超导材料论文
- 格式:docx
- 大小:76.51 KB
- 文档页数:5
超导材料论文
超导材料是一类在低温下具有零电阻和完全抗磁性的材料,具有巨大的应用潜力。
本文将对超导材料的基本原理、发展历程以及未来应用进行探讨。
首先,超导现象最早是于1911年被荷兰物理学家海克·卡梅林霍斯发现的。
在实验中,他发现当汞降至绝对零度以下时,电阻突然消失。
这一现象被称为超导现象,而这种在低温下电阻突然消失的材料被称为超导体。
超导体的发现引发了科学界对于超导现象的广泛研究,并为超导材料的发展奠定了基础。
随后,超导材料的种类不断丰富,包括铜氧化物、铁基超导体等。
其中,铜氧
化物超导体是目前研究最为深入的一类超导材料,其超导转变温度较高,为液氮温度以下。
这使得铜氧化物超导体在实际应用中具有更大的潜力,例如在磁共振成像、超导电力输电等领域有着广泛的应用前景。
除了在科学研究领域有着重要的应用外,超导材料还在能源、交通、通信等领
域具有广泛的应用前景。
例如,超导电力输电技术可以大大提高电网输电效率,减少能源损耗;超导磁悬浮技术可以应用于高速列车、磁悬浮飞行器等交通工具;超导量子比特技术可以应用于量子计算机领域,提高计算速度和效率。
未来,随着超导材料研究的不断深入,超导技术将在更多领域得到广泛应用。
例如,超导材料在医学领域的应用也备受期待,比如超导磁共振成像技术在医学影像诊断中的应用,将为医学诊断带来革命性的变革。
总之,超导材料作为一种具有巨大应用潜力的材料,其发展前景广阔。
我们有
理由相信,在不久的将来,超导材料将在更多领域发挥重要作用,为人类社会带来更多的科学技术突破和生活便利。
超导材料一、超导材料的基本介绍1973年,人们发现了超导合金――铌锗合金,其临界超导温度为23.2K,该记录保持了13年。
1986年,设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物(镧-钡-铜-氧)具有35K的高温超导性,打破了传统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念,引起世界科学界的轰动。
此后,科学家们争分夺秒地攻关,几乎每隔几天,就有新的研究成果出现。
1986年底,美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料,其临界超导温度达到40K,液氢的“温度壁垒”(40K)被跨越。
1987年2月,美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇-钡-铜-氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上,液氮的禁区(77K)也奇迹般地被突破了。
1987年底,铊-钡-钙-铜-氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。
从1986-1987年的短短一年多的时间里,临界超导温度竟然提高了100K以上,这在材料发展史,乃至科技发展史上都堪称是一大奇迹!高温超导材料的不断问世,为超导材料从实验室走向应用铺平了道路。
二·、超导材料的分类超导材料按其化学成分可分为元素材料、合金材料、化合物材料和超导陶瓷。
①超导元素:在常压下有28种元素具超导电性,其中铌(Nb)的Tc最高,为9.26K。
电工中实际应用的主要是铌和铅(Pb,Tc=7.201K),已用于制造超导交流电力电缆、高Q值谐振腔等。
②合金材料:超导元素加入某些其他元素作合金成分,可以使超导材料的全部性能提高。
如最先应用的铌锆合金(Nb-75Zr),其Tc为10.8K,Hc为8.7特。
继后发展了铌钛合金,虽然Tc稍低了些,但Hc高得多,在给定磁场能承载更大电流。
其性能是Nb-33Ti,Tc=9.3K,Hc=11.0特;Nb-60Ti,Tc=9.3K,Hc=12特(4.2K)。
目前铌钛合金是用于7~8特磁场下的主要超导磁体材料。
铌钛合金再加入钽的三元合金,性能进一步提高,Nb-60Ti-4Ta的性能是,Tc=9.9K,Hc=12.4特(4.2K);Nb-70Ti-5Ta的性能是,Tc=9.8K,Hc=12.8特。
二、预期目标本项目的总体目标:本项目的总体目标是在新型超导材料探索和非常规超导机理研究上力争突破,做出重要原始创新性的成果,促进学科的发展;提高实用超导材料的临界电流和临界磁场,在超导材料科学及应用基础研究的主要方面,继续保持在世界前列;同时为我国超导高技术产业化解决基础科学问题;培养优秀的,扎根国内并具有国际水准的学术带头人,培养优秀的研究生,博士生和博士后。
五年预期目标具体包括以下几个方面:1.探索新的高温超导材料,寻找新的合成工艺,以期得到转变温度更高,临界电流更大,应用性能更好的高温超导材料。
争取探索合成出1-5种新型超导体,并且基于这些新材料,在结构表征和物理研究方面率先做出有重要影响的工作。
2.利用多种有特色的研究手段,深入研究非常规超导体超导态的低能激发,正常态的非费米液体行为,关注量子临界相变,在非常规高温超导机理解决的过程中做出重要甚至是奠定性的工作,努力提出正确的模型和物理图象,直至解决高温超导机理问题;在反铁磁背景超导体的机理方面有重要进展,并找出规律,给探索新型超导体提供指导。
同时完善并使用有自己特色的先进的实验手段,能够从微观层面直接获得信息。
3.提高以MgB2和Bi-2212为代表的实用超导材料的临界电流、磁通钉扎能力和不可逆磁场,解决实用中的关键技术问题。
重点关注实用二硼化镁超导线带材及薄膜,揭示MgB2及其元素掺杂体系中依次出现各种亚稳相的相变机制等,为提高二硼化镁超导材料性能和寻找新元素掺杂体系提供理论和实验依据。
使二硼化镁超导线材在20K下其临界磁场达到5T以上,临界电流密度达到105A/cm2。
并使得1000米级的导线临界电流密度在20K,2 T达到105A/cm2,为研制MgB2高场超导磁体的MRI系统奠定基础。
开展Bi2212线材制备研究,解决普通熔化处理和磁场熔化处理工艺导致的不同芯丝之间和芯丝不同区域的织构差异问题,扩展Bi2212材料的高织构区域,为PIT法制备高度织构化和良好晶粒连接性的Bi2212带材奠定技术和理论基础。
超导材料及其应用前景探讨超导材料可以在极低温度下展现非常出色的物理性质,这些性质让它成为了许多领域中不可替代的材料。
本文将探讨超导材料的一些性质、应用以及未来的发展前景。
1. 超导材料的基本性质超导现象最初是在靠近绝对零度时发现的。
超导材料可以在低温下展现完美的电导性质,电阻为零。
这种现象可以被描述为电荷在材料内无阻力移动,同时材料展现出了磁场的互斥现象。
其中著名的高温超导体YBaCuO是在室温下就能表现出超导性质的。
物理学家们早已经掌握了用超导材料制造出一些很有趣的物理现象的方法。
例如,将超导材料与普通材料分别放在磁场中,超导材料内部的磁场将得到抑制或被外推,而普通材料内部的磁场则不能受到控制。
这种现象让超导材料成为磁体的理想材料,这些磁体广泛应用于MRI、磁悬浮列车等现代科技领域。
2. 超导材料的应用超导材料应用于磁体、传感器、计算机等众多领域,下面将详细介绍其中的一些应用。
2.1 磁体超导材料在制造极强磁场的磁体时非常重要,这些磁体在MRI 和磁悬浮列车等现代科技应用中发挥着至关重要的作用。
超导磁铁是MRI诊断中特别重要的部分,能够为全身磁共振成像提供高质量的成像结果。
另外,超导磁铁广泛应用于诸如实验磁体、大型带电粒子加速器等领域。
2.2 传感器由于超导材料非常敏感,因此在某些情况下可以用作非常精确的传感器。
例如,在生物医学领域中,超导磁传感器被用于探测心电信号和脑电波。
此外,超导磁传感器还可以检测地震和重大的人造事故等。
2.3 计算机超导材料在制造计算机时也会发挥重要作用。
超导电路中的电流可以无阻力地进行传输,可实现相当快的数据传输;另外,超导电路也可以制造出非常灵敏的磁通量探测器,这是构建非常精确和高速计算机的重要组成部分。
3. 超导材料的未来随着科学技术的迅速发展,超导材料的应用前景也愈加广泛。
例如,超导材料可以用于制造非常高效的电力输送线路,因为在这些线路中,超导材料的电阻为零,因此可以节省大量的能源和成本。
高温超导材料的研究进展前沿科研论文解读超导材料是一类在极低温下表现出电阻为零的特殊材料。
长期以来,科学家们一直在寻找一种能够在高温下实现超导的材料。
这是因为高温超导材料具有适用范围广、成本低廉等优势。
最近,一篇名为《高温超导材料的研究进展》的科研论文在该领域引起了广泛关注。
本文将对这篇论文进行解读,侧重探讨其中的新发现和前沿科研进展。
首先,该论文介绍了高温超导材料的背景和现状。
在这个部分,论文指出了传统超导材料的局限性,如低温要求和高昂的制冷成本。
这推动了科学家们积极寻找新型的高温超导材料。
随后,论文详细解读了一些在这一领域取得的重要突破。
其次,论文重点介绍了一种新型高温超导材料的研究成果。
该材料基于铜氧化物,并通过掺入其他元素来改变其结构和性能。
通过实验和理论计算,研究团队发现这种材料在高温下能够表现出超导的特性,并成功阐释了其超导机制。
这一发现为高温超导技术的应用提供了新的方向。
进一步,论文对其他几个具有潜力的高温超导材料进行了解读。
其中,一种基于铁的超导材料被认为具有较高的超导转变温度和较好的电流传输性能。
论文详细介绍了这种材料的结构特点和关键性质,并对其制备方法进行了讨论。
此外,还介绍了一种基于镁的高温超导材料和一种基于二硫化钴的高温超导材料。
这些材料的研究成果使得高温超导技术的应用领域更加广泛。
在论文的后半部分,作者讨论了高温超导材料的应用前景。
他们认为高温超导技术将在电力输送、磁共振成像和能源存储等领域得到广泛应用。
尤其是在电力输送方面,高温超导材料的使用可以显著减少输电损耗,提高电网可靠性。
总的来说,这篇科研论文对高温超导材料的研究进展进行了详尽解读。
通过介绍了一种基于铜氧化物的高温超导材料以及其他几种有潜力的候选材料,论文彰显了高温超导技术的巨大潜力和应用前景。
科学家们对高温超导材料的研究努力不断推动着这一领域的发展,相信在不久的将来,高温超导技术将得到更加广泛的应用。
超导材料研究综述研究的目的与意义:超导材料是一种具有超导特性的新型材料,它在一定低温条件下能排斥磁力线并且呈现出电阻为零的现象。
超导材料由于具有零电阻、完全抗磁性和超导隧道效应等优异的特性,高温超导材料的用途非常广阔,大致可分为三类:大电流应用、电子学应用和抗磁性应用。
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。
国内外发展现状:随着一代及二代高温超导材料的产业化,超导材料的应用形势也逐渐明朗起来。
本文即从超导材料产业化最新动态入手,比较了一代及二代高温超导材料的优劣势,对两代超导材料的应用前景进行了分析,并详细介绍了超导在舰船及风电领域的应用动态,而上述领域被业界普遍认为是最有可能率先实现超导应用的两大领域。
实验方法:为了合理解释含稀土离子的高温超导材料的电子顺磁共振谱,从晶体场理论出发,给出晶体材料中稀土离子的微扰公式,阐述了高温超导材料中稀土Kramers离子的自旋哈密顿参量理论,并计算给出了稀土离子Re3+的电子顺磁共振(electron paramagnetie resonance,EPR)参量g因子和超精细结构常数A。
计算结果与实验谱线符合较好,说明所采用的微扰公式和理论处理方法是有效和合理的。
结论:研究表明,对高温超导材料中Re3+的自旋哈密顿参量进行精确解释,通常应该考虑到二阶微扰项的贡献。
由于高温超导材料具有零电阻性、通电能力强、体积小、重量轻和完全抗磁性等特性,随着社会节能减排压力的日益增加和社会深层次发展的需求,其应用范围将从大功率输电电缆、电机等技术领域,逐步进入有色金属方面的研究。
在国家"十二五"发展规划的高端装备制造业中,高品质工业铝型材产品是实现大飞机、汽车、轨道交通列车、航天、军工、船舶等工业先进装备技术升级和国产化目标的关键基础材料。
由于使用铝合金装备的轨道交通机车可降低车辆质量50%,实现节能约12%,增加运力10%左右,加之发达国家铝合金型材加工水平发展较快,铝合金在车体质量中的比重不断增加。
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y超导的原理与应用课程名称:院系:专业:姓名:学号:任课教师:1.1超导现象当把超导材料降到某个特定温度以下的时候,将进入超导态,这时电阻将突降为零(如图1-1所示),同时所有外磁场磁力线将被排出超导体外,导致体内磁感应强度为零,即同时出现零电阻态和完全抗磁性。
对于零电阻态,实验上已经证实超导材料的电阻率小于10-23mΩ∙cm,在实验精度允许范围内已经可以认为是零。
如果将超导体做成环状并感应产生电流,电流将在环中流动不止且几乎不衰减。
超导体的完全抗磁性并不依赖于超导体降温和加场的次序,也称为迈斯纳(Meissner)效应。
一个材料是否为超导体,零电阻态和完全抗磁性是必须同时具有的两个独立特征。
图1-1 金属Hg 在4.2K 以下的零电阻态1.2.1BCS 超导理论自从超导电性被发现以来,人们一直尝试从微观理论来解释超导现象,但直到1957年,美国科学家巴丁(Bardeen)、库柏(Cooper)和施里弗(Schrieffer)在《物理学评论》提出BCS理论,才很好解释大多数常规超导体的超导现象。
BCS 超导理论以近似自由电子模型为基础,是在电子—声子作用很弱的前提下建立起来的理论。
在BCS理论中,认为在费米面附近的电子之间除了有相互排斥库仑力直接作用力外,它们存在通过交换声子产生相互吸引间接作用力,由于相互吸引,费米附近的电子就会两两配对,形成所谓的库柏(Cooper)对。
当温度低于超导转变温度时(T<T c),库柏对就会在超导体内形成,这时库柏对可以在晶格当中无能量损耗地运动,形成超导电性。
其微观机制可以这样理解:电子在晶格中运动时,与附近格点的正电荷相互吸引,影响晶格点阵的振动,从而使晶格内局部发生畸变,形成一个局部区域的高正电荷区。
晶格局部畸变可以像波动一样在晶格中传播。
晶格振动产生的畸变而传播的点阵波的能量子,也就是声子。
超导材料引言范文超导材料是一种具有极低电阻和强磁场抗性的物质,它在电子学、磁学、能源等领域具有重要的应用价值。
随着科技的进步,超导材料的研究和应用也日益受到重视。
本文将介绍超导材料的定义、发现历程、特性以及应用前景。
第一部分:定义和发现历程超导材料是指在一定的温度下,电阻突然变为零的物质。
早在1911年,荷兰物理学家卡梅伦斯·奥冯·奥斯滕(Henrik Kamerlingh Onnes)发现了超导现象,并获得了第一颗超导体铅的样品。
此后,科学家们陆续发现了许多其他超导材料,如锡、铝等。
随着技术的进步,研究者们也逐渐发现了更多具有超导性质的化合物和合金。
第二部分:超导材料的特性超导材料的主要特性是零电阻和磁场抗性。
在超导材料中,电子可以以配对的方式运动,形成所谓的库珀对。
这种配对现象使得电子在超导材料中可以自由流动,从而导致电阻降为零。
此外,超导材料对磁场也表现出强烈的抗性,即使在极强的磁场下仍能保持其超导状态。
第三部分:超导材料的应用前景超导材料具有广泛的应用前景。
在电子学领域,超导材料可以用于制造超导电缆和超导磁体,以提高能源传输和储存效率。
在医学领域,超导材料可以用于制造磁共振成像(MRI)设备,用于检测和诊断疾病。
此外,超导材料还可以用于制造超导电机和超导发电机组,提高能源的利用效率。
未来,随着超导材料的研究和应用的不断发展,我们相信它将在更多领域展现出巨大的潜力。
结语超导材料是一种具有特殊电学和磁学性质的物质,它在科学研究和实际应用中都具有重要价值。
随着科技的进步和对能源、电子学等领域需求的增加,超导材料的研究和应用也将迎来更加广阔的发展空间。
我们期待着超导材料的进一步突破和创新,为人类带来更多的福祉和进步。
超导材料论文 Prepared on 22 November 2020超导材料摘要:简要介绍了超导材: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:超导体研究进展高温低温应用一前言超导是超导电性的简称。
是一种材料,如某种金属、合金或化合物在温度下降至某一临界温度时,其电阻完全消失,这种现象称为超导电性,具有这种现象的材料称为超导材料。
超导体的另外一个特征是:当电阻消失时,磁感应线将不能通过超导体,这种现象称为抗磁性。
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。
二研究现状1.超导材料的探索与发展探索新型超导材料在超导材料研究中始终起着关键的作用,同时也是一项高风险、高投入的研究工作。
自1911年荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯发现汞在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。
超导材料论文超导材料是一种在低温下表现出无电阻和完全抗磁性的材料,具有许多重要的应用价值。
自从超导现象被发现以来,科学家们一直在探索各种材料和方法,以寻找更高温度下的超导体,以便将其应用于实际生产中。
本文将介绍超导材料的基本原理、应用前景和最新研究进展。
超导现象最早是在1911年由荷兰物理学家海克·卡梅林·奥恩斯·德·哈斯发现的。
他发现在液体氦的温度下,汞的电阻突然消失,这一现象被称为超导。
之后,人们又陆续发现了许多其他材料在低温下也会出现超导现象,如铅、铟、锡等。
超导的出现引起了科学界的广泛关注,人们开始研究超导现象的原理,并希望能够找到更高温度下的超导材料。
超导材料的应用前景非常广阔,其中最重要的应用之一就是超导磁体。
利用超导磁体可以制造出非常强大的磁场,这对于核磁共振成像、粒子加速器等领域具有重要意义。
此外,超导材料还可以用于制造超导电缆,用于输电线路,可以大大减少电能的损耗。
另外,超导材料还可以用于制造超导电动机、超导发电机等设备,具有很高的经济和社会效益。
近年来,科学家们在寻找更高温度下的超导材料方面取得了一些重要进展。
最为引人注目的是铜基氧化物超导体的发现,这种材料在液氮温度下就能表现出超导现象,大大提高了超导材料的工作温度。
此外,人们还发现了镁二硼化物、铁基超导体等新型超导材料,这些材料的发现为超导技术的应用提供了新的可能性。
总的来说,超导材料具有重要的科学研究意义和广阔的应用前景。
虽然目前超导材料的工作温度还比较低,但是随着科学技术的不断发展,相信人们一定能够找到更高温度下的超导材料,并将其应用于更多领域,为人类社会的发展做出更大的贡献。
通过对超导材料的基本原理、应用前景和最新研究进展的介绍,我们可以看到超导材料在科学研究和实际应用中的重要性。
相信随着科学技术的不断进步,超导材料一定会有更广泛的应用,为人类社会带来更多的益处。
材料科学概论论文题目:超导材料的研究与发展
班级:11级金属材料工程
姓名:***
学号:**********
超导材料的研究与发展
具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料称为超导材料。
从1911年荷兰物理学家翁奈首先发现超导现象以来,现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。
超导材料具有优越的物理性质和优越的性能,目前已被广泛接受和认同,具有良好的发展前景。
1、引言
1911年荷兰物理学家翁奈在研究水银低温电阻时首先发现了超导现象。
后来又陆续发现了一些金属、合金和化合物在低温时电阻也变为零,即具有超导现象。
物质在超低温下,失去电阻的性质称为超导电性;相应的具有这种性质的物质就称这超导体。
超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起,就向人类展示了诱人的应用前景。
目前,超导材料已被应用于很多领域,本文拟就超导材料的分类、性质、应用、原理等方面展开论述,以帮助人们更好的认识超导材料。
2、分类
2.1按成分分为:
元素超导体、合金和化合物超导体,有机高分子超导体三类。
2.2按Meissner效应分为:
第一类超导体:
超导体在磁场中有一同的规律,如图a所示:当H<H
c 时,B=0,H>H
c
时,B=μH,
即在超导态内能完全排除外磁场,且只有一个值。
除钒、铌、钌外,元素超导体都是第一类超导体。
第二类超导体:
如图b 所示,第二类超导体的特点是:当H<H c1时,B=0,排斥外磁场。
当
H c1<H<H c2时,B>0而B< μH ,磁场部分穿透。
当H>H c2时,B= μH ,磁场完全穿
透。
也就是在超导态和正常态之间有一种混合态存在,H c 有两个值H c1和H c2 。
钒、铌、钌及大多数合金或化合物超导体都是属于第二类导体。
3、 性质
3.1零电阻性
超导材料处于超导态时电阻为零,能够无损耗地传输电能。
如果用磁场在超导环中引发感生电流,这一电流可以毫不衰
减地维持下去。
这种“持续电流”已多次在
实验中观察到。
超导体的零电阻现象与常导体零电阻在
实质上截然不同。
常导体的零电阻是指在理
想的金属晶体中,由于电子运动畅通无阻,
因此没有电阻;而超导体零电阻是指当温度
降至某一数值T c 或以下时,其电阻突然变为
零。
电阻率ρ与温度T 的关系见右图
3.2完全抗磁性
1933年迈斯纳和奥尔德首次发现了
超导体具有完全抗磁性的特点。
把锡单
晶球超导体在磁场(H≦Hc)中冷却,在达
到临界温度Tc 以下时,超导体内的磁通
线一下子被排斥出去;或者先把超导体
冷却至Tc 以下,再通以磁场,这时磁通
线也被排斥出动;如图所示。
即在超导
状态下,超导体内磁感应强度B=0.这就
是迈斯纳效应。
3.3约瑟夫森效应
两超导材料之间有一薄绝缘层(厚度约1nm )而形成低电阻连接时,会有电子对穿过绝缘层形成电流,而绝缘层两侧没有电压,即绝缘层也成了超导体。
当电流超过一定值后,绝缘层两侧出现电压U (也可加一电压U ),同时,直流电流变成高频交流电,并向外辐射电磁波,其频率为,其中h 为普朗克常数,e 为电子电荷。
这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。
3.4同位素效应
超导体的临界温度Tc与其同位素质量M有关。
M越大,Tc越低,这称为同位素效应。
例如,原子量为199.55的汞同位素,它的Tc是4.18开,而原子量为203.4的汞同位素,Tc为4.146开。
4、基本临界参量
4.1临界温度
外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度,以Tc表示。
Tc值因材料不同而异。
已测得超导材料的最低Tc是钨,为0.012K。
到1987年,临界温度最高值已提高到100K左右。
4.2临界磁场
使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度,以Hc表示。
Hc 与温度T 的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2],式中H0为0K时的临界磁场。
4.3临界电流和临界电流密度
通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破态而转变为正常态,以Ic表示。
Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。
单位截面积所承载的Ic称为临界电流密度,以Jc表示。
超导材料的这些参量限定了应用材料的条件,因而寻找高参量的新型超导材料成了人们研究的重要课题。
以Tc为例,从1911年荷兰物理学家H.开默林-昂内斯发现超导电性(Hg,Tc=4.2K)起,直到1986年以前,人们发现的最高的 Tc 才达到23.2K(Nb3Ge,1973)。
1986年瑞士物理学家K.A.米勒和联邦德国物理学家J.G.贝德诺尔茨发现了氧化物陶瓷材料的超导电性,从而将Tc提高到35K。
之后仅一年时间,新材料的Tc已提高到100K左右。
这种突破为超导材料的应用开辟了广阔的前景,米勒和贝德诺尔茨也因此荣获1987年诺贝尔物理学奖金。
5、超导机理
当前在阐明超导机理的几种理论中,二流体模型是较有说服力的,较为流行的一种。
二流体模型认为:超导体处于超导态时,传导电子分为两部分,一部分叫常导电子,另一部分叫超流电子,两种电子占据同一体积,彼此独立运动,在空间上互相渗透;常导电子的导电规律与常规导体一样,受晶格振动而散射,因而产生电阻,对热力学熵有贡献;超流电子处于某种凝聚状态,不受晶格振动而散射,对熵无贡献,其电阻为零,它在晶格中无阻地流动。
这两种电子的相对数
目与温度有关,T>T
c 时,没有凝聚;T=T
c
时,开始凝聚;T=0时,超流电子成分
占100%。
这就是二流体模型的理论观点。
它很好的解释了超导体在超导状态时零电阻现象。
6、超导材料的应用
6.1低温超导材料的应用
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。
6.2高温超导体材料的应用与进展
目前高温超导材料大量应用在磁体、电子器件、电力等方面。
但仍有许多材料和技术方面的问题需要解决。
在材料方面,主要是要求超导体应有较高的临界温度和临界电流
7、结论
超导体得天独厚的特性,使它可能在各种领域得到广泛的应用。
但由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下,极大地限制了超导材料的应用。
自1911年荷兰科学家卡末林、昂尼斯发现“超导”现象至今,世界各国的科学家从未间断过对“超导”的研究,特别是进入20世纪80年代以来,随着1987年中国、日本和美国科学家采用金属氧化物,将超导临界温度提高,使超导体前进了一大步,从而引起了一场前所未有的“超导大战”。
近年来,世界各国纷纷投入巨资加紧研究与开发,不断推动超导技术产生新的飞跃。
当日本宣布获得了175K的超导材料后不久,美、中、俄、联邦德国、丹麦等国也都相继有了突破性的研究报告,有的甚至已看到了308K的超导迹象,即已达到常温的转变温度。
这表明,超导技术广泛应用的时代即将来临。
8、展望
未来十年是高温超导市场发展和材料产业化的十年。
据预测,2010年和2020年,世界超导市场将分别达到300亿美元/年和2440亿美元/年。
在不久的将来,我国的能源、医疗卫生、电子技术和科学仪器等方面将会迫切需要超导技术。
超导体的应用将导致一场新技术革命。