超导电材料的性能和应用综述

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1、超导电材料的性能和应用综述吴舒（材料物理092）摘要：超导电材料的性能，简单的叙述了目前研究现状和高温超导、低温超导材料在强电、弱电方面的应用及相应的研制出来的比较有代表性的产品及成果，最后阐述了超导体材料作为现在的研究热点，对未来人们的生活可能产生的影响。关键词：超导电材料临界温度高温超导1引言超导电材料的研究是当今世界上一门新兴的热门科学技术。许多科学界都致力于超导电材料的研究和探索，超导电材料的应用，正在一步步改善人们的生活条件及生活水平，无论是在能源、交通、工业、医疗、生物、电子和军事等方面，超导电材料都扮

2、演着越来越重要的角色，影响着人类生存的许多重要领域，本文简单的总结了一下超导电材料的部分性能及一些部分超导电材料及技术在目前的应用和对人们现在生活产生的影响。2超导电材料的部分性能及部分材料的研究现状1911年，荷兰莱顿（Leiden）大学的昂纳斯（Onnes）当温度降到4.2K时，汞的电阻率突然降至于零，之久意味这电流在物质中可以无限畅通。后来人们将这种电阻为零的现象极爱做超导现象，凡是具有超导现象的物质叫做超导体或者是超导材料。超导一共有三个临界值，分别是：临界磁场、临界温度（Tc）、临界密度，只有在不超过这三

3、大临界值的状态下，超导现象才会发生。从1911到1986年的75年中，发现的超导体均在纯金属或者是一些金属间化合物中，如Nb、NbN、Nb3Sn和V3Si等。尽管其中有少量的氧化物，但它们的临界温度都比较低。1986年,K.A.Muller及其学生T.G.Bednorz报导了La1.85Ba0.15CuO4的Tc温度为35K,开创了探究高温超导材料的新时代,实现（液氮温区）高温超导体的大量研究。之后氧化物的Tc温度不断被刷新，1988年，中华国科学院发现了超导临界温度为120K的钛钡钙铜氧化物，而后又发现HgBa2

4、Ca2Cu3O8.3(1223)在环境压力下Tc温度为134K,在34GPa压力下为164K。200年日本学者神原等大象LaFePO超导体的Tc为4K，有开创铁系超导体的新时代。对LaFeAsO系中一离子半径较小的Sm代替La时得到的SmFeAsO的Tc温度为55K，这是继铜氧化物高温超导体后引起的世界瞩目的铁系行高温超导体【1】。前不久，德国斯图加特的马普固体研究所专家利用睡到扫描显微镜研究锡纳米粒子证实，金属粒子的电阻损耗与粒子的大小有关，当金属粒子呈纳米状态是，材料获得的超导性能的温度将会大幅提高。在足够小的

5、情况下，通过量子效应可增强技术粒子超导性能的60%。2001年初，日本科学家Akimitsu等人发现了一种具有38K临界转变温度的新型超导材料——MgB2，他的转变温度是到1005年简单金属间化合物中最高的。由于MgB2的磁通钉扎性比较查，限制了其广泛应用。在掺入杂质后，MgB2的性能有所改变，如掺入金属单质粒子，如Ti、zr、Hf、Ta、In和Sn后，MgB2的临界电流密度有所提高，但是超导转变温度没有改变。用Ag、Ni、Ta作为掺杂物时MgB2的临界电流密度没有明显改变，并且掺入Cu后，临界电流密度还有所降低，

6、并且不桶的杂质对MgB2的影响程度还不相同，综上，在一定的条件下，部分金属粒子作为掺杂物起到了改善MgB2的超导电性的作用，但是影响各不相同。随着研究的不断深入，研究发现非金属单质、化合物及氧化物颗粒掺杂能在更高的磁场条件下影响MgB2的超导性能，后来人们渐渐吧注意力集中在SiC、SiN4、Si、Y2O3等这些纳微米级颗粒最MgB2进行掺杂的研究。这些粒子的中队MgB2的Jc值改变最明显的是SiC纳米粒子。目前世界上许多国家的实验室都在致力于提高MgB2超导电性能的研究工作，结果研究表明通过掺杂大大改善了其超导电性

7、能。MgB2超导体许多优越的特性和用于检测文弱电信号的超导量子干涉器的成功制备，使其在大地探矿、以医疗仪器、军事方面的应用变成了可能。3超导材料的应用物质超导电性的基本特征是完全导电性和完全抗磁性。而非常规超导体的超导电性是指不能用常规的电子-声子相互作用给予完满结识的超导体，已发现的有重费米超导体、有机超导体、高温（氧化物）超导体3类。在研究超导体成为热点时，实用超导材料的应用性能也在慢慢进行开发。低温超导材料主要用于建立强磁场的超导体有NbTi、Nb3Sn和V3Ga；作为薄膜材料广泛应用于弱电领域有NbN。在强

8、电强磁场中NbTi超导磁体用于高能物理加速器、探测等离子体磁约超导储点磁悬电磁推进和核磁共振人体成像仪，运用在多处大型超导粒子加速器中。Nb3Sn超导体已商品化用于小型高场（）=10T）磁体，数米孔径的磁体在LCT及托马斯-15中运行，超导薄膜NbN制作低温量子干涉（SQUID）器件以用于医学和弱电场信号检测中。而高温超导材料从背景的需求出发。具有高而稳定的