有机超导体的临界温度已达117K

超导技术一．什么是超导？超导是超导电性的简称，是指导电材料在温度接近绝对零度的时候，金属、合金及其他材料的电阻趋近于0的性质。

超导材料的发现是最近几十年来物理学与材料科学领域的重大突破之一，已引起全世界的广泛关注，世界各国科技工作者参与超导材料的研究和发展工作，人们很快就能感受到它给社会生活带来的重大变革。

目前超导这一得天独厚的特性使得超导材料在医疗、电子输送、交通方面获得广泛应用。

二．超导现象的发现在发现超导现象之前，物理学界关于超低温区电阻的变化情况形成两种对立的观点：① Kelven 提出的“随着温度的降低，电阻会在趋于某一个极小值后会由于电子凝聚在原子周围而使得电阻趋于∞”。

② Nernst 提出的“电阻随温度减小并最终在绝对零度处消失”。

1908年，Kirchhoff 的得意门生Onnes 首次将最后一个“永久气体”He 液化，并得到了低于4K 的低温。

1911年，他在测量一个固态汞样品的电阻与温度的关系时发现，当温度下降到4.2K 附近时，样品的电阻突然减小到仪器无法察觉出的一个小值。

这种现象后来被称为超导现象，这一使电阻突然变小的温度4.2K 被称为临界温度Tc 。

1912年，Onnes 在铅和锡上发现了类似的现象，说明超导现象并非孤立。

三.两个主要性质①零电阻：超导体的电阻为0或无限接近于0，因此一旦它内部产生电流后，只要保持超导状态不变，其电流就不会减小，因此就称这种电流为持续电流。

正常导体因为有电阻，所以为了在导体中产生恒定电流就需要外加电场。

对超导体来讲，由于它的电阻为0，所以一旦在其中有电流产生就不会消失，也就是说，维持该电流不需要加电场，导体内部场强为0。

a. 那么怎样在超导体中产生持续电流？由法拉第电磁感应定律可知:”随时间变化的磁场会在空间激发出涡旋电场”,当将一个条形磁铁靠近超导体时,导体中就会产生涡旋电场并产生涡旋电流和留有一定的磁通量,当磁铁拿走后,超导体中的磁通量应该维持不变,因为如果磁通量改变,超导体中将产生电场,与超导体中电场为0相矛盾,而这个磁通量是通过超导体表面的持续电流来维持的。

“常温超导体”究竟是啥_常温超导体的原理“常温超导体”究竟是啥“超导”是一种特殊的物理现象，指的是某些物质在低温或高压的情况下表现出“电阻为零”的性质，这种物质被称为“超导体”。

简单来说，“超导”就是在特定条件下电阻为零的现象。

而“室温常压超导”，就是在不需要特殊条件的情况下，就能实现零电阻、抗磁性的现象。

“常温超导体”实现意味着什么首先，在能源方面，原本电力的传输会产生消耗，且随着距离的增加，消耗会越大。

而“室温超导”零电阻的特性，或将实现超长距离无损耗输电，产能和利用效率将会大大提升。

其次，在交通方面，无损的电力传输和高效的能源存储，或使新能源汽车实现充电五分钟行驶两千公里，磁悬浮列车或成为日常，未来将直接改变人们的交通方式。

最后，在信息处理方面，芯片将无需再顾及发热问题，手机也能拥有小型超算能力，算力的瓶颈将被突破，人工智能和数字技术将迎来爆发式发展。

可以说，“室温超导”带来的无损世界犹如科幻电影，无疑将开启第四次工业革命。

室温超导的原理是什么通常情况下，只有在特定温度之下，材料才会进入超导状态。

这个临界温度非常低，往往为几十开尔文(大约零下二百多摄氏度)，这在日常生活中非常难达到，阻止了超导材料的大规模应用。

早在1911年，荷兰物理学家卡末林·昂内斯(Heike Kamerlingh Onnes)就已经发现，当温度降低至4.2K(约-268.95℃)时，浸泡在液氦里的金属汞的电阻会消失。

但直到1957年，才有了第一个真正能初步成功描述超导现象的理论——BCS 理论。

该理论由美国科学家约翰·巴丁(John Bardeen)、里昂·库珀(Leon Cooper)和约翰·施里佛(John Schrieffer)基于“波粒二象性”建立。

他们认为，金属外层自由电子在有电压时，会流经晶格点阵形成电流，但通常情况下，这种晶格点阵有缺陷，会因热振动使电流产生阻碍。

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］。

无机化学研究前沿摘要：无机化学是化学学科里其它各分支学科的基础学科，在近年来取得较突出的进展，主要表现在无极碳化学，无机高分子化学和纳米材料等方面。

未来无机化学的发展特点是各学科交叉纵横相互渗透，用以解决工业生产与人民生活的实际问题。

文章就当代无机化学研究的前沿的无极碳化学做了简要阐述。

关键词：无机化学研究前沿碳化学合成及应用有人预言，21世纪是“超碳时代”。

理由是：金刚石的人工合成、碳纤维的开发应用、石墨层间化合物的研究、富勒烯(碳笼原子簇)及线型碳的发现及研究都取得了令人瞩目的进展。

这些以单质碳为基础的无机碳化学给人们展现了无限的想象空间。

而这些无机碳的应用也取得了很大的进展。

IBM日前表示将开发在碳纳米管上融合一片集成电路的器件。

该技术有望加快下一代芯片产品的面世。

美国贝尔实验室的研究小组使用富勒烯在较高温度下(117K)制造出了电阻为零的有机超导体。

一、金刚石金刚石是最硬的物料。

每个碳原子都与其它的四个最靠近的近邻形成四面体的取向，这种类型的结构能使晶体在三维空间中有很高的强度。

由于它极高的硬度，金刚石被用于切割、钻孔和研磨。

金刚石主要用于精密机械制造、电子工业、光学工业、半导体工业及化学工业。

天然金刚石稀少，只限于用作装饰品，因此人工合成金刚石正在成为碳素材料中的重要研究开发领域。

1.金刚石的合成1.1石墨转化法石墨转化法可分为静态超高压高温法和动态法两种。

常温常压下石墨转化为金刚石是非自发的，但在高温高压(由疏松到致密)下可能实现这种转化，其温度和压力条件因催化剂的种类不同而不同。

1.1.1静态超高压高温法用高压设备压缩传压介质产生3～10GPa的超高压，并利用电流通过发热体，将合成腔加热到l000～2000℃高温。

其优点是能较长时间保持稳定的高温高压条件，易于控制。

该法可得到磨料级金刚石，但设备技术要求高。

为了获得粒度较大的优质金刚石单晶，普遍采用过渡金属(Ni，Fe，Co等)及其合金作触媒，保持约5GPa的压力、1500K的温度到一定的时间，使石墨转化金刚石。

室温超导原理超导是指在一定温度下，某些物质的电阻为零的现象。

在传统的理解中，超导只能在极低温度下发生，而室温超导则是指在常温下发生的超导现象。

室温超导的发现将会对电力、交通、医疗等领域产生深远的影响，因此，室温超导的研究备受关注。

室温超导的原理与传统超导相似，都是由于电子在物质中的运动引起的。

传统超导是通过将物质冷却到极低温度下，使得电子的运动速度减缓，从而减少电子与晶格的相互作用，达到电阻为零的效果。

而室温超导的实现，则是通过材料的设计和控制，使得电子的运动能够在常温下达到超导状态。

室温超导的发现始于2020年，由于在研究高温超导时，科学家发现了一种新的材料——氢化物LaH10，该材料在高压下可以实现超导。

随着研究的深入，科学家们发现，该材料在常温下也可以实现超导，而且其超导温度高达15摄氏度，这一发现震惊了整个科学界。

据分析，室温超导的实现离不开材料科学的进步。

氢化物LaH10的实现，是由于其分子中的氢原子具有高度压缩的特性，使得电子在分子间的运动能够形成超导状态。

而且，该材料的结构和化学成分都是经过精心设计和控制的，这也是室温超导的一个重要特征。

室温超导的实现不仅仅是科学研究的成果，也是技术创新的机遇。

室温超导的应用潜力巨大，可以应用于电力输送、电子设备、医疗设备等领域。

例如，在电力输送领域，室温超导可以提高电力传输效率，减少能源损失，降低能源消耗，从而实现可持续发展。

在电子设备领域，室温超导可以实现更高的计算速度和更低的能量消耗，从而推动电子技术的发展。

尽管室温超导的发现具有重大的意义，但是其研究还面临着许多挑战和困难。

首先，室温超导材料的制备和控制需要高度的技术和设备，这也限制了室温超导的广泛应用。

其次，室温超导的机理和原理还需要进一步的探究和研究，以便更好地理解和应用室温超导。

最后，室温超导的成本和稳定性也是需要考虑的问题，这需要在材料和技术方面的不断创新和改进。

总之，室温超导的发现是一个重大的科技突破，将会对人类社会产生深远的影响。

超导体的三个临界条件
超导体的三个临界条件是：
1. 临界温度：超导体只在低于一定临界温度（也称为超导临界温度）以下才能表现出超导性质。

不同的超导体具有不同的临界温度，有些可以低至几个开尔文（K）甚至更低。

2. 临界磁场：当超导体受到外加磁场时，超导性将会被破坏。

临界磁场是指超导体在某一临界磁场值以下才能保持超导状态。

超过临界磁场后，超导电性消失。

3. 临界电流密度：临界电流密度是指超导体中电流密度的临界值。

当超导体中的电流密度超过该临界值时，超导性将会被破坏，超导体将恢复到正常的电阻状态。

最高超导转变温度是指在一定条件下，物质从绝缘状态转变为导电状态的临界温度。

在超导材料中，电子可以在不受阻力的情况下自由流动，因此具有零电阻和完全抗磁性等特性。

目前已知的最高超导转变温度记录如下：
1.氢化镧：约104摄氏度
2.铅：约130摄氏度
3.铜：约100摄氏度
4.铁：约200摄氏度
其中，氢化镧是目前已知的最高超导转变温度，其超导转变温度约为104摄氏度。

这种材料具有很高的临界电流密度和临界磁场强度，因此被广泛应用于超导磁体、超导电缆和超导发电机等领域。

什么是临界温度和临界压力简单地说，临界温度就是某种气体能压缩成液体地最高温度，高于这个温度，无论多大压力都不能使它液化。

这个温度对应地压力就是临界压力。

1869年Andrews首先发现临界现象.任何一种物质都存在三种相态----气相、液相、固相。

三相呈平衡态共存的点叫三相点。

液、气两相呈平衡状态的点叫临界点。

在临界点时的温度和压力称为临界温度和临界压力。

不同的物质其临界点所要求的压力和温度各不相同。

超临界流体(SCF)是指在临界温度和临界压力以上的流体。

高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态。

处于超临界状态时，气液两相性质非常接近，以至于无法分辨，故称之为SCF.自从1869年Andrews首先发现临界现象以来，各种研究工作陆续开展起来，其中包括1879年Hannay和Hogarth测量了固体在超临界流体中的溶解度，1937年Michels等人准确地测量了CO2近临界点的状态等等。

在纯物质相图上，一般流体的气－液平衡线有一个终点——临界点，此处对应的温度和压力即是临界温度（Tc）和临界压力（Pc）。

当流体的温度和压力处于Tc和Pc之上时，那么流体就处于超临界状态（supercritical状态，简称SC 状态）。

超临界流体的许多物理化学性质介于气体和液体之间，并具有两者的优点，如具有与液体相近的溶解能力和传热系数，具有与气体相近的黏度系数和扩散系数。

同时它也具有区别于气态和液态的明显特点：（1）可以得到处于气态和液态之间的任一密度；（2）在临界点附近，压力的微小变化可导致密度的巨大变化。

由于黏度、介电常数、扩散系数和溶解能力都与密度有关，因此可以方便地通过调节压力来控制超临界流体的物理化学性质。

与常用的有机溶剂相比，超临界流体特别是SC CO2、SC H2O还是一种环境友好的溶剂。

正是这些优点，使得超临界流体具有广泛的应用潜力，超临界流体萃取分离技术已得到了广泛的医药方面应用。

超临界流体萃取(Supercritical Fluid extrac-ion，SPE)是一项新型提取技术，超临界流体萃取技术就是利用超临界条件下的气体作萃取剂，从液体或固体中萃取出某些成分并进行分离的技术。