现象近在成功地解释了超导现象近30年后，受到了最大的考验。年后，受到了最大的考验。新新的的高高温温超超导导材材料料的的出出现现，是是否否意意味味着着存存在在新新的的超超导导机机制，这是全世界物理学家极为关注的问题。制，这是全世界物理学家极为关注的问题。提提出出了了很很多多理理论论模模型型，但但解解释释具具体体超超导导体体时时，都都遇遇到到了了许多问题。许多问题。目目前前，
4、还还没没有有一一个个理理论论比比较较成成功功地地阐阐明明已已经经发发现现了了的的高高Tc超导电性的机制问题。超导电性的机制问题。62.1 超导材料的历史超导材料的历史在在实实验验研研究究上上，似似乎乎比比理理论论研研究究进进展展大大，超超导导Tc的的记录不断刷新。记录不断刷新。但但大大量量问问题题悬悬而而未未决决，如如合合成成、可可重重复复性性、数数据据不不一致、物理性能测量等。一致、物理性能测量等。目目前前，人人们们对对于于高高温温超超导导电电性性的的认认识识无无论论是是在在理理论论上还是在实验观察上都是初步的。上还是在实验观察上都是初步的。7 2.2 超导材料分类超导材料分类 1. 按按临
5、界温度临界温度Tc的大小：的大小： 低温超导材料低温超导材料（ Tc30K，常规超导体），常规超导体） 高高温温超超导导材材料料（氧氧化化物物材材料料）：主主要要有有镧镧锶锶铜铜系系，钇钇钡钡铜铜系系，铋铋锶锶钙钙铜铜系系，铊铊钡钡钙钙铜铜和和汞汞钡钡钙钙铜铜等等铜铜基基，近年来铁基也较活跃。近年来铁基也较活跃。8 2.2 超导材料分类超导材料分类2. 按按化学组成与结构化学组成与结构： 元素超导体（元素超导体（已发现的有近已发现的有近50种）种） 合金和化合物超导体（合金和化合物超导体（种类多，达几千种。最早使用的种类多，达几千种。最早使用的Nb-Zr合金，合金， 然后开发出成本低、加工性能
6、好的然后开发出成本低、加工性能好的Nb-Ti合金。到合金。到 20世纪世纪70年代出现了年代出现了Ni-Zr-Ti，Ni-Ti-Ta三元超导三元超导 合金，具有更加的超导性能合金，具有更加的超导性能。）。） 氧化物等氧化物等 3. 按按磁化特性不同磁化特性不同： 第一类超导体第一类超导体（除（除V、Nb以外的金属）以外的金属） 第二类超导体第二类超导体（V、Nb及合金、化合物、高温超导体等）及合金、化合物、高温超导体等）9第一类超导体的磁化曲线第一类超导体的磁化曲线 2.2 超导材料分类超导材料分类第一类超导体又称软超导体。只存在一个临界磁场第一类超导体又称软超导体。只存在一个临界磁场Hc，当
7、外磁场，当外磁场HHc时，时，呈现完全抗磁性，体内磁感应强度为零。呈现完全抗磁性，体内磁感应强度为零。10第二类超导体的磁化曲线第二类超导体的磁化曲线2.2 超导材料分类超导材料分类112.2 超导材料分类超导材料分类 第第二二类类超超导导体体也也称称硬硬超超导导体体。发发现现于于1930年年，具具有有两两个个临临界界磁磁场场，分分别别用用Hc1（下下临临界界磁磁场场）和和Hc2（上上临临界界磁磁场）表示。场）表示。 当当外外磁磁场场H Hc1时时，具具有有完完全全抗抗磁磁性性，体体内内磁磁感感应应强强度度处处处处为为零零。外外磁磁场场强强度度满满足足Hc1 H Hc2时，超导体全部变为正常态
8、。时，超导体全部变为正常态。122.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 1. 零电阻零电阻 超超导导体体处处于于超超导导态态时时（临临界界温温度度以以下下）电电阻阻完完全消失。全消失。 若若用用它它组组成成闭闭合合回回路路，一一旦旦回回路路中中形形成成电电流流，则电路中没有能量损耗，则电路中没有能量损耗，不需要任何电源补充能量，不需要任何电源补充能量，电流可以持续下去。电流可以持续下去。132.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 2. 临界温度临界温度 即超导转变温度即超导转变温度Tc （电阻降为（电阻降为0的温度）。的温度）。 Tc 的测量
9、方法：的测量方法：1.R-T曲线曲线2.- T曲线曲线3. 直流磁化强度随温度的变化直流磁化强度随温度的变化4. 样品比热随温度的变化样品比热随温度的变化142.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 3. 临界磁场和临界电流临界磁场和临界电流临临界界磁磁场场：当当样样品品处处于于超超导导态态时时，若若磁磁场场高高于于某某一一临界值临界值Hc，样品电阻突然出现，超导态受到破坏。，样品电阻突然出现，超导态受到破坏。临临界界电电流流：当当通通入入的的电电流流大大于于临临界界电电流流Ic时时，超超导导体体的超导现象也会被破坏。的超导现象也会被破坏。 152.3 超导材料的基本性
10、质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 2. 临界温度临界温度n当当超超导导体体的的温温度度降降低低到到转转变变温温度度Tc时时，它它就就将将从从正正常常态态转转变变为为超超导导态态，这这是是一一种种涉涉及及到到载载流流子子系系统统的的相相变变。在在低低温温超超导导体中，载流子是传导电子。在发生相变后，系统处于超导态。体中，载流子是传导电子。在发生相变后，系统处于超导态。n处处于于超超导导态态的的样样品品具具有有两两个个基基本本特特征征：一一是是电电阻阻的的消消失失；二二是是完完全全抗抗磁磁性性，即即呈呈现现Meissner效效应应。是是超超导导态态的的两两个个独独立立的基本性质。是任何材料
11、具有超导性能的必要条件。的基本性质。是任何材料具有超导性能的必要条件。 162.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 3. 临界磁场和临界电流临界磁场和临界电流p翁翁纳纳斯斯1914年年发发现现，即即使使超超导导体体的的温温度度T Tc，超导体也能被足够强的磁场所破坏。，超导体也能被足够强的磁场所破坏。p受受临临界界磁磁场场所所限限，超超导导体体能能承承受受的的电电流流也也受受到到限制。限制。172.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 3. 临界磁场和临界电流临界磁场和临界电流综上所述，超导体有三个互相关联的临界条件：综上所述，超导体有三个互相
12、关联的临界条件： Tc、 Hc 、Ic超导材料只有同时满足三个条件才能处于超导态：超导材料只有同时满足三个条件才能处于超导态： T Tc H Hc I Ic其中任何一项不能满足，其超导态就会受到破会。其中任何一项不能满足，其超导态就会受到破会。182.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 4. 迈斯纳效应（完全抗磁性）迈斯纳效应（完全抗磁性）l1933年年Miesser和和Ochsenfeld发现。发现。 B= 0(H+M)0 or M-Hl超超导导体体处处于于超超导导态态时时，不不管管有有无无外外磁磁场场存存在在，超超导导体体内内磁磁感应强度总是等于零。感应强度总是等
13、于零。l在在外外磁磁场场中中，处处于于超超导导态态的的超超导导体体内内磁磁感感应应强强度度为为零零的的特特性性称称为为超超导导体体的的完完全全抗抗磁磁性性，这这种种现现象象被被称称为为超超导导体体的的迈迈斯纳效应斯纳效应。l材料具有超导性能的必要条件：迈斯纳效应和零电阻效应材料具有超导性能的必要条件：迈斯纳效应和零电阻效应。192.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 4. 迈斯纳效应（完全抗磁性）迈斯纳效应（完全抗磁性）l在超导现象被发现以后的在超导现象被发现以后的22年间，人们从零电阻年间，人们从零电阻现象出发，一直把超导体与理想导体完全等同起现象出发，一直把超导体
14、与理想导体完全等同起来。来。l1933年，经迈斯纳和奥森菲尔德的磁测量实验，年，经迈斯纳和奥森菲尔德的磁测量实验，人们才认识到超导体有不同于理想导体的磁学性人们才认识到超导体有不同于理想导体的磁学性质。质。20212.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 4. 迈斯纳效应（完全抗磁性）迈斯纳效应（完全抗磁性）l在给定的温度和外磁场条件下，理想导体的状态并在给定的温度和外磁场条件下，理想导体的状态并不是唯一的，而与其变化的具体途径有关。不是唯一的，而与其变化的具体途径有关。l理想导体在磁场中的行为是不可逆的。理想导体在磁场中的行为是不可逆的。l而超导体不同，当样品从正常态
15、转变到超导态后，而超导体不同，当样品从正常态转变到超导态后，无论有无外加磁场，只要无论有无外加磁场，只要T Tc在超导体内部总有在超导体内部总有B=0或或M=-H。222.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 4. 迈斯纳效应（完全抗磁性）迈斯纳效应（完全抗磁性）l迈斯纳效应可以用磁悬浮实验来演示。当细绳系迈斯纳效应可以用磁悬浮实验来演示。当细绳系着的永久磁铁落向超导盘时，磁铁将会被悬浮在着的永久磁铁落向超导盘时，磁铁将会被悬浮在一定的高度上而不触及超导盘。一定的高度上而不触及超导盘。l其原因是：磁力线无法穿过具有完全抗磁性的超其原因是：磁力线无法穿过具有完全抗磁性的超
16、导体，因而使磁场发生畸变而产生向上的浮力。导体，因而使磁场发生畸变而产生向上的浮力。这一浮力可等效地看成是由镜像磁铁产生的，磁这一浮力可等效地看成是由镜像磁铁产生的，磁铁就平衡在浮力大小等于磁铁重量位置上。铁就平衡在浮力大小等于磁铁重量位置上。232.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 4. 迈斯纳效应（完全抗磁性）迈斯纳效应（完全抗磁性）242.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 5. 穿透深度穿透深度超超导导体体不不允允许许它它内内部部存存在在净净的的磁磁通通这这一一事事实实，对对于于通通过过它它的的电电流流有有重重要要影影响响。电电流流
17、不不能能由由超超导导体体内内通通过过，而而只只能能在在它它的的表表面面上上流流动动。这这种种电电流流分分布布，既既包包括括外外部部电电源源流流过过超超导导体体的的电电流流，也也适适用用于于抗抗磁磁性性的屏蔽电流。的屏蔽电流。252.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 5. 穿透深度穿透深度另另一一方方面面，电电流流也也不不能能完完全全被被局局限限于于几几何何表表面面。因因为为电电流流层层如如果果真真的的没没有有厚厚度度，电电流流密密度度就就会会是是无无限限大大，从从物物理理上上看看显显然然是是不不可可能能的的。事事实实上上，电电流流是是在在一一极极薄薄的的表表面面层层
18、内内流流动动，厚厚度度约约10-6-10-5cm数数量量级级。尽尽管管这这一一厚厚度度如如此此之之小小，但但它它在在决决定定超超导导体体的的特性方面，却起极重要作用。特性方面，却起极重要作用。262.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 5. 穿透深度穿透深度当当一一超超导导样样品品处处于于一一外外加加磁磁场场中中，抵抵消消内内部部磁磁通通量量的的屏屏蔽蔽电电流流只只能能在在表表面面层层内内流流动动，在在样样品品的的边边界界上上，磁磁通通密密度度不不会会突突然然下下降降为为零零，而而是是在在屏屏蔽蔽电电流流流流动动的区域内，逐渐减小为零。的区域内，逐渐减小为零。屏蔽电流
19、流动的表面层厚度称为穿透深度，屏蔽电流流动的表面层厚度称为穿透深度，。272.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 5. 穿透深度穿透深度厚度约为厚度约为10-6-10-5cm。值很小，普通样品可忽略，而小尺寸样需考虑。值很小，普通样品可忽略，而小尺寸样需考虑。穿透深度不具有恒定的量值，紧密依赖温度变化。穿透深度不具有恒定的量值，紧密依赖温度变化。穿透深度还取决于材料的纯度以及外加磁场的影响。穿透深度还取决于材料的纯度以及外加磁场的影响。282.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 在在远远低低于于Tc时时，穿穿透透深深度度几几乎乎与与温温度度无
20、无关关，并并具具有有因因不不同同材材料料而而异异的的0值值；但但当当温温度度高高于于0.8Tc时时，穿穿透透深深度度迅迅速速增增加加；当当温温度接近于度接近于Tc时，穿透深度时，穿透深度趋于无穷大。趋于无穷大。292.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础6. 相干长度相干长度u破破坏坏两两个个电电子子束束缚缚态态的的最最简简单单的的方方法法，是是提提高高温温度度。温度的升高，就意味着增加晶格点上离子的振动能。温度的升高，就意味着增加晶格点上离子的振动能。u两两个个电电子子不不会会在在相相距距过过远远的的地地方方发发生生相相互互作作用用。这这个个距离的极限称为相干长度，距
21、离的极限称为相干长度，。相干就是干涉的意思。相干就是干涉的意思。u在在这这种种干干涉涉距距离离之之内内的的配配对对电电子子，总总是是在在注注视视其其他他电电子子的的运运动动，对对方方一一旦旦发发生生变变化化，它它本本身身也也会会随随之之发发生生相应的变化。相应的变化。302.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 6. 相干长度相干长度u对于纯金属，相干长度为对于纯金属，相干长度为1m的数量级。的数量级。u在在不不纯纯金金属属中中，电电子子遇遇到到杂杂质质后后发发生生散散射射。杂杂质质越越多多，电电子子的的平平均均自自由由程程越越小小，相相互互产产生生干干涉涉的的距离因此
22、受到限制。距离因此受到限制。u在在金金属属中中掺掺入入杂杂质质时时，或或是是在在合合金金和和化化合合物物等等物物质内，相干长度变得非常短。质内，相干长度变得非常短。312.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 7. BCS理论理论 J. Barden, L.Cooper and R.Schrieffer (1) BCS理论表述：理论表述： 超超导导电电性性源源于于固固体体中中电电子子的的配配对对，而而电电子子配配对对的的相相互互吸吸引引作作用用源源于于电电子子和和晶晶格格振振动动间间相相互互作作用用，即即交交换换虚虚声声子子； 配配对对发发生生在在自自旋旋相相反反动动量
23、量和和为为零零的的两个电子间，即动量凝聚。两个电子间，即动量凝聚。322.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 7. BCS理论理论(2) 两点结论：两点结论： 进入超导态的电子发生了深刻变化；进入超导态的电子发生了深刻变化； 晶格起重要作用，电晶格起重要作用，电-声决定性。声决定性。 33 2.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 7. BCS理论理论 电电子子同同晶晶格格相相互互作作用用，在在常常温温下下形形成成导导体体的的电电阻阻，但但在在超超低低温温下下，这这种种相相互互作作用用是是产产生生电电子子对对的的原原因因。温温度越低，所产生的这
24、种电子对越多。度越低，所产生的这种电子对越多。 超超导导电电子子对对不不能能互互相相独独立立地地运运动动，只只能能以以关关联联的的形形式式作作集集体体运运动动。当当某某一一电电子子对对受受到到扰扰动动时时，就就要要涉涉及及这这个个电电子子对对所所在在空空间间范范围围内内的的所所有有其其它它电电子子对对。这这个个空空间间范范围围内内的的所所有有电电子子对对，在在动动量量上上彼彼此此关关联联成成为为有有序序的的集体。集体。34 2.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 7. BCS理论理论 因因此此，超超导导电电子子对对在在运运动动时时，就就不不像像正正常常电电子子那那样样
25、，被被晶晶体体缺缺陷陷和和晶晶格格振振动动散散射射而而产产生生电电阻阻，从而呈现电阻消失现象。从而呈现电阻消失现象。 在在超超导导材材料料中中，电电子子声声子子（电电子子晶晶格格振振动）相互作用越强，电子对间的吸引力就越大。动）相互作用越强，电子对间的吸引力就越大。35 2.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 7. BCS理论理论 常常温温下下导导电电性性良良好好的的碱碱金金属属和和贵贵金金属属在在低低温温下下不不易易呈呈超超导导态态，是是因因为为这这些些金金属属的的电电子子晶晶格格相互作用很微弱。相互作用很微弱。 常常温温下下导导电电性性不不好好的的材材料料，在在低
26、低温温却却有有可可能能成成为为超超导导体体；临临界界温温度度比比较较高高的的材材料料，常常温温下下导导电电性性差差，都都是是因因为为其其中中的的电电子子声声子子相相互互作作用用强强的的原原故故，即即电电子子声声子子相相互互作作用用是是高高温温下下引引起起电电阻的原因，也是低温下导致超导电性的原因。阻的原因，也是低温下导致超导电性的原因。36 2.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 7. BCS理论理论 超导电子对的形成过程：超导电子对的形成过程：37 2.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 7. BCS理论理论 超导电子对的形成过程：超导电子
27、对的形成过程： 处处于于超超导导态态的的超超导导体体内内，若若某某一一个个自自由由电电子子q1在在正正离离子子附附近近运运动动时时，会会吸吸引引正正离离子子而而使使这这个个区区域域的的局局部部正正电电荷荷密密度度增增加加，当当另另一一个个电电子子q2在在这这个个正正电电荷荷密密度度增增加加了了的的场场中中运运动动时时，就就会会受受到到这这个个场场的的吸吸引引作作用用，这这个个作作用用相相当当于于q1对对q2产产生生吸引力，即电子吸引力，即电子q1吸引电子吸引电子q2。38 2.3 超导材料的基本性质与理论基础超导材料的基本性质与理论基础 7. BCS理论理论 超导电子对的形成过程：超导电子对的
28、形成过程：若若这这个个吸吸引引力力大大于于q1和和q2之之间间的的库库仑仑斥斥力力，这两个电子就可以结合成为一个电子对。这两个电子就可以结合成为一个电子对。 显显然然，组组成成电电子子对对的的两两个个电电子子q1和和q2之之间间的的这这种种吸吸引引相相互互作作用用与与正正离离子子晶晶格格振振动动有有关关，这这种种振振动动可可以以用用相相应应能能量量的的声声子子（即即离离子子位位移移组组成成的的格格波波）来来表表示示。因因此此，这这个个吸吸引引作作用用可可认认为为是是电电子子间间通通过过交换格波声子而形成的。交换格波声子而形成的。392.4 低温超导材料低温超导材料p迄迄今今人人们们已已发发现现
29、有有28种种元元素素，近近5000种种合合金金和和化化合合物物具有超导电性。具有超导电性。p常压下，常压下，Nb的的Tc=9.26K是元素中最高的。是元素中最高的。p有有的的元元素素只只有有在在高高压压下下（如如Cs、Ba、Bi、Y、Si、Ge等）或淀积在低温衬底上（如等）或淀积在低温衬底上（如Bi）才会呈现超导电性。）才会呈现超导电性。p在在这这些些合合金金和和化化合合物物中中，临临界界温温度度最最高高的的是是Nb3Ge，Tc=23.3K。直直到到1973年年超超导导的的Tc最最高高值值约约0.3K/年年的的平均速率升高。平均速率升高。402.4 低温超导材料低温超导材料p超超导导材材料料的
30、的探探索索经经历历从从简简单单到到复复杂杂，由由一一元元、二二元元、三元以致多元的过程。三元以致多元的过程。p超超导导合合金金材材料料具具有有塑塑性性好好、易易于于大大量量生生产产、成成本本低低等等优点，是绕制大型磁体的最合适材料。优点，是绕制大型磁体的最合适材料。p在在Tc提提高高的的整整个个过过程程中中，制制备备技技术术的的不不断断提提高高起起极极大大作作用用，例例如如，从从制制备备热热力力学学稳稳定定相相材材料料发发展展到到可可以以获获得得非非平平衡衡条条件件下下形形成成的的亚亚稳稳相相材材料料。此此外外，材材料料的的组组成也从盲目成也从盲目“炒菜炒菜”式逐步向材料设计过度。式逐步向材料
31、设计过度。p迄今最重要的实用超导材料是迄今最重要的实用超导材料是Nb-Ti和和Nb3Sn合金。合金。412.5 高温超导材料高温超导材料 自自1987年年发发现现液液氮氮温温区区超超导导体体以以来来，HTSC取取得得了了巨巨大的进展，研究可分三个方面：大的进展，研究可分三个方面：1、新的更高温度超导体系的探索；、新的更高温度超导体系的探索； 主主要要是是追追求求临临界界温温度度Tc值值更更高高。包包括括Tc进进一一步步提提高高和和合合成成新的结构、新的类型的超导材料。新的结构、新的类型的超导材料。2、材材料料的的应应用用基基础础研研究究；主主要要指指超超导导块块材材、线线材材、带带材材、膜材料
32、的制备和改进；膜材料的制备和改进；3、对对高高温温超超导导现现象象的的解解释释和和机机理理的的研研究究。总总的的看看来来还还没没有有一一个个成成熟熟的的、大大家家公公认认的的理理论论。按按Anderson说说法法，目前超导理论学家们唯一达成的共识就是没有共识。目前超导理论学家们唯一达成的共识就是没有共识。42对新高温超导材料研究，主要是追求临界温度对新高温超导材料研究，主要是追求临界温度对新高温超导材料研究，主要是追求临界温度对新高温超导材料研究，主要是追求临界温度T Tc c更高。更高。更高。更高。43对新高温超导材料研究，主要是追求临界温度对新高温超导材料研究，主要是追求临界温度对新高温超
33、导材料研究，主要是追求临界温度对新高温超导材料研究，主要是追求临界温度T Tc c更高。更高。更高。更高。44 2.5 高温超导材料高温超导材料不同种类超导材料，通常具有不同的制造工艺。不同种类超导材料，通常具有不同的制造工艺。氧氧化化物物高高温温超超导导材材料料的的制制备备与与一一般般陶陶瓷瓷生生产产工工艺艺相相似似，主要有原料的制备与处理，成型和烧成等工序。主要有原料的制备与处理，成型和烧成等工序。在在制制备备方方法法上上，大大多多数数用用固固相相反反应应法法，即即将将各各种种粉粉料料按审计要求配合、混合、压块、烧结。按审计要求配合、混合、压块、烧结。工艺方法相同，工艺参数不同所得的工艺方
34、法相同，工艺参数不同所得的Tc也不尽相同。也不尽相同。45 2.5 高温超导材料高温超导材料 现现代代电电子子器器件件是是以以薄薄膜膜为为基基础础的的，特特别别是是集集成成的的电电子子器器件件更更是是如如此此。因因此此，在在发发现现高高温温超超导导体体后后，科科学学家家们们注注意意到到建建立立和和发发展展高高温温超超导导薄薄膜膜技技术术的的重重要要性性，立立即即投投入入了了巨巨大大力力量量进进行行研研究究。通通过过溅溅射射、激激光光沉沉积积、分分子子束束外外延延、金金属属有有机机化化学学气气相相沉沉积积等等方法均能得到实用化的高温超导薄膜。方法均能得到实用化的高温超导薄膜。 高高质质量量的的外
35、外延延YBaCuO薄薄膜膜的的临临界界温温度度达达90K以上。以上。462.6 超导材料的应用超导材料的应用u超超导导材材料料具具有有零零电电阻阻效效应应，所所以以用用超超导导材材料料进进行行无损耗或低损耗的输电，是人们关心的重点内容。无损耗或低损耗的输电，是人们关心的重点内容。u高磁场的超导磁体也是科技界关注的焦点。高磁场的超导磁体也是科技界关注的焦点。u但真正能被实际应用的超导材料，至今仍很少。但真正能被实际应用的超导材料，至今仍很少。u首首先先要要攻攻克克的的难难关关是是需需要要解解决决的的技技术术问问题题很很多多，高高临临界界温温度度和和高高临临界界电电流流超超导导材材料料的的发发现现
36、和和制制取取，其次是必须解决低温制冷设备和制冷技术。其次是必须解决低温制冷设备和制冷技术。472.6 超导材料的应用超导材料的应用 1、电力行业的应用、电力行业的应用 2、磁悬浮列车、磁悬浮列车 3、医学上的应用、医学上的应用 4、储存能量、储存能量 5、热核反应堆、热核反应堆482.6 超导材料的应用超导材料的应用-未来的输电技术使用超导材料未来的输电技术使用超导材料 低低温温超超导导材材料料临临界界温温度度低低，超超导导输输电电系系统统必必须须进进行行低低温温冷却（液氦），成本惊人，所以难在电力行业中应用。冷却（液氦），成本惊人，所以难在电力行业中应用。 目目前前，国国际际上上主主要要研研
37、究究在在液液氮氮冷冷却却条条件件下下的的电电缆缆，即即用用高高温温超超导导体体来来支支取取输输电电器器件件、超超导导发发电电机机和和发发动动机机。超超导导材材料料线线圈圈使使磁磁感感应应强强度度大大大大提提高高，电电流流密密度度比比普普通通电电机机提提高高1-2数数量量级级。超超导导变变压压器器的的使使用用，使使变变压压器器的的体体积积和和重重量量明明显显下降，磁损耗也大为减少。下降，磁损耗也大为减少。492.6 超导材料的应用超导材料的应用-未来的输电技术使用超导材料未来的输电技术使用超导材料 比比如如，远远距距离离大大城城市市输输电电容容量量在在几几千千兆兆瓦瓦以以上上时时，可大幅度降低心
38、有输电体系可大幅度降低心有输电体系8%电力的损失率。电力的损失率。502.6 超导材料的应用超导材料的应用-磁悬浮列车磁悬浮列车是最新颖的铁路运输机车。是最新颖的铁路运输机车。时速高达时速高达380Km以上。以上。利用轨道上的超导线圈与列车上的超导利用轨道上的超导线圈与列车上的超导线线圈圈磁磁场场间间的的斥斥力力使使列列车车悬悬浮浮在在轨轨道道上上（约约10cm高高度度），把把车车轮轮与与轨轨道道间间的的摩摩擦擦力力减减到到最最小小，使使列列车车的的速速度度极极大大提提高高。日日本本、德国技术世界领先。德国技术世界领先。 512.6 超导材料的应用超导材料的应用- 核磁共振层析扫描核磁共振层析
39、扫描 医医学学上上，超超导导磁磁体体使使用用于于医医疗疗上上的的核核磁磁共共振振层层析析扫扫描描，可可对对人人体体不不同同部部位位进进行行核核磁磁共共振振分分析析，经经计计算算机机处处理理，得得到到清清晰晰图图像像，以以诊诊断断疾疾病病，对对人人体体无损害。无损害。 522.6 超导材料的应用超导材料的应用- 超导材料储存能量超导材料储存能量利利用用超超导导体体电电阻阻等等于于零零的的特特点点，使使得得流流入入超超导导体体回回路路中中的的电电流流一一直直保保存存下下来来，这这样样就就把把电电能能储储存存在在超超导导线线圈里。圈里。例例如如，超超导导线线圈圈储储能能技技术术可可将将抽抽水水发发电电的的蓄蓄能能效效率率60-70%提高到提高到90%以上。以上。 532.6 超导材料的应用超导材料的应用-热核反应堆热核反应堆 为了利用核聚变能量发电，必须为了利用核聚变能量发电，必须有能储存有能储存41010J能量能力的磁体，能量能力的磁体，而这样的磁体只能用超导材料来制取。而这样的磁体只能用超导材料来制取。
