超导材料发展现状与展望

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1、姜羽佳200831201010贠潇200831304052刘飞200831201027努尔扎提200831201024马云洲200831201025刘志明200831201026廖冬淋200831201021超导材料发展现状与展望现今科学技术告诉发展的年代，在许多领域产生了巨变！任何一点不经意地发现都能促使一个领域翻天覆地的变化。如今，超导材料的进展是有目共睹的。本文旨在介绍超导现象，基本理论和一些重要的超导材料的研究应用；阐述超导材料发展历史，目前的进展及未来的发展前景。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

2、乎不会损失。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。一旦室温超导题达到实用化、工业化，将对现代文明社会中的科学技术产生深刻的影响。超导材料的探索与发展导电材料的电阻会不断消耗电能，这在远距离电能传输中一直是一个很大的问题。寻找一种极低电阻甚至没有电阻的材料一直是物理科学家们梦寐以求的愿望。人们很早就发现了良导体的电阻会随着环境温度的降低而减小，因而科学工作者致力于创造一个低温环境，寻求电阻减小的规律。17世纪末阿蒙顿提出了温度下限（绝对零度）的概念，到了18世纪，盖.吕萨克.查理斯确定了绝对零度为-273°C。直到

3、1908年莱顿实验室成功液化氦，获得4.25K以下极低温，开创了极低温物性研究。1911年，昂尼斯发现温度降到4.2K时，汞的电阻突然降为零的现象，当温度回到4.2K以上，汞重新恢复电阻性的。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时，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。1911年到1955年，是人类对超导体基本认识和探索阶段，相继发现了临界温度（1911），临界电流（1933），迈斯纳效应（1933）。1955年到1985年，合金与金属化合物超导体的发现使人们冲破了应用超导体的重要阻力电磁

4、壁垒。这其中重要的发展标志之一就是几种重要化合物超导体的发现。标志之二是Nb3Sn金属间化合物超导线材制备技术的出现。从此为超导材料的应用打开了局面。1986年至今，高温超导材料的出现是又一大重要突破，冲破了“温度壁垒”。高温超导材料的发现被视为科学界得一次“飞跃和革命”。人们终于看到了超导技术的应用希望。超导现象的研究和超导材料的制备成为科技前沿，发展越来越快。在这个发展过程中，各种理论的提出也极大推动了超导材料研究的发展。其中比较著名的是BCS理论，获得了广泛认可。超导材料的基本物理特性（1）零电阻现象（2）迈斯纳效应（3）超导态临界参数三维图（4）约

5、瑟夫森效应（5）同位素效应零电阻现象将超导体的温度降到某临界温度Tc时，超导体电阻突然变为零的现象，称为零电阻现象。实验表明：超导状态下的零电阻现象不仅与临界温度有关，也与超导体中的电流强度和外磁场强度有关，所以也存在着类似的临界电流和临界外磁场。不同的材料具有不同的临界温度。某些物质临界温度非常低，例如汞为4.15K，不具有太大的应用价值。而有的超导材料的临界温度比较高，达到几十K甚至上百K，随着临界温度的提高，其应用价值也大大提高。所以如何提高超导材料的临界温度，发展出具有常温下工作能力的高温超导材料是人们重点关注的地方。迈斯纳效应迈斯纳效应也叫完全抗

6、磁性。即超导体进入超导状态后，超导体内部的磁通量会全部被排除到超导体外，超导体磁场强度恒为零。而且不论是先降温后加入磁场还是先加入磁场后降温，只要进入超导状态，磁通完全被排除体外。上世纪末磁悬浮技术就是依据这个原理。超导态临界参数三维图（临界温度、电流、外磁场强度）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

7、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。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。超导电缆（电流应用）超导电缆的发展经历了直流低温超导电缆、交流低温超导电缆和交流高温超导电缆等几个发展过程,目前交流高温超导电缆已经成为超导电缆研究的重点。超导电缆是利用超导材料零电阻特性的新一代电力输电电缆。与常规电缆相比，超导电缆具有损耗低、容量大、材料省、无污染等优势。超导电缆的广泛

8、应用，将降低输电损耗，改进和提高电网的稳定性和安全性，节省土地资源