《超导材料及其应用》PPT课件

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1、超导材料及其应用主讲人：李海东08级应用物理·超导简史·超导材料·超导应用一、超导简史1908年，荷兰物理学家昂内斯首次成功地把称为“永久气体”的氦液化，因而获得4.2K的低温源，为超导准备了条件，三年后即1911年，在测试纯金属电阻率的低温特性时，他又发现，汞的直流电阻在4.2K时突然消失，多次精密测量表明，汞柱两端压降为零，他认为这时汞进入了一种以零阻值为特征的新物态，并称为“超导态”。物质在超低温下失去电阻的性质称为超导电性，具有这种性质的物质称为超导体，超导体在电阻消失以前的状态称为常导状态，电阻消失以后的状态称为

2、超导状态。这种特性称为超导材料的零电阻性。汞在液氦附近电阻变化行为自1911年以后，又发现了23种纯金属也具有超导性。包括水银在内，24种纯金属超导材料的临界温度范围为0.1～9.13K，最高温度9.13K的是铌元素。1952年，发现了临界温度为17K的硅化钒，不久又发现了临界温度为18K的铌锡合金，这在当时是最高的临界温度，以后又陆续发现了若干铌系列合金超导体。1973年，科学家发现了铌锗合金，其临界温度为23.2K，该纪录保持了13年。1986年，IBM公司的研究人员米勒和贝德诺尔茨发现了一种铜氧化物具有35K的高温超

3、导性，突破了传统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念，更重要的是改变了从金属和合金中寻找超导材料的传统思路。1986年底，美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”被跨越。1987年，中国科学家赵忠贤在钇-钡-铜-氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的禁区（77K）也被突破了，这使超导转变温度高于液氮的气化温度，使资源丰富、价格低廉的液氮作为超导体工作的冷却剂成为可能。人们将这类铜基氧化物超导体叫做高温超导体。为了与这类新发现的高温超导体相区别，人们把在此以前发现的超导体称为低温超导

4、体。1987年底，铊-钡-钙-铜-氧系材料又把临界超导温度的纪录提高到125K。1993年，人们发现了超导临界转变温度为133K的汞-钡-钙-铜-氧系材料。二超导材料2.1钇系高温超导体钇系高温超导体是当前已知的四类高温超导体中研究得最透彻的一种。目前已能从多种商业渠道获得优质的Y123粉、块材和薄膜。制备超导性能优异的粉末$高度致密块材或薄膜的方法和工艺条件已相当成熟。YBCO大约在92K显示出超导电性，并且超导相的比例极高。Y123薄膜的磁通钉扎性能甚佳。2.2铋系高温超导体(BSCCO)这是仅次于钇系研究得颇为透彻的

5、高温超导体。1988年初日本人用便宜的Bi2O3代替稀土，用锶、钙代替钡在BSCCO系中发现了新的高温超导相。此后,美、日都宣布发现了Tc=110Ｋ的超导体，经研究BSCCO共有Bi2Sr2CaCu2O8(Bi2212)和(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3O10(Bi2223)两个高温超导相,前者的Tc约80Ｋ,后者为110Ｋ。BSCCO粉具有极好的烧结特性和超导性能，目前已商品化生产用于制造和开发铋系线材。2.3铊系高温超导体(TBCCO)铊系高温超导体是继钇系、铋系之后于1988年发现的第三种高温超导体。目前已合成出T

6、l1212、Tl1223、Tl2212和Tl2223四种超导相的粉末。近年来对TBCCO的研究表明,用它们有望获得高Tc的薄膜、多晶、厚膜和带材。2.4其它超导体如汞系、镧系、Nb3Sn系及其它。NbTi超导棒材NbTi/Cu多芯复合线NbTi/Cu多芯复合线钇钡铜氧化物（YBa2Cu3O7-x)超导体---RobertF.Serverce.Science,295,786(2002).二硼化镁超导材料三超导应用1、超导电力设备电力设备是超导技术应用的一个重要领域，主要利用超导体可以无电阻传输大电流的特点。目前世界各国开发的

7、主要超导电力设备包括超导电缆、超导限流器、超导变压器、超导电机和超导储能装置等。1.1超导电缆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，保护生态环境。超导发电机，拥有两万千瓦的功率1.2超导电机超导电机包括发电机和电动机。由于采用了

8、超导绕组，与常规电机相比，能够承载更大的电流从而产生更强的磁场，所以在与常规电机功率相同的情况下，其体积和重量可以减小到常规电机的1/5左右。超导悬浮列车由于超导体具有完全抗磁性,在车厢底部装备的超导线圈,路轨上沿途安放金属环,就构成悬浮列车。当列车启动时,由于金属环切割磁力线,将产生与超导磁场方向相反