高温超导材料发展历史

3.3超导材料超导材料按化学组成可以分为元素超导体合金超导体化合物超导体人们把临界温度Tc达到液氮温度(77K)以上的超导材料称为高温超导材料主要是具有较高临界温度的氧化物超导体。到目前为止，人们已发现在正常压力下有28种元素、约5000种合金和化合物具有超导电性的超导元素。表1给出了超导元素的临界温度和OK时的临界磁场3.3.1元素超导体过度元素18种非过度元素10种正常压力下铌的临界温度是超导元素中最高的，=9.26K；元素中临界温度最低的是钨，=0.012K。超导元素在周期表中的分布有如下的规律：①碱金属Li、Na、K、Ru、Cs和良导体Cu、Ag、Au等一价元素均不是超导体；②Cr、Mn、Fe、Ni、Co等铁磁性或反铁磁性元素也都不是超导体;③超导元素的价电子数有下列关系:2〈〈8；④除个别例外，超导元素明显地可分为过渡金属和非过渡金属两个集团。在过渡金属中,为奇数的元素,较高。当=5和7时,出现峰值。对于非过渡金属，随增大而单调地增高。某些元素只有在高压下或低温底板上淀积为薄膜时才呈现超导电性。前者如Cs、Ba、Y、Ce、Si、Ge、P、As、Sb、Bi、Se、Te和Lu等；后者如Bi。在低温底板上淀积W、Be、Ga、Al、In和Sn的薄膜，其与大块材料相比，都有较大的提高。值得强调的是，稀土元素La在150kbar压力下,其高达12K。通常对少量杂质并不敏感，但磁性杂质（如Ir和Mo）会使降低，甚至使超导电性消失。《日经产业新闻》2006年报道，日本大阪大学教授清水克哉领导的小组将钙夹在钻石中间，并向其施加压力，然后通过安装在钻石上的电极测量电阻，分析钙电阻的变化。结果发现，当压力超过300亿帕斯卡时，电阻开始急剧变化。当压力增加到1610亿帕斯卡时，钙在约零下248摄氏度的条件下出现了超导现象。刷新了单一元素超导临界温度的最高纪录。此前，锂以零下253摄氏度的超导临界温度保持着这一“高温”冠军称号。3.3.2合金与化合物超导体为了寻找较高临界温度的超导材料，在50年代早期，科学家们将注意力转向了合金和化合物。1952年，发现了临界温度为17K的硅化钒，不久又发现了临界温度为18K的铌锡合金。1960年，昆兹勒发现了铌锡合金在8.8万高斯磁场中仍具有超导性。它正是第Ⅱ类超导体。以后，又陆续发现了若干铌系列合金超导体。1973年，发现了铌锗合金，其临界温度可达23.2K，这一发现又激起了科学家们寻找高温超导体的热情。第Ⅱ类超导体发现后，美国和英国的一些公司又花了近10年时间开发可靠的超导产品。目前主要有：①Nb、Ti类超导合金，其价格较低，易加工处理，是制造超导体的重要材料。②Nb3Sn和V3Ga等类金属互化物。超导化合物的Tc值要比超导合金高，且可通过调整、改进组成来进一步提高Tc值。复合法制Nb3Sn,V3Ga线材制成超导线或带,绕成线圈,导入电流,产生磁场用途:Powertransmission电力传输NbTi低温超导线材Bi系高温超导线材超导线材相对于一般线材的不同在于没有能量的消耗，因为超导的零电阻特性，电子在晶格中运动不会晶格碰撞产生热能，也就不会有能量损耗的出现！！1998年7月，北京有研总院与其他单位共同研制成功中国第一根一米长一千安培铋系高温超导直流输电模型电缆。这项成果被两院院士列为当年中国十大科技进展。此次研制成功的高温超导带材长一百一十六米，宽三点六毫米，厚为零点二八毫米，以螺旋管方式缠绕，用四引线法全长度测量，七十七Ｋ液氮温度（零下一百六十九摄氏度）自场下临界电流达十二点七安培，各项技术指标均达到国内领先水平。德国Augsburg大学的科研人员近日宣布，其经过研究发明了一种新型的超导电材料，该超导电体具有强大的电力传输能力，如果其得以广泛应用的话，将大大降低电力输送线路的生产成本。这次他们研制的超导电材料，其实是利用现有的超导电材料制成，其工作性能良好，并且对生产工艺要求不高。3.3.3高温超导材料发展历史1988Nobel1913Nobel75yrs1987朱经武(C.W.Chu)、吴茂昆(M.K.Wu)discoveredYBaCuOwithTc77KAir=78%N21986年8月，IBM的苏黎士研究室的米勒教授和贝德诺兹教授发现了一种铜氧化合物，它们在35K的温度下电阻接近于0，一下子把超导温度提高了12度；1986年12月，米勒教授和贝德诺兹教授发现了一种新型的陶瓷超导体(此前超导体都是金属)，这种超导体把超导性的临界温度又提高到了38K；1987年初，美籍华人科学家朱经武教授和他的学生吴茂琨发现了另外一种材料；钇－钡－铜－氧化物，使超导记录提高到了93K。在这个温度区上，超导体可以用廉价而丰富的液氮来冷却，美国《科学》杂志网站报道说，物理学界认为这是高温超导研究领域的一个“重大进展”。日本科学家首先报告说，氟掺杂镧氧铁砷化合物在临界温度26开尔文（零下247.15摄氏度）时，即具有超导特性。2008.3月25日，中国科技大学陈仙辉领导的科研小组又报告，氟掺杂钐氧铁砷化合物在临界温度43开尔文（零下230.15摄氏度）时也变成超导体。2008.3月28日，中国科学院物理研究所赵忠贤领导的科研小组报告，氟掺杂镨氧铁砷化合物的高温超导临界温度可达52开尔文（零下221.15摄氏度）。2008.4月13日该科研小组又有新发现：氟掺杂钐氧铁砷化合物在压力环境下产生作用，其超导临界温度可进一步提升至55开尔文（零下218.15摄氏度）。此外，中科院物理所闻海虎领导的科研小组还报告，锶掺杂镧氧铁砷化合物的超导临界温度为25开尔文（零下248.15摄氏度）。