超导技术研究与发展

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1、超导技术研究与发展多学时电丁技术、电子技术专题报告时间：2013秋季学期（电工技术I）学号：1120810321姓名:张海容专题报告题目：超导技术研究与发展摘要：具冇在一处的低温条件下呈现出电阻等丁•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町以成为超导体。超导材料具有优越的物理性质和优越的性能，冃前已被广泛接受和认同，具有良好的发展前景。关键词：超导材料；分类；性质；应用；原理；展望一、引言1911年荷兰物理学

2、家翁奈在研究水银低温电阻时首先发现了超导现象。后來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，即具冇超导现象。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。超导材料貝有的优异特性使它从被发现ZU起，就向人类展示了诱人的应用前景。LI前，超导材料匕被应用于很多领域，木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。二、分类2.1按成分分为：元素超导体、合金和化合物超导体，冇机高分子屆导体三类。2.2按Meissner效应

3、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〈Hc时，B二0,H>Hc时，B=uH,即在超导态内能完全排除外磁场，且只有一个值。除锐、觇、钉外，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H01多学时电工技术、电了技术专题报告时间：2013秋季学期（电工技术I）学号：1120810321姓名：张海容-•种混合态存在，He有两个值Hcl和Hc2。饥、锐、钉及人多数合金或化合物超导体都是属于笫

4、二类导体。三、性质2.1零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。如果丿IJ磁场在超导环中引发感生电流，这-电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验小观察到。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，由于电了运动畅通无阻，因此没有电阻；而超导体零电阻是指当温度降至某一数值Tc或以下时，具电阻突然变为零。电阻率P与温度T的关系见右图3.2完全抗磁性1933年边斯纳和奥尔德首次发现了超导体貝有完全抗磁性的特点。把锡单晶球超导体

5、在磁场（IIWIIc）屮冷却，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岀去；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二0.这就是迈斯纳效应。3.3约瑟夫森效应两超导材料Z间有一薄绝缘层（厚度约lnni）而形成低电阻连接时，会有电了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，其屮

6、h为普朗克當数，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來越引人注U的各类应用的依据。3.4同位索效应超导体的临界温度Tc与其同位索质量M有关。M越大，Tc越低，这称为同位索效应。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。四、基木临界参量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是鸭，为0.012Ko到1987年，临界温度最高值已提咼

7、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估态所需的磁场强度，以He表示。He与温度T的关系为Hc=H0[l-（T/Tc）2],式中H0为0K时的临界磁场。3.3临界电流和临界电流密度通过超导材料的电流达到-•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Tc称为临界电流密度，以Jc表示。超导材料的这些参量限泄了应用材料的条件，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

8、林一昂内斯发现超导电性(Hg,Tc二4.2K)起,直到1986年以前,人们发现的最高的Tc才达到23.2K(Nb3Ge,1973)o1986年瑞士物理学家K.A.米勒和联邦徳2多学时电工技术、电了技术专题报告时间：2013秋季学期(电工技术I)学号：1120810321姓名：张海容间，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，米勒和贝徳诺尔茨也因此荣获1987年诺贝尔物理学奖金。五、超导机理当前在阐明超导机理的儿种理论屮