超导技术及其发展历程.doc

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1、超导技术超导技术的主体是超导材料。简而言之，超导材料就是没有电阻、或电阻极小的导电材料。超导材料最独特的性能是电能在输送过程屮几乎不会损失。1911年荷兰物理学家Owes发现汞(水银)在4.2k附近电阻突然下降为零，他把这种零电阻现象称为超导电性。海克•卡末林•昂内斯海克•卡末林•昂内斯(HeikeOnnes,1853年9月210-1926年2月21口),荷兰物理学家，超导现象的发现者，低温物理学的萸基人。1853年出生于荷兰的格罗宁根，1894年创建了莱顿大学低温物理实验室，建立了大型液化气工厂,19

2、04年液化了氧气，两年后乂液化了氢气，并在1908年7月10日首次液化了氨气，以・269°C(4K)刷新了人造低温的新纪录。1911年由于对物质在低温状态下性质的研究以及液化氮气，昂内斯被授予诺贝尔物理学奖。1923年，昂内斯退休,1926年在莱顿逝世。为纪念他，莱顿大学物理实验室1932年被命名为“卡末林•昂内期实验室”。汞的电阻突然消失时的温度称为转变温度或临界温度，常用Tc表示。在…定温度下具有超导电性的物体称为超导体。金属汞是超导体。进一步研究发现元素周期表屮共有26种金属具有超导电性，它们的转

3、变温度Tc列于表5・6。从表屮可以看到，单个金属的超导转变温度都很低，没有应用价值。因此，人们逐渐转向研究金属合金的超导电性。表5-7列出一•些超导合金的转变温度，其屮Nb3Ge的转变温度为23.2K,这在70年代算是最高转变温度超导体了。当超导体显示导材料都是在极低温下才能进入超导态，假如没有低温技术发展作为后盾，就发现不了超导电性，无法设想超导材料。这里又一次看到材料发展与科学技术互相促进的关系。低温超导材料要用液氮做致冷剂才能呈现超导态，因此在应用上受到很大的限制。人们迫切希望找到高温超导体，在徘

4、徊了几十年后，终于在1986年有了突破。(1)瑞士Bednorz和Muller发现他们研制的La-Ba-CuO混合金属氧化物具有超导电性，转变温度为35K。这是超导材料研究上的一次重大突破，打开了混合金展氧化物超导体的研究方向；（2）接着小、美科学家发现Y-Ba-CuO混合金属氧化物在90K具有超导电性，这类超导氧化物的转变温度已高于液氮温度（77K）,高温超导材料研究获得重大进展。一连串激动人心的发现在世界上掀起了“超导热二（3）FI前新的超导氧化物系列不断涌现，如Bi-Ca-CuO,Tl-Ba-Ca

5、-CuO它们的超导转变温度超过了120K。高温超导体的研究方兴未艾，人们殷切地期待着室温超导材料的出现。下面简单介绍超导体的一些应用。（1）用超导材料输电发电站通过漫长的输电线向用户送电。由于电线存在电阻，使电流通过输电线吋电能被消耗一部分，如果用超导材料做成超导电缆用于输电，那么在输电线路上的损耗将降为零。（2）超导发电机制造大容量发电机，关键部件是线圈和磁体。由于导线存在电阻，造成线圈严重发热，如何使线圈冷却成为难题。如果用超导材料制造超导发电机，线圈是由无电阻的超导材料绕制的，根本不会发热，冷却难

6、题迎刃而解，而且功率损失可减少50%o（3）磁力悬浮高速列车要使列车速度达到500km・h",普通列车是绝对办不到的。如果把超导磁体装在列车内，在地面轨道丄敷设铝环，利用它们0间发生相对运动，使铝环屮产生感应电流，从血产生磁排斥作用，把列车托起离地而约10cm,使列车能悬浮在地而上而高速前进。可控热核聚变核聚变吋能释放出大量的能量。为了使核聚变反应持续不断，必须在108°C下将等离子约束起来，这就需要一个强大的磁场，而超导磁体能产生约束等离子所需要的磁场。人类只有掌握了超导技术，才有可能把可控热核聚变变

7、为现实，为人类提供无穷的能源。研究历史1911年，荷兰物理学家昂尼斯(1853〜1926)发现，水银的电阻率并不象预料的那样随温度降低逐渐减小，而是半温度降到4.15K附近吋，水银的电阻突然降到零。某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度吋，它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体。超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度)TC。现已发现大多数金属元索以及数以千计的合金、化合物都在不同条件下显示出超导性。如鸽的转变温度

8、为0.012K,锌为0.75K,铝为1.196K,铅为7.193K。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氨极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。人们一直在探索高温超导体，从1911年到1986年，75年间从水银的4.2K提高到锯三错的23.22K,才捉局19Ko1986年，高温超导体的研究取得了重大的突破。掀起了以研究金属氧化物陶瓷材料为对彖，以寻找高临界温度超导体为H标的“超导热19