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1、·56·陶瓷2009.No.7技术讲座超导材料研究进展及其应用杨公安蒲永平王瑾菲庄永勇韦继锋(陕西科技大学材料科学与工程学院西安710021)摘要综合评述了高温超导材料研究进展,详细介绍了近年来发展的高温超导材料改性的各种方法,阐述了硼化镁结构及性质的研究结果;简要介绍了最近开展的超导材料在实践中的应用等。关键词高温超导硼化镁磁悬浮进展度提高到90K以上,液氮的禁区(77K)奇迹般地被突前言破了。1987年底,T1-Ba-Ca-Cu-O系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。从1986～1987年短长期以来,如何找到一种完全没有电阻,能
2、消除电短一年多的时间里,临界超导温度竟然提高了100K能损耗的导电材料,一直是物理学家和材料科学工作以上,使超导的应用和发展迈上了一个新台阶。最新者梦寐以求的愿望。人们已经看到了一个现象:良导的报道中是以水银掺杂得到Hg2Ba2Ca2Cu3O10-x,在常体的金属材料随着环境温度降低,电阻是逐渐减小的。压下其临界温度已达134K。[1]阿蒙顿在17世纪末提出了温度绝对零度的概念。到18世纪,科学家盖·吕萨克·查理斯确定温度的绝对1高温超导材料零点为-273℃,人们开始了使空气中的气体(如:CO2、N2、H2、He)液化的低温技术研究。191
3、1年荷兰科目前,高温超导材料指的是:钇系(92K)、铋系学家卡茂林昂纳斯发现汞在4.2K时的零电阻,随后,(110K)、铊系(125K)和汞系(135K)以及2001年1月人们在多种材料中也发现这种特性:在满足临界条件发现的新型超导体二硼化镁(39K)。其中最有实用价[4][5](临界温度T、临界电流J、临界磁场H)时物质的电阻值的是铋系、钇系(YBCO)和二硼化镁(MgB2)。氧突然消失,这种现象称为超导电性的零电阻现象。这化物高温超导材料是以铜氧化物为组分的具有钙钛矿[6]是1933年迈斯纳和奥赫森·费耳德同时发现的,同时层状结构的复杂
4、物质,在正常态它们都是不良导体。还发现了迈斯纳效应。零电阻效应和迈斯纳效应是超同低温超导体相比,高温超导材料具有明显的各向异导态两个独立的基本性质。性,在垂直和平行于铜氧结构层方向上的物理性质差[2]1957年Bardeen等提出了著名的BCS理论,揭别很大。高温超导体属于非理想的第Ⅱ类超导体,且示了长时期不清楚的超导起因。从20世纪70年代起具有比低温超导体更高的临界磁场和临界电流,因此人们就将注意力转向寻找高温超导体,1973年找到的是更接近于实用的超导材料。特别是在低温下的性能临界温度最高的材料是Tc值为23.2K的Nb3Ge薄比传统
5、超导体高得多。膜,到1985年这个记录一直保持不变。1986年瑞士1.1第一代Bi系高温超导(HTS)线材[7～8]IBM实验室科学家缪勒和柏诺兹发现了转变温度为36第一代HTS带材是指用粉末管法生产的Bi[2]K的La-Ba-Cu-O超导体,揭开了高温超导发展系带材,其制备过程工艺流程:将适当配比的前区粉填的帷幕。1987年2月,美国华裔科学家朱经武和中国充到金属套管内,拉拨至一定尺寸之后截成多股芯线,[3]科学家赵忠贤把Y-Ba-Cu-O系材料临界超导温再次装入银套管内拉拨至直径为1～2•,然后轧制成©1994-2010ChinaAca
6、demicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net2009.No.7陶瓷·57·宽3～5•,厚0.20～0.30•的带材,再进行热处理或212m,临界电流达245A的第二代带材。美国、德国等[7]多次反复的形变处理,使晶粒沿a-b面择优取向,形也已制备出百米量级的YBCO带材。[10]成所谓的形变结构,得到最终成品带材,典型的工艺流高温超导体改性的主要目的是为了提高各项[8]程如图1所示。临界参数(临界温度T、临界电流密度J和临界磁场强度H)
7、。以往铜氧化合物超导体的改性主要是通过元素掺杂,但各项超导体临界参数近年来一直没有大的提高。美国哈佛大学杨培东和查尔斯研究发现,在超导体的晶体结构中造成某种缺陷,可以提高超导体的载流能力。他们把纳米氧化镁加入超导体材料中,使超导体的载流能力提高10倍,但临界温度没有提高。Kummeth等用高能重离子如金离子来轰击超导体,这些粒子会把它们所通过路径的原子轰击出去,从而在材料中掘出沟道,但是离子的穿透能力很差,所以这种图1Bi系HTS带材制备工艺流程方法也不是很理想。近年一种新的尝试方法是向超导Bi-Sr-Cu-O(BSCCO)属超导体晶粒的层
8、状化材料中添加纳米棒状化合物形成棒状缺陷,然而大多结构,使人们能够利用机械变形和热处理获得具有较数化合物在高温下都会与超导材料发生反应。已知的好晶体取向的Bi系线带材。即把Bi-
