超导材料地地地研究进展cjh

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1、实用标准文案超导材料的研究进展陈家豪（电子科技大学微电子与固体电子学院应用化学系）摘要：本文从概念、分类、研究进展、应用、发展趋势等方面对超导材料特别是高温超导材料进行了综述。关键词：超导；高温超导体；进展引言随着社会的进步，工业的发展，人们对能源的需求量越来越大。但是，像石油、煤等能源储备有限且不可再生。故而，如何在有限能源的条件下使社会健康稳步地发展，亦即如何做到可持续发展成了当今人们亟需解决的问题。电力工业，是发展进步所不可或缺的。然而，常规电力设备和电力系统存在着一些自身的缺陷，阻碍了电力工业的发展。分析如下[1]：(1)随着电网容量的增加和规模的不断扩大，电力系

2、统的短路容量越来越大。不加限制的短路电流对电气设备和正常的工业生产带来很大的危害，还可能导致电力系统的崩溃。(2)由于电力系统的“快速电能存取”这一环节非常薄弱，电力系统在运行和管理过程中的灵活性和有效性受到极大限制。(3)常规电力系统的效率受到铜、铝等基本导电材料的限制，要进一步提高难度很大。(4)常规电气设备占地面积大，而人口密集的大中城市正是负荷中心。(5)可再生能源如太阳能发电、风力发电和潮汐能发电的能量密度低，且易受气候条件的影响。(6)现有电力系统存在多电压等级和交直流输电共存的局面，电网经历了从局部小电网到区域大电网的发展过程，因此出现设备老化、超载严重、事

3、故增多、供电能力不足、线路损耗率高和电压质量低等多方面的问题。对于这些问题的解决方法，超导材料表现出了巨大的潜力。长期以来，如何找到一种完全没有电阻，能消除电能损耗的导电材料，一直是物理学家和材料科学工作者梦寐以求的愿望[2]。1911年，荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯首次意外地发现了超导现象：将水银冷却到接近绝对零度时，其电阻突然消失[3]。这一现象的发现为解决电路损耗带来了福音。从此，对于超导材料的研究如火如荼。下面，本文将从超导材料的概念、分类、研究进展、应用、发展趋势等方面对超导材料进行介绍。超导材料的概念1.1何谓超导精彩文档实用标准文案超导是超导电性的简称。是一种

4、材料，如某种金属、合金或化合物在一定的温度以下，电子可以无阻地流动，电阻变为零的性质[4]。超导是一种宏观量子现象，它在微观上表现为费米面附近的电子配对，同时建立长程位相相干进而发生凝聚；在宏观上超导态有两个基本特征：即临界温度以下的零电阻率现象和完全抗磁性(迈斯纳效应)[5]。1.2何谓超导材料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乎不会损失[6]。而作为超导材料，它具有如下特性[7]：（1)超导电性。即对于某一种材料，如某种金属、合金或化合物在一定的温度以下，电子可以无阻地流动，电阻变为零的性质。如前所述，超导电性是191

5、1年由荷兰科学家昂尼斯发现的。（2)抗磁性。1933年德国科学家迈斯纳发现超导体具有高抗磁性，使磁力线不能透入，人们称之为迈斯纳效应。（3)约瑟夫效应或超导隧道效应。1962年，英国科学家约瑟夫从理论上预言：如果在两块超导体之间置一绝缘层(厚度约10埃)，绝缘层将会成为—个“弱”超导体，超导电流可在其中通过，形成隧道超导电流。约瑟夫的预言随后为实验所证实。自20世纪60年代，超导材料的实用化就成为世界范围内的研究热点。超导材料有3个临界参数：临界温度(Tc)、临界磁场(Hc)和临界电流密度(Jc)，即超导材料必须在一定条件下才能保持超导态，具有高临界参数的超导材料才具有实

6、用化价值[8]。超导材料的分类超导材料分为低温超导材料和高温超导材料。下面我们从低温超导材料和高温超导材料的概念、性质等方面对它们进行简单的介绍。0.1低温超导材料何谓低温超导材料？低温超导材料是具有低临界转变温度(Tc<3OK=在液氦温度条件下工作)的超导材料，分为金属、合金和化合物。具有实用价值的低温超导金属是Nb(铌)，Tc为9.3K已制成薄膜材料用于弱电领域。合金系低温超导材料是以Nb为基的二元或三元合金组成的β相固溶体，Tc在9K以上[9]。低温超导材料一般都需在昂贵的液氦环境下工作,由于液氦制冷的方法昂贵且不方便，故低温超导体的应用长期得不到大规模的发展[10

7、]。0.2高温超导材料由于高温超导体的诱人使用前景，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提高到铌三锗的23.22K，才提高了19K。1986精彩文档实用标准文案年，高温超导体的研究取得了重大的突破。科学家们发现了一类新的氧化物陶瓷超导材料,其超导转变温度要比传统超导材料高数十度,可在液氮温度(-196℃)区间工作[11]。这一发现，大大降低了超导体制冷的成本，掀起了以研究金属氧化物陶瓷材料为对象，以寻找高临界温度超导体为目标的“超导热”。目前，高温超导材料指的是:钇系(92K)、铋系(1