高温超导材料的研究进展

ＦＯＣＵＳ　Ｅ王　

超导材料的研究进展及应用　

■文／费有静　

镇江技师学院机电工程系　

导电材料由于电阻的存在，在输　

电过程中会不断消耗电能，尤其是　

远距离电能传输，造成极大的能源　

浪费，这个问题一直困扰着各国学　

者。找到一种材料电阻很小甚至没有　

电阻代替现有的导电材料以减少输　

电损耗一直是各国科学家们梦寐以　

求的愿望。通常来说，导体的电阻随　

温度的降低而降低，所以人们致力于　

寻找一个低温环境，获得小电阻的导　

体。１９０８年莱顿实验室成功制得液　

氦，获得４．２５Ｋ的低温，这一技术促　

进了超导技术的发展。在此之后的　

３ｆｆ，荷兰物理学家昂纳斯发现当　

温度降到４．２Ｋ时，汞的电阻突然消　

失，这就意味着电流流经导体时没有　

热损耗，这一发现震动全世界，掀起　

了超导研究的一股热潮，昂纳斯也因　

此获得１９１３年诺贝尔奖，并将在一定　

温度条件下电阻突然消失的现象称　

之为“超导”，处于超导状态的导体称　之为“超导体”，具有这一性质的材料　

称为超导材料。　

一　超导材料的发展　自昂纳斯发现汞的超导特性之　

后，越来越多的超导材料进入人们视　

野，人们发现元素周期表中的很多材　

料都具有超导性，很长一段时间内科　

学家们把元素、合金、过渡金属碳化　

物以及氮化物作为超导材料的研究　

对象，直到１９８５年金属间化合物铌锡　

（Ｎｂ　Ｓｎ）的出现，虽然其临界转变温　

度仅２３．２Ｋ，却拓宽了超导材料的研　

究思路。用液氦做致冷剂实现低温，由　

于氦原子间的相互作用力和原子质量　

都很小，很难液化，再加上氦资源缺乏　

等因素导致液氦价格昂贵，但如果没　

有液氦，低温超导材料的研究就会受　

到严重的阻碍，进而影响到研究工作　

的开展，最终导致超导材料在应用上　

受限。因此，寻求新的超导材料以获得　较高的超导转变温度，改变只能采用　

液氦做制冷剂的局面是各国科学工作　

者们重点关注的方向。　

这一设想在１９８６年得以实现，超导　

材料的研究取得了突破　进展。　

１９８６—１９８７年先后发现了超　

兴义民族师范学院本科毕业论文

兴义民族师范学院

2013届本科毕业生学位论文

高温超导材料的研究进展及

前景展望

姓 名： 马 关 爱

教 学 系： 物 理 系

专 业： 物 理 学

导师姓名： 张 星

中国﹒贵州﹒兴义

2013年5月 分类号：

论文编号： 密 级： 兴义民族师范学院本科毕业论文

目 录

摘 要............................................................................................................................ I

ABSTRACT .................................................................................................................. II

第一章 绪 论....................................................................................................... 1

1.1 超导体的发现........................................................................................... 1

1.2 高温超导体的概述................................................................................... 4

高温超导材料

樊世敏

摘要 自从1911年发现超导材料以来，先后经历了简单金属、合金，再到复杂化合物，超导转变温度也逐渐提高，目前，已经提高到164K(高压状态下)。本文主要介绍高温超导材料中的其中三类：钇系(YBCO)、铋系(BSCCO)和二硼化镁(MgB2)，以及高温超导材料的应用。与目前主要应用领域相结合，对高温超导材料的发展方向提出展望。

关键词 高温超导材料，超导特性，高温超导应用

1 引言

超导材料的发现和发展已经有将近百年的历史，前期超导材料的温度一直处于低温领域，发展缓慢。直到1986年，高温超导（HTS）材料的发现，才进一步激发了研究高温超导材料的热潮。经过20多年的发展，已经形成工艺成熟的第一代HTS带材--BSCCO带材，目前正在研发第二代HTS带材--YBCO涂层导体，近一步强化了HTS带材在强电领域中的应用。与此同时，HTS薄膜和HTS块材的制备工艺也在不断地发展和完善，前者己经在强电领域得到了很好的应用，后者则在弱电领域中得到应用，并且有着非常广阔的应用前景。

2 高温超导体的发现简史

20世纪初，荷兰莱顿实验室科学家卡默林昂尼斯（H K Onnes）等人的不断努力下，将氦气液化［1-7］，在随后的1911年，昂尼斯等人测量了金属汞的低温电阻，发现了超导电性这一特殊的物理现象。引起了科学家对超导材料的研究热潮。从1911到1932年间，以研究元素超导为主，除汞以外，又发现了Pb、Sn、Nb等众多的金属元素超导体；从1932到1953年间，则发现了许多具有超导电性的合金，以及NaCl结构的过渡金属碳化合物和氮化物，临界转变温度（Tc）得到了进一步提高；随后，在1953到1973年间，发现了Tc大于17K的Nb3Sn等超导体。直到1986年，美国国际商用机器公司在瑞士苏黎世实验室的科学家柏诺兹（J. G. Bednorz）和缪勒（K.

üller）首先制备出了Tc为35K的镧-钡-铜-氧（La-Ba-Cu-O）高温氧化物超导体，高温超导材料的研究才取得了重大突破［10,11］。临界转变温度超过90K的钇-钡-铜-氧等一系列高温氧化物超导体被发现，成为了高温超导材料研究领域中一个划时代的标志，它使得高温超导材料的研究不只是停留在理论阶段［12］。到目前为止，人们已经发现了几千种超导材料，典型的超导材料临界转变温度与发现时间如图1所示。

江苏科技大学

高温超导材料

樊世敏

摘要 自从1911年发现超导材料以来，先后经历了简单金属、合金,再到复杂化合物，超导转变温度也逐渐提高,目前，已经提高到164K(高压状态下)。本文主要介绍高温超导材料中的其中三类：钇系(YBCO)、铋系（BSCCO)和二硼化镁(MgB2)，以及高温超导材料的应用。与目前主要应用领域相结合，对高温超导材料的发展方向提出展望。

关键词 高温超导材料，超导特性，高温超导应用

1 引言

超导材料的发现和发展已经有将近百年的历史，前期超导材料的温度一直处于低温领域,发展缓慢。直到1986年，高温超导（HTS）材料的发现，才进一步激发了研究高温超导材料的热潮。经过20多年的发展，已经形成工艺成熟的第一代HTS带材—-BSCCO带材，目前正在研发第二代HTS带材-—YBCO涂层导体,近一步强化了HTS带材在强电领域中的应用。与此同时，HTS薄膜和HTS块材的制备工艺也在不断地发展和完善，前者己经在强电领域得到了很好的应用，后者则在弱电领域中得到应用，并且有着非常广阔的应用前景.

2 高温超导体的发现简史

20世纪初，荷兰莱顿实验室科学家卡默林昂尼斯（H K Onnes）等人的不断努力下，将氦气液化［1-7］，在随后的1911年，昂尼斯等人测量了金属汞的低温电阻，发现了超导电性这一特殊的物理现象.引起了科学家对超导材料的研究热潮。从1911到1932年间，以研究元素超导为主，除汞以外,又发现了Pb、Sn、Nb等众多的金属元素超导体;从1932到1953年间，则发现了许多具有超导电性的合金，以及NaCl结构的过渡金属碳化合物和氮化物，临界转变温度(Tc）得到了进一步提高；随后，在1953到1973年间，发现了Tc大于17K的Nb3Sn等超导体.直到1986年，美国国际商用机器公司在瑞士苏黎世实验室的科学家柏诺兹（J。 G。

Bednorz）和缪勒（K。 A。Müller）首先制备出了Tc为35K的镧—钡—铜—氧（La—Ba—Cu-O）高温氧化物超导体，高温超导材料的研究才取得了重大突破［10,11］。临界转变温度超过90K的钇-钡—铜—氧等一系列高温氧化物超导体被发江苏科技大学

第３６卷第５期　２０１７年５月　中国材料进展　

ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ　ＣＨＩＮＡ　Ｖ０１．３６　Ｎｏ．５　Ｍａｖ　２０１７　

吉　日　同Ｉｒｍ　超导限流器的研究进展　

张翠萍　

（西北有色金属研究院超导材料研究所，陕西西安７１００１６）　

摘　要：对高温超导限流器（ＨＴＳＦＣＬ）的国内外发展及研究现状进行了评述。高温超导限流器作为一种理想的故障限流器，　它的研制涉及物理、材料学、电力电子、低温工程等多领域学科的知识与技术，是一项多学科技术的综合。目前在世界范围　内有１８个国家参与了高温超导限流器的研制，已完成挂网试运行和正在运行的高温超导限流器有１９台，分布在７个国家。　在中国现有３台处于试运行中，其中１台运行于世界上第一个超导变电站——甘肃白银超导变电站内。世界各国的研究现状　显示，高温超导限流器的技术趋于成熟，然而大规模的商业化应用还面ｌ　着几个制约因素：超导线材的高昂价格，维持低温　运行的成本，技术标准的制定，市场对高品质电力的需求等。只有降低超导材料的成本和高温超导限流器的运营成本，才会　出现超导限流器的大规模应用，使之成为保障电力网络稳定安全运行的一个理想选择。　

关键词：高温超导故障限流器；Ｂｉ２２１２超导带材；ＹＢＣＯ涂层导体；短路电流；变电站　中图分类号：ＴＭ４７１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—３９６２（２０１７）０５—０３３５—０９　

Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ａｎｄ　Ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｓｕｐｅｒｃ０ｎｄｕｃｔｉｎｇ　

Ｆａｕｌｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｌｉｍｉｔｅｒ　

ＺＨＡＮＧ　Ｃｕｉｐｉｎｇ　（ＳＭＲＣ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｆｏｒ　Ｎｏｎ—Ｆｅｒｒｏｕｓ　Ｍｅｔａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｘｉ’ａｎ　７　１００１６，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｉｇｈ—Ｔｃ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｆａｕｌｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｌｉｍｉｔｅｒ（ＨＴＳＦＣＬ）ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ａｓ　ａｎ　ｉｄｅａｌ　ｆａｕｌｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｌｉｍｉｔｅｒ，ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｆａｕｌｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｌｉｍｉｔｅｒ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ａ　ｍｕｈｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｈｉｃｈ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｏ　ｐｈｙｓｉｃｓ，ｍａｔｅｒｉａｌ　ｓｃｉｅｎｃｅ，ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ａｎｄ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＨＴＳＦＣＬ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｉｎ　１８　ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ，ａｎｄ　１９　ＨＴＳＦＣＬｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｉｎｓｔａｌｌｅｄ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｄ　ｂｅｅｎ　ｏｐｅｒａｔｅｄ　ｏｒ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｉｎ　ｓｅｖｅｎ　ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ　ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ．Ｉｎ　Ｃｈｉｎａ，　ｔｈｒｅｅ　ＨＴＳＦＣＬｓ　ａｒｅ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｉｎ　Ｙｕｎｎａｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ　ａｎｄ　Ｂａｉｙｉｎ．Ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅｍ　ｉｓ　ｉｎｓｔａｌｌｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ—Ｂａｉｙｉｎ　Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｇａｎｓｕ　ｐｉｏｖｉｎｃｅ．Ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｗｏｒｋｓ　ｏｎ　ＳＦＣＬ　ｉｎ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｕｎ－　ｔｒｉｅｓ，ｉｔ　ｉｓ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ＨＴＳＦＣＬ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｂｕｔ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｓｔｉｌｌ　ｆａｃｉｎｇ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｈｉｇｈ　ｐｒｉｃｅ　ｏｆ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｗｉｒｅｓ，ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｃｏｓｔ　ｏｆ　ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍａｒｋｅｔ　ｄｅｍａｎｄ　ｆｏｒ　ｈｉｇｈ—ｑｕａｌｉｔｙ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｏｗｅｒ．ｅｔｃ．Ｉｆ　ｔｈｅ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｐｒｉｃｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ＨＴＳＦＣＬ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｃｏｓｔ　ａｒｅ　ｒｅｄｕｃｅｄ，ｔｈｅ　ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｆａｕｌｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｌｉｍｉｔｅｒ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｒｅａｌｉｚｅｄ，ＳＯ　ａｓ　ｔｏ　ｐｒｏｔｅｃｔ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｓｔａｂｌｙ　ａｎｄ　ｔｏ　ｍａｋｅ　ＨＴＳＦＣＬ　ａｓ　ａｎ　ｉｄｅａｌ　ＳＦＣＬ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈ　Ｊｉｇｈ—Ｔｃ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｆａｕｌｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｌｉｍｉｔｅｒ；Ｂｉ２２１２　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｗｉｒｅ；ＹＢＣＯ　ｃｏａｔｅｄ　ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；　ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｕｒｒｅｎｔ：ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　

2010 - 2011 第 2 学期

功能材料学

题目：超导材料的研究进展

姓名： ***

学号： ********B004

专业： 材料科学与工程

任课老师： 吴进怡

1

超导材料的研究进展

冯秀清

（材料与化工学院材料科学与工程）

摘要：本文从概念、分类、研究进展、应用、发展趋势等方面对超导材料特别是高温超导材料进行了综述。

关键词：超导；高温超导体；进展

0 引言

随着社会的进步，工业的发展，人们对能源的需求量越来越大。但是，像石油、煤等能源储备有限且不可再生。故而，如何在有限能源的条件下使社会健康稳步地发展，亦即如何做到可持续发展成了当今人们亟需解决的问题。

电力工业，是发展进步所不可或缺的。然而，常规电力设备和电力系统存在着一些自身的缺陷，阻碍了电力工业的发展。分析如下[1]：

(1)随着电网容量的增加和规模的不断扩大，电力系统的短路容量越来越大。不加限制的短路电流对电气设备和正常的工业生产带来很大的危害，还可能导致电力系统的崩溃。

(2)由于电力系统的“快速电能存取”这一环节非常薄弱，电力系统在运行和管理过程中的灵活性和有效性受到极大限制。

(3)常规电力系统的效率受到铜、铝等基本导电材料的限制，要进一步提高难度很大。

(4)常规电气设备占地面积大，而人口密集的大中城市正是负荷中心。

(5)可再生能源如太阳能发电、风力发电和潮汐能发电的能量密度低，且易受气候条件的影响。

(6)现有电力系统存在多电压等级和交直流输电共存的局面，电网经历了从局部小电网到区域大电网的发展过程，因此出现设备老化、超载严重、事故增多、供电能力不足、线路

2 损耗率高和电压质量低等多方面的问题。

对于这些问题的解决方法，超导材料表现出了巨大的潜力。

长期以来，如何找到一种完全没有电阻，能消除电能损耗的导电材料，一直是物理学家和材料科学工作者梦寐以求的愿望[2]。1911年，荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯首次意外地发现了超导现象：将水银冷却到接近绝对零度时，其电阻突然消失[3]。这一现象的发现为解决电路损耗带来了福音。从此，对于超导材料的研究如火如荼。

1 高温超导材料研究

摘要：简要介绍了高温超导材料及其发展历史，对超导材料的发展现状和用途进行说明，对目前超导材料的主要研制方法进行了分析。

关键词：超导材料 研究进展 高温 应用

一、 高温超导材料的发展历史

高温超导材料一般是指临界温度在绝对温度77K以上、电阻接近零的超导材料，通常可以在廉价的液氮（77K）制冷环境中使用，主要分为两种：钇钡铜氧（YBCO）和铋锶钙铜氧(BSCCO)。钇钡铜氧一般用于制备超导薄膜，应用在电子、通信等领域；铋锶钙铜氧主要用于线材的制造。

1911年，荷兰莱顿大学的卡末林·昂尼斯意外地发现，将汞冷却到-268.98°C时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林·昂尼斯称之为超导态，他也因此获得了1913年诺贝尔奖。

1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质，当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导状态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。

自卡麦林·昂尼斯发现汞在4.2K附近的超导电性以来，人们发现的新超导材料几乎遍布整个元素周期表，从轻元素硼、锂到过渡重金属铀系列等。超导材料的最初研究多集中在元素、合金、过渡金属碳化物和氮化物等方面。至1973年，发现了一系列A{ EMBED Equation.3 |15型超导体和三元系超导体，如NbSn、VGa、NbGe，其中NbGe超导体的临界转变温度(T)值达到23.2K。以上超导材料要用液氦做致冷剂才能呈现超导态，因而在应用上受到很大限制。1986年，德国科学家柏诺兹和瑞士科学家穆勒发现了新的金属氧化物超导材料即钡镧铜氧化物(La-BaCuO)，其T为35K，第一次实现了液氮温区的高温超导。铜酸盐高温超导体的发现是超导材料研究上的一次重大突破，打开了混合金属氧化物超导体的研究方向。1987年初，中、美科学家各自发现临界温度大于90K的YBacuO超导体，已高于液氮温度(77K)，高温超导材料研究获得重大进展。后来法国的米切尔发现了第三类高温超导体BisrCuO，再后来又有人将Ca掺人其中，得到Bis尤aCuO超导体，首次使氧化物超导体的零电阻温度突破100K大关。1988年，美国的荷曼和盛正直等人又发现了T系高温超导体，将超导临界温度提高到当时公认的最高记录125K。瑞士苏黎世的希林等发现在HgBaCaCuO超导体中，临界转变温度大约为

第43卷第2期燕山大学学报Vol郾43No郾22019年3月JournalofYanshanUniversityMar.2019

摇摇文章编号:1007鄄791X(2019)02鄄0095鄄13

超导材料的研究进展及应用

邹摇芹1,2,李摇瑞2,李艳国2,王明智2,*

(1.燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004;

2.燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室,河北秦皇岛066004)

摇摇收稿日期:2018鄄09鄄21摇摇责任编辑:王建青

基金项目:河北省自然科学基金资助项目(E2015203232);河北省首批青年拔尖人才支持计划资助项目([2016]9)摇摇作者简介:邹芹(1978鄄),女,安徽淮北人,博士,教授,博士生导师,主要研究方向为机械加工超硬工具及特种零部件材料;*通信作

者:王明智(1953鄄),男,内蒙古满洲里人,研究员,博士生导师,主要研究方向金刚石及其相关材料,Email:wmzw@。摘摇要:本文主要综合叙述了超导材料及其超导微观理论的发展历史及现状、超导材料的分类、制备方法、分析

测试仪器以及实际应用等。自发现超导现象以来,超导材料的研究一直备受各界科研人士的关注,不断的发

展、突破。迄今为止,BCS理论可以很好地解释常规超导体的微观超导现象。近几年发现处于热点的部分先进

高熵合金也具有超导性,且BCS理论可以解释其微观超导现象。这一发现引起科研人员的广泛关注。本文主

要针对高熵合金超导材料对超导材料的研究进展进行归纳分类,期待对于超导材料的起源、发展历程的了解起

到一定的作用,并且对于高熵合金的超导性研究有一定的帮助。

关键词:超导材料;零电阻效应;完全抗磁性;研究应用

中图分类号:TB34摇摇文献标识码:A摇摇DOI:10.3969/j.issn.1007鄄791X.2019.02.001

0摇引言

对于远距离电能的运输,由于电阻,导电材料

在输电过程中消耗了电能而造成极大的能源浪

技术与市场　技术研发　２０１５年第２２卷第１１期　古　日　同皿　超导材料的研究现状与展望　周　存　（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南长沙４１００１１）　摘要：高温超导材料是新能源技术的重点研究方向。综合阐述了钇系、铋系、镁硼系及汞系等高温超导材料性能及研　究现状，并对高温超导材料的发展及应用前景进行了展望。　关键词：高温超导材料；钇系超导；铋系超导；汞系超导；镁硼超导　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２０１５．１　１．０３６　０引言　超导技术是２１世纪具有巨大发展潜力和重大战略意义的　技术，超导材料具有高载流能力和低能耗特性，可广泛应用于　能源、国防、交通、医疗等领域。　由于高温超导体较高的临界温度，且用于其冷却的液氨价　格便宜，操作方便，是具有实用意义的新能源材料。自从上世　纪八十年代，瑞士的Ｂｅｄｎｏｒｚ和Ｍａｉｌｅｒ发现氧化物超导体（Ｔｃ　＝３５　Ｋ）以来，全球掀起了研究高温超导电性的热潮。此后，人　们又发现了超导转变温度越来越高的各种系列的高温超导材　料，目前汞系超导体的转变温度已高达１３０多Ｋ。在基础研究　的同时，世界各国在超导材料的产业化研究方面，也投入了大　量的人力物力…。　１　各种高温超导体的研究现状　１．１钇系（ＹＢＣＯ）超导体　在目前已知的各种高温超导体中，Ｙ１２３（ＹＢａ：Ｃｕ　Ｏ　，　ＹＢＣＯ）是研究得最为深入的一种。ＹＢＣＯ在９２　Ｋ左右显示出　超导电性，且超导相的比例极高。　ＹＢａ　Ｃｕ，Ｏ　（ＹＢＣＯ）在液氮温区具有高的临界电流密度　（Ｊｃ值），在外磁场下具有比Ｂｉ系超导体更好的性能，故其是当　前的研究热点之一…。　薛运才　等运用正电子湮没技术和Ｘ一射线衍射等实验　手段，对Ｅｕ替代Ｙ位Ｙ　一　Ｅｕ　Ｂａ：Ｃｕ，Ｏ　一。样品的正电子寿命　谱、超导电性及晶体结构进行了研究。结果表明，超导转变温　度Ｔｃ随着Ｅｕ替代浓度ｘ增加而增加，超导转变温度Ｔｃ达　９４．７　Ｋ。　陈镇平　等探究了稀土离子Ｇｄ“的Ｙ位掺杂对　ＹＢａ　Ｃｕ，Ｏ，一　（ＹＢＣＯ）体系晶体结构和局域电子结构的影响。　其中输运测量表明，实验样品超导转变温度Ｔｃ均在９０　Ｋ以　上。　陈羽　等研究了ｃｕ元素、Ｏ元素在铜氧化物高Ｔｃ超导体　中对超导电性的产生，超导转变温度的变化，掺杂元素的特征　效应具有决定性作用，认为ＣｕＯ　平面上的Ｃｕ、Ｏ元素的键态　的声子模对电声配对具有决定性作用。　崔旭梅　等利用ＴＦＡ—ＭＯＤ方法制备ＹＢＣＯ超导薄膜，　其中超导转变温度Ｔｃ￣－－９０Ｋ，转变宽度ＡＴｅ＝０．５Ｋ。　何萌　等制备了ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７—５／ＳｒＮｂｏ　ｏｌＴｉｏ　９９Ｏ３Ｐ—Ｎ结，其　零电阻温度Ｔｃ＝９２　Ｋ，转变宽度ＡＴｃ为０．４　Ｋ。　朱亚彬　等采用电泳技术（ＥＰＤ），将两种粉末　ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７８和ｌｇ／ｍｍｏｌＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７—８＋０．４ｇ／ｍｍｏｌＹ２ＢａＣｕＯ５　制备成ＹＢＣＯ先驱膜，研究高温超导厚膜超导转变温度：起始　转变温度是９３　Ｋ。　刘震　等运用脉冲激光沉积制备了ＹＢａ２Ｃｕ，Ｏ，一。／Ｎｂ—　ｄｏｐｅｄＳｒＴｉＯ３双层结，其超导转变温度为９１Ｋ。　国外研究表明，ＫＣ１０　掺杂可以降低ＹＢＣＯ烧结温度到　９２０￣Ｃ，制备的样品转变温度有所提高，约为９４　Ｋ＿９］。　可见，ＹＢＣＯ类高温超导体已经成为高温超导体中的一个　重要分支，目前研究中，其超导转变温度约在９３Ｋ左右。　１．２铋系超导体　铋系超导体是仅次于钇系、第二个研究较为透彻的高温超　导体。１９８８年初日本人用Ｂｉ：Ｏ　代替稀土，用锶、钙代替钡在　ＢｒＳｒＣａＣｕＯ（ＢＳＣＣＯ）系中发现了新的高温超导相。此后，美、日　都宣布发现Ｔｃ为１１０Ｋ的超导体。经研究ＢＳＣＣＯ共有　Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８（Ｂｉ２２１２）和（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｔ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｌｏ（Ｂｉ２２２３）两　个高温超导相，前者的Ｔｃ约８０　Ｋ，后者为１１０　Ｋ　ｒｌ　。　王正道　等研究了Ｂｉ系２２２３高温超导带材７７Ｋ下的力　学性质，其中给出了４种不同包装的Ｊｃ值（Ａ／ｃｍ２）：Ａｇ／Ａｇ为　４７００，Ａｇ／ＡｇＣｕ为４５５０，ＡｇＣｕ／ＡｇＣｕ为４２８０，ＡｇＣｕ／Ａｇ为　３　３００。　汪静　等研究了烧结温度和时间对铋系超导体性能的影　响，当烧结温度为８５０￣Ｃ保温９０　ｈ条件下，２２２３相的含量达到　了８８％，其　为１０５　Ｋ。　１．３镁硼超导体　ＭｇＢ。是一种新发现的超导材料，２００１年ＭｇＢ：超导体被　日本教授秋光纯发现，其晶体结构简单、原料成本低，超导转变　温度为３９　Ｋ，且没有“晶界弱连接性”，被认为是应用于　２０￣４０　Ｋ磁场适中条件下的最佳超导材料。ＭｇＢ：超导体是近　年来超导材料领域的研究热点之一。　王淑芳　等分别运用化学气相沉积、脉冲激光沉积和电　泳技术在氧化物单晶基片ＭｇＯ（１１１）和ｃ—ＡＩ：Ｏ３上制备了　ＭｇＢ：超导薄膜和厚膜。三种方法制备的样品零电阻转变温度　分别为３８、３８．４和３９　Ｋ。　许红亮　等制备了掺杂ＴｉＢ　的ＭｇＢ　超导线材，其临界　电流密度分别达到９　９６０　Ａ／ｃｍ　（６　Ｋ，４．５　Ｔ）和１　１１０　Ａ／ｃｍ　（６　Ｋ，７　Ｔ）。

江苏科技大学

高温超导材料

樊世敏

摘要 自从1911年发现超导材料以来，先后经历了简单金属、合金，再到复杂化合物，超导转变温度也逐渐提高，目前，已经提高到164K(高压状态下)。本文主要介绍高温超导材料中的其中三类：钇系(YBCO)、铋系(BSCCO)和二硼化镁(MgB2)，以及高温超导材料的应用。与目前主要应用领域相结合，对高温超导材料的发展方向提出展望。

关键词 高温超导材料，超导特性，高温超导应用

1 引言

超导材料的发现和发展已经有将近百年的历史，前期超导材料的温度一直处于低温领域，发展缓慢。直到1986年，高温超导（HTS）材料的发现，才进一步激发了研究高温超导材料的热潮。经过20多年的发展，已经形成工艺成熟的第一代HTS带材--BSCCO带材，目前正在研发第二代HTS带材--YBCO涂层导体，近一步强化了HTS带材在强电领域中的应用。与此同时，HTS薄膜和HTS块材的制备工艺也在不断地发展和完善，前者己经在强电领域得到了很好的应用，后者则在弱电领域中得到应用，并且有着非常广阔的应用前景。

2 高温超导体的发现简史

20世纪初，荷兰莱顿实验室科学家卡默林昂尼斯（H K Onnes）等人的不断努力下，将氦气液化［1-7］，在随后的1911年，昂尼斯等人测量了金属汞的低温电阻，发现了超导电性这一特殊的物理现象。引起了科学家对超导材料的研究热潮。从1911到1932年间，以研究元素超导为主，除汞以外，又发现了Pb、Sn、Nb等众多的金属元素超导体；从1932到1953年间，则发现了许多具有超导电性的合金，以及NaCl结构的过渡金属碳化合物和氮化物，临界转变温度（Tc）得到了进一步提高；随后，在1953到1973年间，发现了Tc大于17K的Nb3Sn等超导体。直到1986年，美国国际商用机器公司在瑞士苏黎世实验室的科学家柏诺兹（J. G.

Bednorz）和缪勒（K. A.Müller）首先制备出了Tc为35K的镧-钡-铜-氧（La-Ba-Cu-O）高温氧化物超导体，高温超导材料的研究才取得了重大突破［10,11］。临界转变温度超过90K的钇-钡-铜-氧等一系列高温氧化物超导体被发现，成为了高温超导材江苏科技大学

高温超导材料

摘要：简要介绍了高温超导材料及其发展历史，对超导材料的发展现状和用途进行说明，对目前超导材料的主要研制方法进行了分析。

关键词：超导材料 研究进展 高温 应用

一、 高温超导材料的发展背景及其发展历史

高温超导体通常是指在液氮温度（77 K）以上超导的材料。人们在超导体被发现的时候（1911年），就被其奇特的性质（即零电阻，反磁性，和量子隧道效应）所吸引。但在此后长达七十五年的时间内所有已发现的超导体都只是在极低的温度（23 K)下才显示超导，因此它们的应用受到了极大的限制。

高温超导材料一般是指临界温度在绝对温度77K以上、电阻接近零的超导材料，通常可以在廉价的液氮（77K）制冷环境中使用，主要分为两种：钇钡铜氧（YBCO）和铋锶钙铜氧(BSCCO)。钇钡铜氧一般用于制备超导薄膜，应用在电子、通信等领域；铋锶钙铜氧主要用于线材的制造。

1911年，荷兰莱顿大学的卡末林·昂尼斯意外地发现，将汞冷却到-268.98°C时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林·昂尼斯称之为超导态，他也因此获得了1913年诺贝尔奖。

1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质，当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导状态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。

自卡麦林·昂尼斯发现汞在4.2K附近的超导电性以来，人们发现的新超导材料几乎遍布整个元素周期表，从轻元素硼、锂到过渡重金属铀系列等。超导材料的最初研究多集中在元素、合金、过渡金属碳化物和氮化物等方面。至1973年，发现了一系列A15型超导体和三元系超导体，如Nb3Sn、V3Ga、Nb3Ge，其中Nb3Ge超导体的临界转变温度(Tc)值达到23.2K。以上超导材料要用液氦做致冷剂才能呈现超导态，因而在应用上受到很大限制。1986年柏诺兹和缪勒发现了35K 超导的鑭钡铜氧体系。这一突破性发现导致了更高温度的一系列稀土钡铜氧化物超导体的发现。通过元素替换，1987年初美国吴茂昆（朱经武）等和我国物理所赵忠贤等宣布了90K钇钡铜氧超导体的发现，第一次实现了液氮温度（77 K）这个温度壁垒的突破。柏诺兹和缪勒也因为他们的开创性工作而荣获了1987年度诺贝尔物理学奖。

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超导材料的研究进展及应用

作者：费有静

来源：《新材料产业》2017年第07期

导电材料由于电阻的存在，在输电过程中会不断消耗电能，尤其是远距离电能传输，造成极大的能源浪费，这个问题一直困扰着各国学者。找到一种材料电阻很小甚至没有电阻代替现有的导电材料以减少输电损耗一直是各国科学家们梦寐以求的愿望。通常来说，导体的电阻随温度的降低而降低，所以人们致力于寻找一个低温环境，获得小电阻的导体。1908年莱顿实验室成功制得液氦，获得4.25K的低温，这一技术促进了超导技术的发展。在此之后的3年，荷兰物理学家昂纳斯发现当温度降到4.2K时，汞的电阻突然消失，这就意味着电流流经导体时没有热损耗，这一发现震动全世界，掀起了超导研究的一股热潮，昂纳斯也因此获得1913年诺贝尔奖，并将在一定温度条件下电阻突然消失的现象称之为“超导”，处于超导状态的导体称之为“超导体”，具有这一性质的材料称为超导材料。

一、超导材料的发展

自昂纳斯发现汞的超导特性之后，越来越多的超导材料进入人们视野，人们发现元素周期表中的很多材料都具有超导性，很长一段时间内科学家们把元素、合金、过渡金属碳化物以及氮化物作为超导材料的研究对象，直到1985年金属间化合物铌锡（Nb3Sn）的出现，虽然其临界转变温度仅23.2K，却拓宽了超导材料的研究思路。用液氦做致冷剂实现低温，由于氦原子间的相互作用力和原子质量都很小，很难液化，再加上氦资源缺乏等因素导致液氦价格昂贵，但如果没有液氦，低温超导材料的研究就会受到严重的阻碍，进而影响到研究工作的开展，最终导致超导材料在应用上受限。因此，寻求新的超导材料以获得较高的超导转变温度，改变只能采用液氦做制冷剂的局面是各国科学工作者们重点关注的方向。

这一设想在1986年得以实现，超导材料的研究取得了突破性进展。

1986-1987年先后发现了超导临界转变温度（Tc）值为35K的钡镧铜氧化物、90K的钇-钡-铜-氧（YBaCuO）超导材料、125K的铊系高温超导体，打破了之前只有在液氦温区工作的禁区。氮气资源丰富，占大气总量的78.12%（体积分数），在标准大气压下，将空气冷却至-195.8℃时成为液体，价格比液氦低得多。7年后瑞士科学家希林等发现汞-钡-钙-铜-氧（HgBaCaCuO）的Tc值约为133K，Tc取得新的进展。

低温与超导　第４１卷第５期　超导技术　Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　Ｃｒｙｏ．＆Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ　Ｖ０１．４１　Ｎｏ．５　

高温超导电缆研究进展综述　

何清　，何杰　，周世平　，金涛　，伍科　，王利琴　，任丽　，李晓群　

（１．湖北省电力公司电力科学研究院，武汉４３００７４；　

２．强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学），武汉４３００７４）　摘要：人们对电能需求的持续增长，促使电网输电密度和输电容量逐渐增大，传统的输电技术将遇到越来越多　的问题。高温超导电缆具有传输容量大和功率密度高等优势，是解决这些问题和满足未来大容量电力传输的重要　技术之一。在综合分析国内外大量文献资料的基础上，介绍高温超导电缆的基本结构、发展现状和关键技术，总结　制约其工业化应用过程当中面对的主要问题，并提出了高温超导电缆的发展建议。　关键词：高温超导电缆；均流设计；故障保护　

Ａ　ｓｕｎｌｉｎａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｏｆ　Ｒ＆Ｄ　ｏｎ　ＨＴＳ　ｃａｂｌｅ　

Ｈｅ　Ｑｉｎｇ　，Ｈｅ　Ｊｉｅ　，Ｚｈｏｕ　Ｓｈｉｐｉｎｇ　，Ｊｉｎ　Ｔａｏ　，Ｗｕ　Ｋｅ　，Ｗａｎｇ　Ｌｉｑｉｎ　，Ｒｅｎ　Ｌｉ　，Ｌｉ　Ｘｉａｏｑｕｎ　（１．Ｈｕｂｅｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｚｈｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　

ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ；）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｄｅｍａｎｄ　ｆｏｒ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ｐｏｗｅｒ　ｒａｐｉｄｌｙ，ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｄ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｅｎｏｕｇｈ　ｔｏ　ｓｅｒｖｅ　ｐｅｏｐｌｅ￣ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｓｏ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ　ａｒｅ　ｆｏｃｕｓｉｎｇ　ｏｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｓｏｍｅ　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｍｏｒｅ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ　ｔｏ　ｔｒａｎｓｍｉｔ　ｌａｒｇｅ　ｖｏｌｕｍｅ　

２０１３年第５期　Ｎｏ．５　２０１３　电线电缆　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｗｉｒｅ＆Ｃａｂｌｅ　２０１３年１Ｏ月　Ｏｃｔ．，２０１３　

高温超导电缆研究与应用新进展　

宗曦华，魏东　

（上海电缆研究所，上海２０００９３）　

摘要：介绍了超导电缆的研究发展历程、近年来世界各国在超导电缆应用方面所开展的相关研究和进展情况，　并展望超导电缆的未来发展前景。　关键词：超导电性；电力系统；电缆　中图分类号：ＴＭ２４９．７　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２－６９０１（２０１３）０５－０００１－０４　

Ｔｈｅ　Ｎｅｗ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ．Ｉ－ｎＯ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　Ｃａｂｌｅ　ＺＯＮＧ　Ｘｉ．ｈｕａ．ＷＥＩ　Ｄｏｎｇ　（Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃａｂｌｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００９３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｗｉｌｌ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｃａｂｌｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　Ｉ－ＩＴＳ　ｃａｂｌｅ　ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ　ａｒｏｕｎｄ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ．Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ｃａｂｌｅ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；ｐｏｗｅｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｃａｂｌｅ　

０　引　言　

超导电力技术将是２ｌ世纪具有经济战略意义　

的一种高新技术，世界各国都一直重视超导技术的　

研究。超导电力技术涉及多学科、多技术领域，其应　用主要包括输电电缆、超导故障电流限制器、变压　

器、超导储能以及电动机、发电机系统等在内的一系　列高温超导产品。超导电力技术的应用，将对提高　电网容量、电能质量、供电可靠性和安全性具有重要　

1 高温超导材料

摘要：简要介绍了高温超导材料及其发展历史，对超导材料的发展现状和用途进行说明，对目前超导材料的主要研制方法进行了分析。

Abstract: a brief introduction of the high temperature

superconducting material and its development history, the current

situation of the development of superconducting materials and

applications of superconducting materials, at present main

research methods were analyzed.

关键词：超导材料 研究进展 高温 应用

一、 高温超导材料的发展历史

高温超导材料一般是指临界温度在绝对温度77K以上、电阻接近零的超导材料，通常可以在廉价的液氮（77K）制冷环境中使用，主要分为两种：钇钡铜氧（YBCO）和铋锶钙铜氧(BSCCO)。钇钡铜氧一般用于制备超导薄膜，应用在电子、通信等领域；铋锶钙铜氧主要用于线材的制造。

1911年，荷兰莱顿大学的卡末林·昂尼斯意外地发现，将汞冷却到-268.98°C时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林·昂尼斯称之为超导态，他也因此获得了1913年诺贝尔奖。

1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质，当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导状态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。

自卡麦林·昂尼斯发现汞在4.2K附近的超导电性以来，人们发现的新超导材料几乎遍布整个元素周期表，从轻元素硼、锂到过渡重金属铀系列等。超导材料的最初研究多集中在元素、合金、过渡金属碳化物和氮化物等方面。至1973年，发现了一系列A15型超导体和三元系超导体，如Nb3Sn、V3Ga、Nb3Ge，其中Nb3Ge超导体的临界转变温 2 度(Tc)值达到23.2K。以上超导材料要用液氦做致冷剂才能呈现超导态，因而在应用上受到很大限制。1986年，德国科学家柏诺兹和瑞士科学家穆勒发现了新的金属氧化物超导材料即钡镧铜氧化物(La-BaCuO)，其Tc为35K，第一次实现了液氮温区的高温超导。铜酸盐高温超导体的发现是超导材料研究上的一次重大突破，打开了混合金属氧化物超导体的研究方向。1987年初，中、美科学家各自发现临界温度大于90K的YBacuO超导体，已高于液氮温度(77K)，高温超导材料研究获得重大进展。后来法国的米切尔发现了第三类高温超导体BisrCuO，再后来又有人将Ca掺人其中，得到Bis尤aCuO超导体，首次使氧化物超导体的零电阻温度突破100K大关。1988年，美国的荷曼和盛正直等人又发现了T1系高温超导体，将超导临界温度提高到当时公认的最高记录125K。瑞士苏黎世的希林等发现在HgBaCaCuO超导体中，临界转变温度大约为133K，使高温超导临界温度取得新的突破。

超导材料的研究进展及应用

导电材料由于电阻的存在，在输电过程中会不断消耗电能，尤其是远距离电能传输，造成极大的能源浪费，这个问题一直困扰着各国学者。找到一种材料电阻很小甚至没有电阻代替现有的导电材料以减少输电损耗一直是各国科学家们梦寐以求的愿望。通常来说，导体的电阻随温度的降低而降低，所以人们致力于寻找一个低温环境，获得小电阻的导体。1908年莱顿实验室成功制得液氦，获得4.25K的低温，这一技术促进了超导技术的发展。在此之后的3年，荷兰物理学家昂纳斯发现当温度降到4.2K时，汞的电阻突然消失，这就意味着电流流经导体时没有热损耗，这一发现震动全世界，掀起了超导研究的一股热潮，昂纳斯也因此获得1913年诺贝尔奖，并将在一定温度条件下电阻突然消失的现象称之为“超导”，处于超导状态的导体称之为“超导体”，具有这一性质的材料称为超导材料。

一、超导材料的发展

自昂纳斯发现汞的超导特性之后，越来越多的超导材料进入人们视野，人们发现元素周期表中的很多材料都具有超导性，很长一段时间内科学家们把元素、合金、过渡金属碳化物以及氮化物作为超导材料的研究对象，直到1985年金属间化合物铌锡（Nb3Sn）的出现，虽然其临界转变温度仅23.2K，却拓宽了超导材料的研究思路。用液氦做致冷剂实现低温，由于氦原子间的相互作用力和原子质量都很小，很难液化，再加上氦资源缺乏等因素导致液氦价格昂贵，但如果没有液氦，低温超导材料的研究就会受到严重的阻碍，进而影响到研究工作的开展，最终导致超导材料在应用上受限。因此，寻求新的超导材料以获得较高的超导转变温度，改变只能采用液氦做制冷剂的局面是各国科学工作者们重点关注的方向。

这一设想在1986年得以实现，超导材料的研究取得了突破性进展。 1986-1987年先后发现了超导临界转变温度（Tc）值为35K的钡镧铜氧化物、90K的钇-钡-铜-氧（YBaCuO）超导材料、125K的铊系高温超导体，打破了之前只有在液氦温区工作的禁区。氮气资源丰富，占大气总量的78.12%（体积分数），在标准大气压下，将空气冷却至-195.8℃时成为液体，价格比液氦低得多。7年后瑞士科学家希林等发现汞-钡-钙-铜-氧（HgBaCaCuO）的Tc值约为133K，Tc取得新的进展。