41超导材料

超导材料超导材料内容超导材料及超导材料的基本性质超导材料的种类超导材料的应用卡末林-昂内斯1911年，荷兰物理学家昂纳斯发现汞的直流电阻在4.2K时突然消失，首次观察到超导电性。铅环中的电流不停地流动，形成一个永久的磁场，使一枚磁针悬浮在空中如果将这种导线做成闭合电路，电流就可以永无休止地流动下去。确实有人做了：将一个铅环冷却到7.25K以下，用磁铁在铅环中感应出几百安培的电流，从1954年3月16日知道1956年9月5日，铅环中的电流不停流动，数值也没有变化。迈斯纳效应（完全抗磁性）当一个磁体和一个处于超导态的超导体相互靠近时，磁体的磁场会使超导体表面中出现超导电流。此超导电流形成的磁场，在超导体内部，恰好和磁体的磁场大小相等，方向相反。这两个磁志抵消，使超导体内部的磁感应强度为零，B=0，即超导体排斥体内的磁场。迈斯纳效应和零电阻现象是实验上判定一个材料是否为超导体的两大要素。迈斯纳效应指明了超导态是一个热力学平衡状态，与如何进入超导态的途径无关，超导态的零电阻现象和迈斯纳效应是超导态的两个相互独立，又相互联系的基本属性。单纯的零电阻并不能保证迈斯纳效应的存在，但零电阻效应又是迈斯纳效应的必要条件。因此，衡量一种材料是否是超导体，必须看是否同时具备零电阻和迈斯纳效应。已经发现近30种单质和几千种合金及化合物具有超导性。但绝大多数超导材料的临界温度是难以达到的超低温，限制了超导材料的应用。因此，超导材料的发展过程很到程度上就是研制高温超导体的过程。1986年，德国科学家柏诺兹和瑞士科学家弥勒发现了第一个钡镧铜氧化物高温超导体（其转变温度高达35K）是转变温度提升到了液氮温区。在接下来的几年，不同的高温超导体系相继被发现，道道温度也迅速攀升至160K。然而不幸的是高温超导的机理至今仍然是个谜。1911年，荷兰物理学家卡茂林·昂尼斯意外发现水银的超导性1954年Matthias发现新型的化合物超导体Nb3S1973年英、美科学家发现了铌锗合金，其临界超导温度为23.2Kl986年初物理学家Muller和Bednorz发现了高温铜氧化物超导体。中科院赵志忠研究组获得了临界温度为48.6的锶镧铜氧化物1987年底，铊钡钙铜氧化材料又把临界超导温度的纪录提高到125K。3月，中科院发现温度为93K的8种钇钡铜氧化物。1988年，中科院发现了超导临界温度为120K的钛钡钙铜氧化物2008年，一大类以铁元素为基质的全新超导体(铁基超导体)被人发现。2009年10月1O日，美国科学家将超导温度提高到254K，也就是-19℃，对于推广常温超导的实际应用具有重大的意义。理论上能够找到常温超导体工作机制的希望也因此而大增。如果掌握了这一机制，常温超导体也许就不再遥不可及。除一些元素在常压及高压下具有超导电性外，另部分元素经过特殊工艺处理后显示出超导电性。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。超导材料的应用一、能源领域的应用开发新能源（1）核聚变反应堆“磁封闭体”（超导储能）（2）超导磁流体发电节能方面（1）超导输电（2）超导发电机和电动机（3）超导变压器麻烦的是，电缆必须一直浸在77K(约-196℃)的液氦之中。因此，如果要架设这样的电缆，每隔1000米左右就必须安装泵机和冷却设备，大大增加了超导电缆方案的成本和复杂程度，这本身就消耗巨大的电能。室温介质电缆的主要优点是结构简单,它具有和常规电缆相似的绝缘结构,输送容量比常规电缆大3倍以上。室温介质电缆带材工作在液氮温度条件下,电缆的绝缘层则工作在室温条件下,其绝缘的加工和安装也相对简单。同时,绝缘材料的选择具有较大的空间,加工技术比较成熟。相对于低温介质电缆,室温介质电缆具有损耗较大,运行费用较高等缺点。室温介质电缆绝缘加工在电缆低温容器上,电缆整体尺寸较大,通常为单芯电缆。下图为室温介质电缆的典型结构低温介质绝缘电缆的电绝缘层和超导带均工作在液氮温度下。液氮作为复合电绝缘的一部分起着一定的绝缘作用。相对于室温介质电缆,低温介质绝缘电缆传输容量更大,损耗更小,运行成本较低。其输送容量可达常规电缆大5倍以上,但存在结构复杂,耗用的超导带材较多等不足,低温下绝缘材料的长期可靠性等方面尚缺乏足够的验证。低温介质电缆设计有单芯和三芯两种结构。三芯电缆的3根导体工作在同一个低温容器中。三芯电缆还可设计为三相轴电缆。下图为低温介质电缆的典型结构磁悬浮列车的不足1、由于磁悬浮是以电磁力完成悬浮、导向和驱动功能的，断电后磁悬浮的安全保障措施，尤其是列车停电后的制动问题任然是要解决的问题。其高速稳定性和可靠性还需很长时间的运行考验。2、常导磁悬浮技术的悬浮高度较低，因此对线路的平整度、路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高。3、超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常到技术更大，冷却系统重，强磁场对人体与环境都有影响。研究领域的应用电子信息领域的应用军事领域的应用医学领域三、其它应用