超导材料应用与制备概况
超导材料的制备及应用
超导材料的制备及应用超导材料是一种具有非常重要的应用前景的功能材料，可以广泛应用于飞行器、核磁共振、磁悬浮列车、通信技术等多个领域。
因此，超导材料的制备研究也是自然科学中优先研究方向之一。
在本文中，将围绕超导材料的制备及应用，分别进行探讨。
一、超导材料的制备超导材料是指在某些特定条件下，材料的电阻突然降至零的现象，这种现象被称为超导现象。
目前，已经制备成功的超导材料主要分为低温超导和高温超导两种。
1、低温超导材料的制备低温超导材料主要是指铜酸盐超导材料，在其它种类的超导材料开发之前，铜酸盐材料一直是最有潜力的一种。
铜酸盐超导材料常见的有YBCO、BSCCO和Tl-1223等几种，是通过反应热力学的方法制备的。
以YBCO材料为例，它是由铜、钡、氧和钇等元素混合制备而成。
首先，将铜氧化物、钡碳酸及氨基酸钇分别混合均匀，经过球磨碾磨，并加入一定量的氧化物粉末，制成混合物后，将其在氧气氛围内加热到一定温度，使金属氧化物进行反应，最终制得YBCO超导材料。
2、高温超导材料的制备高温超导材料主要是指镍系的复合超导材料，如SmBaCuO、BiSrCaCuO和TlBaCaCuO等。
高温超导材料的制备较为复杂，需要借助于化学反应和物理方法，通常采用四种方法。
(1) 真空热处理法。
此方法通常采用高温真空度热处理的方法制备高温超导材料。
它的优点在于可以减少氧污染，制备出具有优异性能的材料。
(2) 高温气相反应法。
此方法主要采用氧燃烧法，将粉末置于高温、高压气氛中反应，最终得到高温超导材料。
这种方法能够提高材料的均匀度和晶体质量，但同时材料存在氧浓度不均匀的情况。
(3) 溶胶-凝胶法。
此方法主要是通过溶解金属离子与某种有机物反应，最终制备出具有良好电性和结晶性的高温超导材料。
(4) 大气合成法。
此方法主要是通过相应的化合物和大气中所含气体反应，使高温超导材料在常压和常温条件下制备而成。
主要优点是制备过程简单，但缺点是制备的样品晶粒较大，而且均匀度较差。
超导材料的制备及应用研究
超导材料的制备及应用研究随着科学技术的不断发展，超导材料的制备及应用研究也越来越受到人们的关注。
超导材料具有非常优越的物理性质和应用前景，广泛地应用于电力、能源、医药等领域。
本文将探讨超导材料的制备方法、特性及应用研究等方面。
一、超导材料的制备方法超导材料有多种制备方法，如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、溶胶-凝胶法(sol-gel)、共沉淀法(PP)等。
其中，CVD法是一种基于气相物质沉积在基板表面的过程，它可以制备出高质量、高性能的超导材料。
PVD法则是利用高温等离子体去除材料表面原子层，并将新原子层沉积在表面上，是一种常用的制备超导材料的方法。
另外，溶胶-凝胶法也是一种制备超导材料的重要方法。
该方法是将溶液中的低分子量物质转化成固态材料，形成纳米和微米级别的材料。
这种方法具有制备工艺简单、结构紧密等特点，在超导材料的制备中很重要。
二、超导材料的特性超导材料的最重要特性是零电阻和迈斯纳效应，能够表现出超导状态。
此外，超导体的磁场排斥现象也是它的一个显著特征。
超导材料具有高温超导、镁二铜氧体(MgB2)超导、铜氧化物超导等类型。
高温超导材料在超导材料中占据很重要的地位。
高温超导材料最早是在1986年被发现的，它的超导温度较铜氧化物超导材料更高，而且其机理和铜氧化物超导材料也不尽相同。
三、超导材料的应用研究超导材料具有优越的应用前景，已广泛应用于电力、能源、医药等领域。
其中，电力领域是其最重要和最典型的应用之一。
超导材料在电力领域主要应用于超导电缆和超导电机等方面。
例如，基于高温超导材料的能量转移产品，则可以实现更加高效的电力传输，而且对于现代工业生产和人民日常生活都具有重要的意义，这未来必将成为促进该领域发展的关键因素。
此外，超导材料的应用还存在很多的限制和挑战，如价格、占地面积等问题。
这些限制要求研究人员进行进一步的探索和发展，以克服其中的各种难题，并实现更加广泛的应用。
四、结论超导材料由于其零电阻和迈斯纳效应等特性，具有极高的实用价值，被广泛应用于各个领域。
超导材料制备工艺研究及应用
超导材料制备工艺研究及应用超导材料是目前最为先进的一种电性材料，具有极低的电阻、强磁性和良好的导电性能。
超导材料的制备工艺是影响材料性能的关键因素，也是超导材料应用的重要基础。
本文将围绕着超导材料制备工艺进行深入探讨，并对其应用进行简要介绍。
一、超导材料制备工艺1、超导材料的基本结构超导材料是一种复合材料，包括了超导材料、绝缘材料和金属导体材料。
其中，超导材料是制备超导材料的关键材料。
2、超导材料的制备方法超导材料的制备方法可以分为几类：物理镀膜法、化学气相沉积法、化学溶液法、热压法和熔体法等。
其中，熔体法是目前最为广泛应用的一种方法，主要利用高温熔融的特性将材料化学反应，形成超导材料。
3、超导材料的关键制备工艺超导材料的制备工艺与材料性能密切相关，其中温度、压力、气氛和添加剂等是影响制备超导材料的关键因素。
我们需要通过调整这些因素的比例和方式，获得高质量和高性能的超导材料。
同时，超导材料的制备工艺需要严格的工艺控制和精密的检测手段，以确保批次的一致性和稳定性。
二、超导材料的应用1、超导磁体超导磁体是超导材料的一种应用，主要用于强磁场技术，如核磁共振成像技术、粒子加速器以及发电机等领域。
超导磁体的主要优点是具有极低的能量损耗和高磁场强度，因此可以有效提高产品性能和降低成本。
2、超导电缆超导电缆是一种利用超导材料传输电能的新型电缆，其主要应用于高功率电力传输、高速列车和电动汽车等领域。
超导电缆相对于传统电缆具有容量大、损耗少、造价低等优点，预计其在大规模应用时将有效缓解能源紧张和环境污染等问题。
3、超导电器件超导电器件主要包括超导磁浮、超导发电机和超导磁能储存装置等，这些器件在现代工业发展中具有很大的发展前景。
通过基于超导材料的性能和制备工艺，可以制造出能够满足不同领域需要的高性能电器件。
三、结语超导材料的制备工艺及应用的研究是近年来电性材料领域的一个热点，旨在寻找高性能、低成本的电性材料，以推动新能源、新材料和新技术的发展。
高温超导材料的制备及应用
高温超导材料的制备及应用高温超导材料是目前研究领域中的热点之一。
它的制备和应用在许多领域都有着重要的意义，比如在能源、电力传输、医疗等领域有着广泛的应用前景。
本文将从制备和应用两个方面来探讨高温超导材料的研究现状和未来发展。
一、高温超导材料制备高温超导材料是指在大于-196℃的温度下表现出超导性质的物质。
相对于低温超导材料，它的制备更加复杂，但也更具实用价值。
目前，高温超导材料的制备研究主要是以化学合成和物理方法为主。
1. 化学合成方法化学合成方法是通过化学反应将各种元素或化合物反应得到高温超导材料。
这种方法主要有固相反应法、水热合成法、凝胶反应法等。
其中，凝胶反应法是目前较为流行的一种方法。
该方法主要是通过溶胶凝胶法将化合物反应得到微米级的高温超导材料，其方法简单且可控性强。
2. 物理方法物理方法是通过物理手段将原材料转化为高温超导材料。
常见的物理方法有磁控溅射法、激光热分解法和高压合成法等。
其中，高压合成法是目前最具有潜力的制备方法之一。
该方法主要基于高压下的元素反应，不仅能够制备出高质量的高温超导材料，同时也能够探究不同合成参数对反应过程和物理性质的影响。
二、高温超导材料应用高温超导材料作为一种新型的材料，具有多种应用前景。
主要应用于能源、电力传输和医疗等领域。
1. 能源领域能源领域是高温超导材料的主要应用领域之一。
它主要应用于巨大发电机的制造。
目前，高温超导材料已经被应用于巨型风力涡轮机发电机、海水泵站的普及使用等。
它具有高效的能量传输和较低的损耗，能够有效地提高发电效率和稳定性。
2. 电力传输领域高温超导材料在电力传输领域也有广泛的应用前景。
目前，高温超导材料已经被用于制造高温超导电缆。
由于该材料具有超导重叠和无能量损耗的特性，能够有效地降低能量转换时的损失，并能够提高电能质量以及提升电缆传输能力。
3. 医疗领域高温超导材料在医疗领域也有重要的应用前景。
目前，高温超导技术在医学影像学中已经得到了应用。
超导体材料的制备和应用技术
超导体材料的制备和应用技术超导体是一种具有零电阻和完全反射外磁场的特殊材料，具有着广泛的应用前景。
它们可以在磁共振成像、磁悬浮列车等领域中发挥重要作用。
本文将探讨超导体材料的制备和应用技术。
1.超导体的制备超导体的制备可以分为传统的铜酸化学溶胶-凝胶法和较新的化学气相沉积法两种方法。
铜酸化学溶胶-凝胶法利用化学反应在低温下制备超导体。
这种方法的优点是比较简单、易控制，但其缺点是工艺流程较为复杂，需要较长的时间来制备完整的超导体材料。
与之相比，化学气相沉积法可以在较短的时间内制备出均匀和高纯度的超导体材料。
尤其是，化学气相沉积法可以控制超导体材料的微结构和质量，工艺非常稳定。
因此，当前越来越多的研究者开始使用化学气相沉积法来制备超导体材料。
2.超导体的应用技术超导体具有一些独特的电学和磁学特性，因此在很多领域中有广泛的应用。
2.1 磁共振成像技术磁共振成像技术已经成为医学影像学中的重要工具之一。
超导体是磁共振成像技术的核心材料之一，其电学和磁学特性使其成为理想的磁体。
在磁共振成像中，超导磁体提供强磁场，同时保持磁场的稳定性和均匀性。
2.2 高温超导体应用技术与常规超导体相比，高温超导体具有较高的超导临界温度和较高的临界电流密度。
这些性能使其成为新型电子器件和材料的重要基础。
高温超导体已经在磁悬浮列车、超导发电和变压器中得到广泛应用。
2.3 数据存储技术数据存储技术已经成为信息技术中的核心技术之一。
超导物理的零电阻特性和完全抗磁性使其在数据存储技术中具有很大的应用前景。
例如，超导量子干涉器可以被用作未来超级计算机中的中间节点。
3.结论超导体制备和应用技术是当前研究和应用的热点之一。
化学气相沉积法被广泛应用于超导体的制备，同时，超导体在磁共振成像、高温超导体应用技术和数据存储技术中得到广泛应用。
这些都为人们的生活和工作带来了更多的便利。
我们相信，在未来的研究和应用中，超导体仍将扮演着重要的角色。
超导材料的制备与应用研究
超导材料的制备与应用研究超导材料的制备与应用研究超导材料是指在低温条件下电阻为零的材料，具有极高的电导率和磁场排斥效应。
自1957年首次发现超导现象以来，人们对超导材料的制备和应用进行了广泛而深入的研究。
本文将详细介绍超导材料的制备方法以及其在能源、电子学和磁性材料等领域的应用。
超导材料的制备主要包括物理方法和化学方法两种。
物理方法主要有凝固态法、磁控溅射法和脉冲激光沉淀法等。
凝固态法是最早被应用于超导材料制备的方法之一，其通过坩埚炉将超导材料原料加热至适当温度，然后快速冷却来制备超导材料。
这种方法适用于一些传统的超导材料，如铜氧化物超导材料。
磁控溅射法是一种常见的薄膜制备方法，通过在真空条件下，利用离子束轰击靶材，从而将靶材上的超导材料溅射到基底上。
脉冲激光沉积法是一种通过激光瞬时加热材料，然后迅速冷却制备超导材料的方法。
这些物理方法相对简单易行，适用于小型制备，但对于大规模制备还存在一些技术问题。
化学方法是另一种常用的制备超导材料的方法。
它主要包括化学沉淀法、溶胶-凝胶法和水热法等。
化学沉淀法是通过在溶液中加入适当浓度的超导材料前体，然后通过温度和pH值的调控来制备超导材料。
溶胶-凝胶法是通过将超导材料前体溶解在溶剂中形成溶胶，然后通过加热或脱水使其凝胶制备超导材料。
水热法是通过在高温高压水热条件下合成超导材料。
化学方法具有制备工艺简单、控制成分和物相的优势，并且能够实现大规模生产。
超导材料在能源领域有着广泛的应用。
其中最常见的应用是超导电缆和电力传输。
超导电缆具有极低的电阻和能耗，能够实现大容量和长距离的电力传输。
此外，超导材料还可以应用于储能系统，例如超导磁体能储能系统和超导磁能储能系统。
这些系统能够在电力供应不稳定或突发需求时提供稳定的电力支持。
超导材料在电子学领域也有着重要的应用。
超导量子干涉器件是一种基于超导材料的电子元件，能够实现超低能耗和极高速度的处理能力。
这一特性使得超导量子干涉器件应用于超级计算机、量子计算和量子通信等领域具有巨大的潜力。
先进超导材料的制备与应用
先进超导材料的制备与应用超导材料是一类具有特殊的物理性质的材料，其在低温下可以实现零电阻电流传输和完全磁通排斥。
这些特殊的性质使得超导材料被广泛应用在医疗、能源、通讯和工业等领域。
目前，随着先进材料的不断涌现，超导材料的性能和应用领域也在不断扩展。
一、超导材料的基本原理超导现象最早于1911年被荷兰物理学家海克·卡迈林发现，他在研究金属电阻的过程中，观察到了在一定温度下电阻突然消失的现象。
经过多年的研究，发现这种现象是由于电子在低温下形成了库珀对，从而导致电阻减小到零。
超导材料的基本原理是在材料中存在对电子有吸引作用的正电性空穴或离子，从而让电流可以在这些正电性点间自由穿行。
当材料温度降到临界温度以下，电子可以成对穿行，从而实现零电阻电流传输。
二、超导材料的制备方法超导材料的制备方法一般分为低温和高温超导两种。
低温超导需要将材料降温到相当低的温度，一般在几Kelvin左右。
而高温超导则需要将材料加热到更高的温度，但仍然低于室温。
低温超导的制备方法主要是通过制备单晶、化学气相沉积(CVD)和分子束外延(MBE)等方法。
其中，CVD法可以制备多种复合氧化物超导体，其工艺简单、制备周期短，而且制备多个样品的复杂性相对较小。
MBE法要求制备单晶，因此制备周期较长，但可以制备高品质的薄膜和多层材料。
高温超导的制备方法主要是采用固相法、溶胶-凝胶法、水热合成法等方法，其中溶胶-凝胶法被认为是目前制备高温超导材料的主要方法之一。
该法制备的材料组织均匀、晶粒细小，表现出较好的超导性能。
三、超导材料的应用领域超导材料的应用领域主要分为四个方面：工业领域、医疗领域、能源领域和通讯领域。
在工业领域，超导材料主要应用于电机、发电机和变压器等领域。
应用超导材料可以大幅度提升电机、发电机和变压器的效率，从而降低能源消耗，减少环境污染。
在医疗领域，超导材料主要应用于磁共振成像(MRI)技术。
超导磁体可以产生非常强的磁场，在MRI中使用超导材料可以大幅度提升成像精度。
超导材料的制备及其应用
超导材料的制备及其应用超导材料是一种具有极低电阻和强磁场性质的材料。
它们在许多领域中被广泛应用，包括医学成像、电力传输、磁共振成像和量子计算。
超导材料的制备和应用是当前研究的热点领域。
本文将重点介绍超导材料的制备和应用。
一、超导材料的制备超导材料的制备需要控制材料内部的结构和化学成分，以满足其特殊的电学和磁学性质。
目前，主要的制备方法有四种：氧化法、熔渣法、氮化法和机械法。
氧化法是制备氧化物超导体的主要方法。
这种方法是通过高温下将金属和氧化物化合物反应制成超导体。
这种方法的一个缺点是制备过程需要高温和高压，因此需要昂贵的设备。
熔渣法是制备铜基超导体的主要方法。
这种方法使用化学反应来制备微米级的超导体。
在这种方法中，金属体从片状层状活性物质和铜氧为主成分的熔剂中结晶出来。
熔渣法的一个优点是可以制备高纯度的超导体。
氮化法是制备氮化物超导体的主要方法。
这种方法利用化学反应来制备超导体。
在这种方法中，金属体和氮化物反应，产生氮化物超导体。
这种方法的一个缺点是制备过程需要昂贵的设备和高温。
机械法是一种利用机械能制备超导体的方法。
在这种方法中，超导材料通过机械方式制成超细粉末或薄膜。
机械法的一个优点是可以制备大量的超导体。
二、超导材料的应用超导材料在医学成像、电力传输、磁共振成像和量子计算等领域中被广泛应用。
医学成像方面，超导磁共振成像（MRI）已经成为现代医学的核心技术之一。
MRI系统利用强磁场和无线电波来生成高清晰的人体内部图像。
超导体被用作MRI系统中强磁体的基本材料。
电力传输方面，超导体可以替代传统电缆的传输线。
超导体的低电阻特性使其能够传输更大的电流，从而实现更高的能源效率。
超导电缆可以用于高压直流输电、高速磁悬浮列车和风力涡轮机等领域。
磁共振成像方面，超导体被广泛应用于磁共振成像系统。
超导体可以制成磁共振成像系统中的超导磁体，从而使系统具有更高的分辨率和更快的成像速度。
量子计算是一种新型计算方式，它使用量子力学原理来进行计算。
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摘要：新型超导材料一直是人类追求的目标。
本文主要从超导材料的性质，制备，应用等方面探索超导材料科学的发展概况。
随着高温超导材料制备方法的不断成熟，超导材料将越来越多的应用于尖端技术中去，超导材料的应用将给电工技术带来质的飞跃，因此，超导材料技术有着重大的应用发展潜力，可解决未来能源，交通，医疗和国防事业中的重要问题。
关键词：超导材料强电应用弱电应用超导制备1. 引言1911年荷兰科学家onnes发现纯水银在附近电阻突然消失，接着发现其他一些金属也有这样的现象，随着人们在Pb和其它材料中也发现这种性质：在满足临界条件（临界温度Tc，临界电流Ic，临界磁场Hc）时物质的电阻突然消失，这种现象称为超导电性的零电阻现象。
只是直流电情况下才有零电阻现象，这一现象的发现开拓了一个崭新的物理领域。
超导材料具有1）零电阻性2）完全抗磁效应3）Josephson效应。
这些性质的研究与应用使得超导材料的性能不断优化，实现超导临界温度也越来越高。
一旦室温超导达到实用化、工业化，将对现代科学技术产生深远的影响。
2. 超导材料主要制备技术控制和操纵有序结晶需要充分了解原子尺度的超导相性能。
有序、高质量晶体的超导转变温度较高 ,晶体质量往往强烈依赖于合成技术和条件。
目前，常用作制备超导材料的技术主要有：2.1.1单晶生长技术新超导化合物单晶样品有多种生长方法。
溶液生长和气相传输生长法是制备从金属间氧化物到有机物各类超导体的强有力工具。
溶液生长的优点就是其多功能性和生长速度 ,可制备出高纯净度和镶嵌式样品。
但是 ,它并不能生产出固定中子散射实验所需的立方厘米大小的样品。
浮动熔区法常用来制备大尺寸的样品 ,但局限于已知的材料。
这种技术是近几年出现的一些超导氧化物单晶生长的主要技术。
这种技术使La2 - x SrxCuO4晶体生长得到改善 ,允许对从未掺杂到高度掺杂各种情况下的细微结构和磁性性能进行细致研究。
在T1Ba2Ca2Cu3O9+d和Bi2Sr2CaCu2O8中 ,有可能削弱无序的影响从而提高临界转变温度。
最近汞基化合物在晶体生长尺寸上取得的进展 ,使晶体尺寸较先前的纪录高出了几个数量级。
但应该指出的是即使是高 Tc的化合物 ,利用溶液生长技术也可制备出高纯度的YBCO等单晶。
2.1.2高质量薄膜技术目前 ,薄膜超导体技术包括活性分子束外延(MBE ) 、溅射、化学气相沉积和脉冲激光沉积等。
MBE能制造出足以与单个晶体性能相媲美的外延超导薄膜。
在晶格匹配的单晶衬底上生长的外延高温超导薄膜 ,已经被广泛应用于这些材料物理性质的基础研究中。
在许多实验中薄膜的几何性质拥有它的优势 ,如可用光刻技术在薄膜上刻画细微的特征;具备合成定制的多层结构或超晶格的潜能。
在过去的 20年里 ,多种高温超导薄膜生长技术快速发展。
有些技术已经适用于其它超导体的制备。
目前所使用主要方法有溅射和激光烧蚀（脉冲激光沉积）。
类似分子束外延这种先进薄膜生长技术也已经发展得很好。
臭氧或氧原子用来实现超高真空条件下的充分氧化。
这使得生长的单晶薄膜的性能已接近乃至超过块状晶体。
如 LSCO单晶薄膜的 T =51. 5 K,比块状晶体（Tc <40 K ）要高 ,外延应力是产生这种强化现象的部分原因。
3. 超导材料制备的新探索发现新型超导体最直接的方法是研究相空间并实施一系列系统探索来发现新的化合物 ,可通过鉴别成分空间中有希望的区域和快速检测该区域尽可能多的化合物的方法来实现。
通过这样的研究,在 20世纪50到 60年代产出了很多金属间超导体 ,这些超导体还需要在三相或更高相空间中再继续研究。
此外 ,继续寻找异常形态的超导材料也是很重要的。
先进合成与掺杂技术3.1.1极端条件下的合成技术经验上讲 ,超导性常常表现得和结构上的相转变联系紧密;事实上 ,有许多超导体是亚稳态 ,需要在高温高压下合成。
此外 ,合成新化合物所需的许多元素具有非常高的挥发性活性和难熔性如 Li、B、C、Mg、P、S、Se、Te ,而且要在非常特殊的环境下才能成功合成。
大尺寸单晶生长技术 ,特别是用于固定中子散射实验的关键材料的合成技术应进一步发展。
3.1.2合成与表征组合技术对新型超导化合物的系统性组合探索可基于薄膜沉积技术。
一种方法是利用掩膜技术制备微小均质区域。
利用连续相涂敷法(Continuousphase spread method) 以及使用多种源或靶材在衬底上形成不同的薄膜成分。
磁场调制光谱(Magnetic Field Modulated Spectroscopy),MFMS ,是一种非常敏感而快速的超导检测技术 ,可用于高产量的表征方法。
合成与表征组合技术需要进一步完善,以在更大范围内应用来寻求具有理想性能的新型超导体。
3.1.3原子层工程、人造超晶格技术薄膜沉积技术的迅速发展为化学和材料科学突破体相平衡的限制提供了机遇。
拓展相界、获得新亚稳态和微结构、创造多层结构、施加大的面内应力以及获得不同排列体系间的平滑界面都因此成为可能。
单晶多层结构使材料具有不同的界面性能 ,不会受到污染物的干扰。
在界面处各种电荷移动和自旋态的相互影响会产生新电子结构。
与界面原子层工程一样 ,改变相邻绝缘体的组成和结构 ,为利用外延应力和稳定性来调整界面结构的超导性提供了多种可能。
3.1.4场效应掺杂和光掺杂技术化学掺杂是在铜酸盐等化合物超导体中实现金属和超导态所必需的 ,但它的缺点是会同时产生无序状态。
这种无序状态不仅使人难以区分内在和外在特性 ,而且实际上还削弱了超导性能。
此外 ,在多数情况下化学掺杂量是不可调的 ,每种组成都需要一个单独的样品。
场效应掺杂和光掺杂通过外加强电场或强光照射引入电荷载体 ,从而避免了这些弊端。
使用这两种掺杂 ,可连续地调节单个样品的掺杂量而不会诱发化学无序状态。
这一方法在从配合物中寻找新的超导体方面有很大的潜力。
纳米尺度超导材料新型超导体的设计和研究面临挑战是难以控制的化学合成工艺参数。
最有希望发展的就是可控制的纳米新型高温超导材料。
开发新的纳米尺度的高温超导体 ,可增进机械稳定性、耐化学腐蚀性等。
虽然这些性能已单独得到证明 ,但把它们全部合成至单一的材料器件或系统中仍是一个巨大的挑战。
在高温超导材料中 ,很多基本长度尺寸是处于纳米量级的(如单晶畴)大小、相干长度等 ,因此关于纳米尺寸结构的实验性研究对帮助人们了解微观机制具有相当的重要性。
超导材料制备相关问题块体样品、单晶方面的关键性公开问题包括:提高各种有机超导、重费密子超导等非常规超导体样品的纯度;了解和消除样品的依赖性;了解和控制缺陷、杂和 Tc以及大尺寸单晶生长质及无序对样品的影响; 改进各类材料的 Jc 、Hc2问题。
要处理好这些问题 ,要改进现有的晶体生长技术并创造新的技术。
新的助熔剂、输运剂以及新的温度、温度梯度、成核控制方法将提高人们对样品的大小、品质和可重复性的控制能力。
对于各类超导薄膜 ,最基本的问题是衬底表面的制备以及对薄膜生长的影响 ,对这些问题的深入了解将使薄膜沉积条件具有更好的可重复性 ,对薄膜的合成控制更加优良。
随着越来越多的超导化合物被引入薄膜材料的范畴 ,人们需要进一步改进薄膜的合成和表征技术。
在薄膜的成核、生长和界面方面 ,应实现原子级的控制 ,最终目标是在如绝缘 -超导这种多层异质结构中制造出洁净的界面。
4.超导材料的应用强电应用4.1.1 超导输电电缆我国电力资源和负荷分布不均,因此长距离、低损耗的输电技术显得十分迫切。
超导材料由于其零电阻特性以及比常规导体高得多的载流能力,可以输送极大的电流和功率而没有电功率损耗。
超导输电可以达到单回路输送GVA级巨大容量的电力,在短距离、大容量、重负载的传输时,超导输电具有更大的优势。
低温超导材料应用时需要液氦作为冷却剂,液氦的价格很高,这就使低温超导电缆丧失了工业化应用的可行性。
若使用高温超导材料作为导电线芯制造成超导电缆,就可以在液氮的冷却下无电阻地传送电能。
高温超导电缆的出现使超导技术在电力电缆方面的工业应用成为可能。
目前,市场上可以得到并可用来制造高温超导电缆的材料主要是银包套铋系多芯高温超导带材,其临界工程电流密度大于10kA/cm2。
高温超导电缆以其尺寸较小、损耗低、传输容量大的优势,可用于地下电缆工程改造,以高温超导电缆取代现有的常导电缆,可增加传输容量。
高温超导电缆另一重要应用场合是可在比常导电缆较低的运行电压下将巨大的电能传输进入城市负荷中心。
由于交流损耗的缘故,利用高温超导材料制备直流电缆比制备交流电缆更具优势。
利用超导技术,通过设计实用的直流传输电缆和有效的匹配系统,从而实现高效节能低压大容量直流电力输系统。
图1 CD高温超导电缆示意图美国是最早发展高温超导电缆技术的国家。
1999年底,美国outhwire公司、橡树岭国家试验室、美国能源部和IGC公司联合开发研制了长度为30m、三相、的冷绝缘高温超导电缆,并于2000年在电网试运行,向高温超导技术实用化迈出了坚实的一步。
目前,世界上报道的能制备百米量级长度的超导电缆仅有日本和美国。
在欧洲如法国、瑞典的电力公司有十米量级的超导电缆计划。
4.1.2超导变压器超导变压器一般都采用与常规变压器一样的铁芯结构,仅高、低压绕组采用超导绕组。
超导绕组置于非金属低温容器中,以减少涡流损耗。
变压器铁芯一般仍处在室温条件下。
超导变压器具有损耗低、体积小,效率高(可达99%以上)、极限单机容量大、长时过载能力强(可达到额定功率的2倍左右)等优点。
同时由于采用高阻值的基底材料,因此具有一定的限制故障电流作用。
一般而言,超导变压器的重量(铁芯和导线)仅为常规变压器的40%甚至更小,特别是当变压器的容量超过300MVA时,这种优越性将更为明显。
图2为美国Waukesha公司在1997年就研制了1MVA的超导变压器结构示意图。
图2超导变压器结构示意图4.1.3超导储能人类对电力网总输出功率的要求是不平衡的。
即使一天之内 ,也不均匀。
利用超导体 ,可制成高效储能设备。
由于超导体可以达到非常高的能量密度 ,可以无损耗贮存巨大的电能。
这种装置把输电网络中用电低峰时多余的电力储存起来 ,在用电高峰时释放出来 ,解决用电不平衡的矛盾。
美国已设计出一种大型超导储能系统 ,可储存5000 兆瓦小时的巨大电能 ,充放电功率为 1000 兆瓦 ,转换时间为几分之一秒 ,效率达 98 %,它可直接与电力网相连接 ,根据电力供应和用电负荷情况从线圈内输出,不必经过能量转换过程。
图3 超导储能器一次系统简图4.1.4超导电机在大型发电机或电动机中 ,一旦由超导体取代铜材则可望实现电阻损耗极小的大功率传输。
在高强度磁场下 ,超导体的电流密度超过铜的电流密度 ,这表明超导电机单机输出功率可以大大增加。