我国高温超导技术研究现状

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高温超导电机技术的研究现状与应用前景浅析

高温超导电机技术的研究现状与应用前景浅析高温超导线材的性能和商业化水平自2000年以后取得重大进展，相对低温超导线材其超导转变温度和载流能力大幅提高，使高温超导应用技术取得突破，成为新世纪重大高新技术。

高温超导电机作为前沿技术已被列入我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》，加快高温超导电机的研究具有十分重要的战略意义。

高温超导电机中用高温超导线圈取代常规铜线圈，低温下具有零电阻特性，载流能力远大于铜导线，在给定空间内能产生很强的磁场，通过先进的设计可以使大容量高温超导电机体积和质量为常规电机的约1/2和1/3，具有高功率密度、高效率、低振动噪声、过载能力强、无周期热负载等优点。

在船舶电力推进、直驱风力发电、大功率电气传动、工业发电、航天发射等许多大中型电机应用领域，特别是对电机体积、质量有严格要求的船舶电力推进和直驱风力发电领域有着十分诱人的应用前景。

一、高温超导电机技术国内外研究现状1.国外研究现状国外对高温超导电机的研究十分重视，美、德、日、韩等国采取一系列措施，完善体制，增加研究经费，制定研发计划，并取得了重大的突破。

美国早在1987年就开始研究高温超导材料在电机领域应用的可能性，主要单位有美国超导公司（AMSC）、Rockwell Automation 公司、Reliance Electric公司、电力研究所（EPRI）等，美国高温超导电机研发的历程如图1所示。

2000年7月，1 000hp、3 600r/min高温超导电机研制成功。

该电机被认为是高温超导电机商业化应用的里程碑，其获得的设计经验预示着已掌握了进入大功率高温超导电机设计大门的金钥匙。

2004年，5MW、230r/min的高温超导电机的满负荷试验顺利完成。

该电机是为了建造全尺寸船用推进电机，摸索技术工艺而进行中间认证的环节。

2009年，美国超导公司36.5MW、120r/min高温超导电机（如图2所示）通过海军验收试验，该电机作为美国海军新一代电力战舰DDG1000推进电机侯选电机之一，标志着高温超导电机的发展已接近工程应用阶段。

高温超导体的研究现状及展望

高温超导体的研究现状及展望一、引言高温超导体是一类在相对较高温度下呈现超导状态的特殊材料。

由于其零电阻和完全抗磁性等独特性质，高温超导体在能源传输、电子器件、磁悬浮列车等领域具有广泛应用前景。

本文将重点探讨高温超导体的研究现状，展望未来的研究方向与技术发展预测。

二、高温超导材料的制备与特性研究近年来，随着科研技术的不断进步，高温超导材料的制备方法得到了显著提升。

目前，常用的制备方法包括化学合成法、物理气相沉积法、溶胶凝胶法等。

这些方法在制备具有优异性能的高温超导材料方面取得了显著成果。

同时，高温超导材料的特性研究也取得了重要进展，包括材料的磁通动力学特性、能隙结构等方面。

三、高温超导材料的物理性质研究高温超导材料的物理性质研究是理解其超导机制的关键。

目前，科研人员已经对高温超导材料的能隙结构、自旋涨落、电荷涨落等方面进行了深入研究。

这些研究有助于揭示高温超导材料的微观机制，为进一步优化材料性能提供理论支持。

四、高温超导材料的应用场景与前景高温超导体在能源传输、电子器件、磁悬浮列车等领域具有广泛应用前景。

例如，高温超导电缆可用于长距离无损耗传输电能；高温超导滤波器可用于无线通信；高温超导磁悬浮列车则可以实现高速、安全、环保的交通方式。

随着技术的不断进步，高温超导材料的应用场景将进一步拓展。

五、高温超导材料面临的挑战与问题尽管高温超导体在理论和实验上都取得了重要进展，但仍面临许多挑战和问题。

例如，提高高温超导体的临界温度和降低其能隙是当前研究的重点；此外，高温超导体的稳定性、可加工性以及应用过程中的热管理等问题也需要进一步解决。

六、未来研究方向与技术发展预测未来高温超导体的研究方向主要包括以下几个方面：1. 探索新的高温超导材料：通过深入研究现有材料和开发新型材料，寻找具有更高临界温度和优异性能的高温超导体。

2. 深入研究高温超导机制：通过深入研究高温超导材料的微观机制，揭示其能隙结构和磁通动力学特性等方面的规律，为优化材料性能提供理论依据。

我国高温超导技术研究现状

第2期2008年4月中国电子科学研究院学报Journal of C AE I TVol .3No .2Ap r .2008收稿日期:2007209210 修订日期:2007212204综　述我国高温超导技术研究现状杨天信,谢毅立,胡来平,王生旺,王贤华(中国电子科技集团公司第16研究所,合肥　230043)摘　要:从高温超导材料技术、超导强电技术和超导弱电技术三个方面陈述了我国高温超导技术研究与发展现状,并列举了国内一些高温超导研究项目的进展情况及应用水平。

对国家重大高温超导研究计划项目,超导材料技术、器件、组件和系统的性能指标,应用推广情况,产业规模,发展水平和发展趋势等进行了讨论和分析。

对我国超导技术军、民用技术的市场潜力做了研究、评估和预测。

针对国内外高温超导技术发展应用的水平差距,提出了对我国高温超导技术发展和应用的建议。

关键词:高温超导材料;超导强电技术;超导弱电技术;超导技术应用中图分类号:O511 文献标识码:A 文章编号:167325692(2008)022122206St a tus of Research i n H i gh Tem pera ture Superconducti v ityTechnology i n Ch i n aY ANG Tian 2xin,X I E Yi 2li,HU Lai 2p ing,WANG Sheng 2wang,WANG Xian 2hua(The 16th Research I nstitute of CETC,Hefei 230043,China )Abstract:The paper describes the status of research and devel opment of high te mperature superconduc 2tivity (HTS )technol ogy in China fr om such three as pects as high te mperature superconductivity material and superconductivity thin fil m technol ogy,power app licati ons of superconductivity,and app licati on of superconductivity t o electr onics .The study on the p r ogra m s of HTS superconductivity technol ogy and their app licati ons in China are als o p resented .The perf or mance of main and significant p r ojects on supercon 2ductivity materials,superconductivity thin fil m s,devices,components and their integrated syste m s are al 2s o discussed .The popularizati on of HTS technol ogy,the scale of HTS technol ogy industry,levels and trends of vari ous superconduct or research and app licati ons devel oped in China are discussed and ana 2lyzed .The potential markets of HTS superconductivity technol ogy used in the m ilitary and civil fields are surveyed,evaluated and p redicted .Meanwhile,the suggesti ons on devel opment and app licati on on HTS superconductivity are given based on the differential levels bet w een China and foreign countries .Key words:high te mperature superconducting material;power app licati ons of superconductivity technol 2ogy;app licati ons of superconductivity t o electr onics;app licati on of superconduct ors0　引　言 20世纪80年代后期高温超导的发现,在全球掀起了一股“超导热”。

超级导体技术的研究现状和发展趋势

超级导体技术的研究现状和发展趋势随着人类科技的不断发展，超级导体技术成为研究的焦点之一。

超级导体技术是一项国际前沿技术，其主要目的是研究导电性能更佳、更可靠的材料。

超级导体技术的研究现状超导材料是超级导体技术的关键之一，其主要特点是电阻为零。

超导材料在温度极低的情况下，可以达到完全零阻抗，因此具有非常广阔的应用前景。

现有的一些超导材料如铜基和铁基超导材料，其超导温度很低，约为-200到-220摄氏度。

而高温超导材料的能力提高了很多，这让超级导体技术逐渐进入高温超导阶段。

在研究高温超导材料方面，全球范围内开展了大量的研究工作。

高温超导材料主要是指超导过渡金属化合物（例如铜氧化物）和铁基超导材料。

当前，由于铜氧化物和铁基超导材料具有的良好电导率性能，它们正被广泛地研究和应用。

超级导体技术的发展趋势未来，在超级导体技术方面，有许多值得注意的研究领域和方向。

以下是一些超级导体技术的未来发展趋势：1、高温超导高温超导技术是将铜氧化物和铁基超导材料的导电能力进一步提高的方向。

目前已经发现的铁基超导材料的超导温度已经达到了77K，更高的超导温度是未来研究的方向。

研究人员正在研究新的材料编制方法和新的合金配方，以制成更高温度的超导材料。

2、应用拓展除了在电力系统中应用外，超级导体技术还可以应用于磁悬浮列车、医学成像、核聚变等领域。

在这些领域中，超级导体材料将扮演致动器、电感器、超级电容器等重要作用。

3、智能变换器未来，超级导体技术可能还将用于智能变换器中。

智能变换器是新一代电力转换技术，它采用先进的半导体功率技术，可将电力传输的效率提高到近90%。

总之，超级导体技术是一项非常重要的高科技研究领域。

其在电力、交通等领域具有广泛的应用前景，将为经济发展和人类生活的改善做出重要贡献。

高温超导材料的研究现状与发展趋势

高温超导材料的研究现状与发展趋势高温超导材料是指在零下196度以上的温度下能够表现出超导现象的一类材料。

相比低温超导材料，高温超导材料不需要使用极低的温度，从而更加容易使用和操作。

同时，由于高温超导材料的电阻极低，因此也具有广泛的实际应用前景。

本文将介绍高温超导材料的研究现状和发展趋势。

一、高温超导材料的发现和研究历史高温超导材料的历史可以追溯到20世纪80年代。

1986年，首次发现了第一种高温超导材料——YBa2Cu3O7，其超导转变温度达到了92K，足以比低温超导材料更加实用。

之后，又陆续发现了其他高温超导材料，如Bi2Sr2CaCu2O8、Tl2Ba2CuO6等，这些材料的超导转变温度更高，甚至达到了135K。

这些高温超导材料的发现引起了人们的广泛关注。

研究者们探究了这些材料的化学结构和物理特性，以期能够深入理解其超导机理。

他们发现，在这些材料中，超导是由一种称为“库珀对”（Cooper pair）的电子对束缚而成的。

另外，高温超导材料还表现出了一种称为“假体邦”（pseudogap）的现象，即在临界温度以下却无法完全形成超导状态。

这些研究为高温超导材料的进一步理解和实际应用奠定了基础。

二、高温超导材料的物理特性和实际应用高温超导材料的一个重要特性是它们的电阻极低，能够带来很多实际应用。

例如，高温超导材料可以用于制造高度敏感的磁传感器，这些传感器可以检测很小的磁场变化，从而有助于地球物理和医学研究。

此外，高温超导材料还可用于制造高速、高效的电缆和传输线路，提高了电力传输的效率。

另外，高温超导材料的磁性具有很多实际应用。

例如，高温超导材料可以用于制造超导磁体，这些磁体可以产生极强的磁场，用于磁共振成像（MRI）和核聚变等研究。

此外，高温超导材料的磁性还可用于制造磁悬浮列车等高速交通工具，提高交通效率。

三、高温超导材料的研究进展自1986年发现第一种高温超导材料以来，研究者们一直在探究如何提高高温超导材料的超导转变温度，以推动其更广泛地应用。

高温超导技术的最新研究进展

高温超导技术的最新研究进展随着科技的不断进步和发展，高温超导技术也逐渐成为了当今物理学领域的热门话题之一。

高温超导材料具有极高的电传导率和零电阻能力，具有广泛的应用前景。

在国际范围内，高温超导技术的研究已经进入了快速发展的阶段，许多新的研究成果也不断涌现。

本文将通过对近期高温超导技术的研究进展进行分析和总结，来探讨高温超导技术的发展现状和未来趋势。

一、高温超导材料的发现历程高温超导材料的研究始于20世纪80年代末期，最初发现的高温超导材料是氧化铜（YBCO），它的超导温度达到了约90K。

这一发现引起了科学界的广泛关注和热烈讨论。

随后，研究人员又陆续发现了其他高温超导材料，如钇钡铜氧化物（YBCO）、铁基超导体等。

这些材料的超导温度较高，有望在实际应用中取代低温超导材料。

二、高温超导技术的应用前景高温超导技术具有广泛的应用前景，可以用于制作超导电缆、超导磁体、超导发电机等。

此外，高温超导材料还可以用于制作超导电子元器件、传感器等，甚至被应用到医学领域中，用于制作磁共振成像设备（MRI）。

三、高温超导材料的研究进展在高温超导领域中，最近几年取得了许多重要的进展。

以下是其中的一些例子：1. 新型高温超导材料的发现近期，美国多所大学的研究人员发现了一种新型的高温超导材料，其超导温度超过了260K。

这一发现引起了广泛的关注和追捧，因为这个温度已经非常接近常温了。

这种材料在制备过程中使用了新的技术方法，有望在未来的应用中取得更大的成功。

2. 非均匀多元化学交流的研究研究人员利用非均匀多元化学交换（NUCLEUS）技术，在高温超导材料BaFe2（As0.67P0.33）2中识别出了铋添加剂的分布情况。

通过这种方式，研究人员可以更好地理解材料的制备和性能特征，有助于改善高温超导材料的性能和应用效果。

3. 新型夸克材料的研究美国加州大学圣塔芭芭拉分校的研究人员发现了一种新型的夸克材料，可以用于制作高温超导材料。

这种材料不仅具有高超导温度，还具有很强的抗氧化性和机械强度，有望在未来的应用中起到重要作用。

高温超导技术的发展现状与未来趋势

高温超导技术的发展现状与未来趋势随着科学技术的不断发展，高温超导技术成为了当前最炙手可热的研究领域之一。

高温超导技术的引入被认为是超导材料应用领域的重要突破，取得了许多令人瞩目的成绩。

本文将探讨高温超导技术的发展现状及未来趋势。

首先，我们来了解一下什么是高温超导技术。

传统的超导材料需要在极低的温度下才能实现超导状态。

但高温超导材料的出现改变了这一局面，不需要极低的温度即可实现超导。

这使得一系列新的应用变得可能，如电力输电系统的高效率传输和强磁场磁体的制造等。

高温超导技术的发展受益于现代材料科学和纳米技术的进步。

科学家们不断融入新材料和新制备技术，使得高温超导材料的临界温度逐渐升高。

目前，已经实现的高温超导温度记录是138K，但仍远低于室温。

因此，提高高温超导温度是未来的关键研究方向之一。

为了达到更高的超导温度，科学家们正积极探索新的材料和机制。

例如，人们发现某些具有非常规晶格结构的复合物材料表现出了良好的超导特性。

通过深入研究这类复合材料及其微观结构，科学家们可以更好地理解高温超导的机理，从而为制造更高温度的超导材料打下基础。

此外，纳米技术的发展也为高温超导技术提供了新的机遇。

通过纳米制备技术，可以在材料中引入微观缺陷和界面，从而改善超导材料的性能。

纳米尺度改变了材料的电子结构和输运特性，使高温超导材料的超导性能得到了显著提升。

因此，纳米技术将成为未来高温超导技术发展的重要方向之一。

除了材料和制备技术的改进，高温超导技术的应用领域也在不断扩展。

目前，高温超导技术已经开始应用于电力输电和储能系统。

高温超导材料具有极低的电阻和高的电流承载能力，可以大幅度提高电力输送的效率。

而在储能系统中，高温超导材料的超导电流环路可以在无损耗的情况下储存和释放电能。

此外，高温超导技术还在导航和医学领域展现出巨大潜力。

超导磁体可以产生极强的磁场，用于磁共振成像、磁别动装置和地磁导航等应用。

这些应用将为医学诊断和导航系统的精确性和可靠性提供新的可能性。

超导技术的研究现状和发展趋势

超导技术的研究现状和发展趋势随着科技的不断发展，超导技术在各个领域中的应用越来越广泛。

超导技术指的是材料在特定条件下表现出的超导现象，即电流在无阻抗的情况下通过材料。

这种技术应用在诸如核磁共振成像、磁悬浮列车和电力传输等方面，为我们的生产和生活带来了许多便利。

超导技术目前的研究现状在欧美国家，超导材料的研究一直处于不断创新和探索的阶段。

科学家们不断地尝试使用新材料制备用来进行大量的研究。

例如，国际上最为出名的高温超导体材料是钇钡铜氧（YBCO），发明者之一的卡尔-亥尼茨表示，高温超导体将会为国家间的工业、交通、通信、医疗等领域带来新的可能性。

他们的研究意在修建一种接近于能源无损耗的“电线”，这个“电线”将能被广泛应用于全球节能目标之中。

在中国，超导材料的研究已经取得了很大的发展。

最著名的例子就是中国成功地研制出利用同步辐射实现高清大面积接缝无缝焊接的高温超导镀银带。

这样的成果在我国的相关领域应用上有着极高的价值。

另外，研究超导技术的过程也在不断推进。

科学家们发现利用量子计算为代表的新兴技术，与超导材料的结合将有望创造大量优秀的新应用。

因为量子计算不但需要优秀的硬件来作为载体，还需要高效的电子流来搭建起量子计算的框架，而超导技术正好满足了这种要求。

这或许能够为人工智能以及其他未来领域的研究和应用带来革命性的进展。

超导技术的发展趋势正如上文所提到的，研究超导技术的目的在于应用于更多的领域中。

未来的发展趋势是更加的加强其与其他学科的交叉内容，利用新的技术去探索超导技术的更多运用。

例如，人工智能和超导技术的结合可以提高AI处理数据的速度，并且可以大幅缩短计算成本。

除此之外，超导技术的应用还可以延伸到电动车领域。

超导技术用于车联网的耐高温电池冷却，可以解决高速快充等问题，提高电池电量，进而减轻重要组件的压力。

这样不但增强了电车的使用体验，还可以极大地节省能源，实现低碳发展的新型能源利用。

这将是电力行业一个革命性的发展方向。

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对国家重大高温超导研究计划项目,超导材料技术、器件、组件和系统的性能指标,应用推广情况,产业规模,发展水平和发展趋势等进行了讨论和分析。

对我国超导技术军、民用技术的市场潜力做了研究、评估和预测。

针对国内外高温超导技术发展应用的水平差距,提出了对我国高温超导技术发展和应用的建议。

经过20多年的研究发展,我国高温超导技术在超导材料技术、超导强电技术和超导弱电技术三个方面取得了重大进展和突破。

在众多领域中,超导技术的应用具有非常突出的优点和不可取代的作用。

随着高温超导材料和低温制冷技术的迅速发展,使超导技术的应用步伐迅速加　2008年第2期杨天信等:我国高温超导技术研究现状123快。

超导技术在电力、通信、高新技术装备和军事装备等方面的应用也十分令人向往,具有重要的战略意义。

根据第五届国际超导工业峰会预测,高温超导应用技术将在今后5～10年时间达到实用化水平,并将在2010年前后形成较大规模的产业。

到2010年,全球超导产业的产值预计将达到260亿美元,到2020年将达到2400亿美元以上。

超导技术将是21世纪具有光明前景的高新技术[1]。

1　国内超导材料与薄膜技术我国在铋系带材、钇系大面积双面薄膜、钇系新型涂层带材、钇系准单畴块材和高温超导电缆等方面,其技术发展水平与国际水平相当或相近,某些方面甚至处于国际领先水平。

目前,国内带材研究单位在核心的粉体技术方面,建立了粉体质量控制体系,保证了前驱粉体较好的重复性和稳定性;在带材的加工和热处理方面,解决了长带鼓泡和芯丝不均匀性问题,消除了长期困扰B i(铋)系长带制备的障碍,所制备的带材的最高临界电流密度Jc>4.0×104A/c m2(I c=125A), 200m长带的临界电流密度J c>3.0×104A/c m2(临界电流Ic=90A),这些成果都达到了目前国际先进水平。

北京英纳超导技术公司和西北有色金属研究院先后建成了年产200k m的生产线,为我国超导技术应用的产业化提供了必要的材料基础。

英纳超导公司300m长带的临界电流大于100A,达到国际先进水平。

其产品在满足国内需求的同时,还出口到韩国、欧洲等地。

近年来第二代高温超导带材的研究成为国内外超导研究的热点。

我国在“863”计划的支持下,已初步实现了第二代带材的动态制备,数十厘米长的带材的超导临界电流达到40A。

在高温超导单畴块材方面,我国在材料制备工艺上有知识产权,与国际先进水平的差距较小。

北京有色金属研究总院制成了直径5c m,冻结场7T(4.2K),磁悬浮力16N/c m2的钇系块材,并实现了直径4c m单畴材料的小批量生产。

2000年12月国产的340余块钇系块材用于世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车系统。

同时,铋系带材、钇系准单畴块材及钇系新型涂层带材等是供高温超导电缆、限流器、变压器、磁储能系统、电机、核磁共振成像(MR I)磁体等技术应用和研究所需的材料。

我国的钇系2英寸双面薄膜制备水平与国际水平相当。

中科院物理所、北京有色金属研究总院和电子科技大学等单位,分别实现了3英寸双面钇钡铜氧(Y BCO,Y BaCuO)薄膜的小批量制备。

天津海泰超导公司引进德国THEVA公司的多元反应共蒸合成法技术,生产出了直径3英寸以上的超导薄膜,最大直径可达8英寸。

现在已具备2英寸、3英寸双面超导薄膜稳定的批量生产能力,超导薄膜各项性能指标均达到国内领先、国际先进水平。

Y BCO,Y BaCuO薄膜的表面微波电阻R s达到1毫欧以下(10GHz,77K),最小达400微欧,临界电流密度Jc>1×106A/c m2,J c分布的不均匀性小于10%。

综合指标[临界温度(Tc)、临界电流密度(Jc)、表面电阻(Rs)、薄膜厚度、表面形貌],基本达到微波应用的要求。

对于强电应用的超导薄膜限流器,这种薄膜的Ⅰ-Ⅴ特性基本能满足应用要求。

而中科院物理所、南开大学的2英寸双面铊,Tl-2212薄膜,R s均达800微欧以下,最小达350微欧。

J c达到1×106A/c m2,不均匀分布小于10%。

T c> 105K,不均匀分布小于1%,而且产品稳定性好,技术指标达到国际上最好水平。

国外高温超导薄膜和带材发展水平应引起国内超导研究人员的关注。

如,德国T HE VA公司采用该国PR I M A TEC G mbH公司多元反应共蒸镀膜设备,开发的HTS薄膜多元反应共蒸成膜技术,发展了传统的热蒸发制膜工艺,解决了超导薄膜需要在高温下(800℃左右)连续合成处理的关键问题,使成膜工艺参数处于严格受控状态,因而可以重复制备大面积均匀的HTS薄膜。

薄膜技术性能高,符合产品研发的要求,成品率高,重复性好,可提供批量的优质HTS薄膜。

该技术已为国际同行认可,产品和PR I M A TEC G mbH的设备已销往世界多个实验室。

值得一提的是,对于第二代高温超导带材的重要性,我国科技工作者对其认识较早。

在离子束辅助沉积(I B AD)和扎制辅助双轴织构化(RAB iTS)技术诞生不久,当时的国家超导研究和开发中心就部署了两种技术路线的攻关计划。

北京有色金属研究总院(GR I N M)、西北有色金属研究总院和北京工业大学负责RAB iTS基带及其涂层技术;而中科院上海冶金所(现微系统所)和中科院物理所负责I B AD 技术。

2005年底,GR I N M课题组在近十年的涂层导124　中国电子科学研究院学报2008年第2期　体研究经验基础上,建立了一套动态的DC磁控溅射系统,并在德国I F W D resden的RAB iTS镍基带上制备出10m长高度织构的缓冲层(Y2O3/YSZ/ Ce O2)。

上海大学蔡传兵等领导的课题组设计了涂层导体专用的P LD系统,并建立了国内首个动态的电路交换数据服务(CS D,circuit s witched data)系统[2]。

另外清华大学课题组、电子科技大学课题组、北京工业大学课题组等分别在化学涂层、双面溅射沉积和RAB iTS基带方面做出了特色工作。