材料科学与人类物质文明作业

摘要：超导是金属或合金在较低温度下电阻变为零的性质。超导材料是当代材料科学领域一个十分活跃的重要前沿，其发展将推动功能材料科学的深入发展。以下简要介绍了超导材料的发展历史、现状，对未来的超导材料的发展作了展望，并对目前超导材料的主要研制方法进行了分析。关键词：超导体超导材料临界温度研究进展应用一、超导材料的概念超导材料是在低温条件下能出现超导电性的物质。超导材料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失。超导材料的发展经历了从低温到高温的过程，经过无数科学家的努力，超导材料的研究已经取得了巨大的发展。近年来，随着材料科学的发展，超导材料的性能不断优化，实现超导的临界温度也越来越高。高温超导材料的制备工艺也得到了长足的发展，一些制备高温超导材料的材料陆续被科学家发现。现在，超导材料的研究主要集中在超导输电线缆，超导变压器等电力系统方面，还有，利用超导材料可以形成强磁场，是超导材料在磁悬浮列车的研究上有了用武之地，另外，超导材料在医学，生物学领域也取得了很大的成就。超导材料的研究未来，超导材料的研究将会努力向实用化发展。一旦室温超导体达到实用化、工业化，将对现代文明社会中的科学技术产生深刻的影响。二、超导材料的分类超导材料分为低温超导材料和高温超导材料。1、低温超导材料何谓低温超导材料？低温超导材料是具有低临界转变温度(Tc3OK=在液氦温度条件下工作)的超导材料，分为金属、合金和化合物。具有实用价值的低温超导金属是Nb(铌)，Tc为9.3K已制成薄膜材料用于弱电领域。合金系低温超导材料是以Nb为基的二元或三元合金组成的β相固溶体，Tc在9K以上。低温超导材料一般都需在昂贵的液氦环境下工作,由于液氦制冷的方法昂贵且不方便，故低温超导体的应用长期得不到大规模的发展。低温超导材料的应用分为：强电应用，主要包括超导在强磁场中的应用和大电流输送；弱电应用，主要包括超导电性在微电子学和精密测量等方面的应用。2、高温超导材料高温超导体材料(HTS)具有超导电性和抗磁性两个重要特性。要让超导体得到现实的应用，首先要有容易找到的超导材料。即主要研究方向就是寻找能在较高温度下存在的超导体材料。高温超导材料用途非常广泛，大致可分三大类：大电流应用、电子学应用和抗磁性应用。大电流应用是由于超导材具有零电阻和完全的抗磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得的稳定强磁场。超导体的基本特性之一是当它处于超导态时具有理想的导电性，同时由于其载流能力远远强于常规导体，因此，利用超导体可以传输大电流和产生强磁场，并且没有电阻热损耗。电工设备的基本特点是大电流、强磁场和高电压，因此在电工设备中使用超导材料可以减少电气损耗、提高效率、缩小体积、减轻重量、降低成本，还可以提高装置的极限容量。显然，超导材料的应用给电工技术带来了质的飞跃，许多过去无法实现的电工设备由于采用超导技术而成为现实，或即将成为现实。我国电力资源和负荷分布不均，因此长距离、低损耗的输电技术显得十分迫切。超导材料由于其零电阻特性以及比常规导体高得多的载流能力，可以输送极大的电流和功率而没有电功率损耗。据统计，按目前情况，如果将铜或铝导改为超导体，光是在中国节省电能相当于新建数十个大型发电厂。超导材料在这些方面的应用是最诱人的。三、超导材料的发展趋势超导材料技术的发展趋势是不断探求更高温度的超导体，实现高温超导材料产业化技术，使超导材料技术应用更加广泛。高温超导材料经过近20年的研发，已经初步进入了大规模实际应用和产业化。目前超导材料正从研究阶段向应用发展阶段转变，且有可能进入产业化发展阶段。高温超导体作为现在临界温度最高的一种超导体，国内外科学家对其展开了大量的研究。但如何提高各项临界参数，尤其是提高临界温度，仍然是高温超导研究领域最大的难题。好在高温超导体可以在液氮温区实现超导，所以高温超导体已具备了实际应用的价值。超导材料正越来越多地应用于尖端技术中，如超导磁悬浮列车、超导计算机、超导电机与超导电力输送、火箭磁悬浮发射、超导磁选矿技术、超导量子干涉仪等。因此超导材料技术有着重大的应用发展潜力，可解决未来能源、交通、医疗和国防事业中的重要问题。四、中国超导材料的发展我国电力、通信、国防、医疗等方面的发展急需利用超导技术解决现有的关键技术问题。在电力工业方面，电能需求量日益增长，对供电质量和可靠性的要求越来越高，常规电力技术已越来越不能满足电力工业发展的需求。超导电力技术(如超导储能、电缆、限流器、电机等)可以克服常规电力技术的缺陷，它的应用将带来电力工业的重大变革。参考文献：1窦华.超导材料的应用.内蒙古电大学刊,2004(2)2李华，胡国程，LIHua，HUGuo-cheng.超导材料.湖南冶金，2000，(5)3冯瑞华，姜山.超导材料的发展与研究现状.低温与超导，2007，35(6)4谈国强。超导材料的发展状况.佛山陶瓷，2005，55超导材料的应用.内蒙古电大学刊，2004，26马衍伟.超导材料研究及应用进展.科学新闻,2007(5)7严仲明，董亮，王豫.超导材料在电工领域的应用.电工材料，2007，2