超导材料的研究进展综述

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超导材料的新材料研究进展

超导材料的新材料研究进展

超导材料的新材料研究进展随着科技的不断进步和社会的不断发展,人们对于新材料的需求也越来越大。

一种被广泛研究和应用的新材料便是超导材料。

超导材料的特殊物理性质被认为具有巨大的发展潜力,在能源、电子技术、交通运输等领域都有广泛的应用前景。

本文将就超导材料的新材料研究进展进行综述。

一、何为超导材料?超导材料简单来说就是在一定的温度和电压条件下,材料表现出自身完全没有电阻、完全抵抗外加电场和磁场的特性。

这个零电阻状态可以持续很长时间,而且一旦进入了这个状态,电流可以在其中无限地循环,在传输能量和信息的过程中具有极高的能量效率。

超导材料的这种异常电学性质不仅在科学研究上具有重要意义,同时也对新能源设备的研发具有广泛的应用前景。

二、超导材料新材料研究进展1、高温超导材料的发现最初,人们只知道在极低的温度下才能出现超导效应,甚至还需要用到液氮这类低温物质,加工成本巨大、应用范围有限。

随着科技的发展和材料研究的不断深入,人们终于在1986年前后通过多种手段,用高压、微量掺杂等方法,在更高的温度下发现了超导物质,这种新型的超导材料被人们称之为高温超导材料。

其中最著名的是晶体状的红色(即铁基)和黄色(即铜氧化物)超导体系。

这一新材料的发现震动了整个物理学界,并获得了两位科学家的诺贝尔物理学奖。

2、铜氧化物超导材料铜氧化物超导材料是一种非常著名的高温超导材料,它的超导临界温度远高于传统的低温超导材料。

起初以为发现了新的高温超导材料会改变世界的面貌,但是实际应用时发现铜氧化物超导材料有着很多难以完全克服的问题,包括磁场效应、材料成分不稳定性等方面,目前均还没有找到好的解决方法。

但是,近期蓝色铜氧超导体系的发现与研究表明,新型的氧化钙铜(CaCuO2)材料在临界温度上可以达到甚至超过了铜氧化物超导体系,已经受到了广泛关注。

3、超导器件的应用迄今为止,超导材料的主要应用还是在实验室里,但是随着材料研究的不断深入,文献中出现了很多关于超导材料应用的研究。

超导材料的研究进展

超导材料的研究进展

超导材料的研究进展引言自1911年荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯首次发现超导现象以来,超导材料一直是物理学和材料科学领域的研究热点。

超导材料具有零电阻和完全抗磁性(迈斯纳效应)的特性,使其在能源、交通、医疗等领域具有广泛的应用前景。

然而,目前已知的超导材料大多需要在极低的温度下才能表现出超导性,这限制了其实际应用。

因此,研究高温超导材料和室温超导材料成为了科学家们的重要目标。

高温超导材料的发现与研究1986年,德国科学家贝特诺茨和美国科学家缪勒发现了La-Ba-Cu-O体系的高温超导材料,引起了全球范围内的研究热潮。

此后,科学家们陆续发现了Y-Ba-Cu-O、Bi-Sr-Ca-Cu-O 等高温超导体系,其中Y-Ba-Cu-O体系的超导转变温度达到了93K,是迄今为止发现的最高的超导转变温度。

高温超导材料的研究主要集中在以下几个方面:一是探索新的高温超导体系,以提高超导转变温度;二是研究高温超导材料的微观机制,以揭示其超导本质;三是优化高温超导材料的制备工艺,以提高其性能和应用价值。

室温超导材料的研究进展室温超导材料是指在常温下就能表现出超导性的材料,这将极大地推动超导技术的广泛应用。

然而,目前尚未发现真正的室温超导材料。

近年来,一些研究表明,通过高压、掺杂等手段,有可能实现室温超导。

例如,2015年,美国科学家报告称,他们在H2S体系中观察到了接近室温的超导迹象。

此外,一些新型二维材料,如石墨烯、黑磷等,也被认为具有潜在的室温超导特性。

总结与展望总之,超导材料的研究取得了一系列重要成果,但仍然面临着许多挑战。

未来,随着实验技术的进步和理论模型的完善,我们有理由相信,高温超导材料和室温超导材料的研究将取得更大的突破,为人类社会带来更广阔的应用前景。

在这个过程中,科学家们需要继续努力,不断探索新的材料体系,揭示超导的本质,为实现超导技术的广泛应用奠定坚实的基础。

超导材料研究进展

超导材料研究进展

超导材料研究进展超导材料是一种具有极低电阻的材料,它们可以在超低温下(通常在液氦的温度以下)表现出这一特征。

这对于很多应用领域来说非常有意义,如电力输送、电力存储、医疗成像等。

因此,随着技术的不断发展,越来越多的研究人员开始致力于超导材料的研究。

第一部分:目前最先进的超导材料在目前已知的超导材料中,镁二硼、铁基超导体和铜基超导体都是比较先进的材料。

镁二硼是一种非常简单的超导材料,由镁和硼组成。

它的关键在于硼的原子级别的杂质,这可以导致电子形成成对状态。

铁基超导体是由铁磁性、旋转涨落和超导效应等因素共同发展而来的,它集合了三个世界级的物理学领域,分别是物理学、化学和材料科学。

铜基超导体则是目前最广泛研究的一种超导材料。

它常常采用氧化铜和其他金属元素组成的复杂结构。

第二部分:超导服务多种应用领域超导材料可以为很多应用领域带来更好的性能和更低的成本。

其中,最为重要的领域之一就是能源领域。

针对电力输送领域,超导电缆可以显著减少能源损耗。

另外,超导材料可以被用来制造更高性能的发电机和变压器。

在电力存储领域,超导电池可以比传统电池存储更多的电力,并且用更短的时间寻找每一个电荷。

在医疗成像领域,MRI(磁共振成像)已经成为了一种非常重要的工具。

超导线圈是MRI成像的核心组成部分,可以为成像提供高质量的图像和高灵敏的探测能力。

第三部分:超导材料的研究成果近年来,超导材料的研究进展取得了很多成果。

例如,瑞典的科学家们发现,当超导材料暴露在人工合成的纳米结构之中时,它们的性能显著提高。

这种过程称为纳米结构化改性,可以导致超导材料的超导性能提高10倍以上。

丹麦研究人员也研发了一种基于细胞色素C的能量最小化技术,来开发新型的超导材料制造技术。

这种技术能够仿佛自然界进化一样创造出更好的超导材料。

包括斯克里普斯研究所在内的其他机构,也不断投入更多的资源来研究超导材料的工作原理和制造技术,以让超导材料更好地服务于应用领域。

总结:虽然超导材料的研究一直在持续,但在解决制造上的复杂性和保持超导材料在高温下的性能方面仍有很多的挑战。

超导材料的研究进展及应用

超导材料的研究进展及应用

超导材料的研究进展及应用超导材料是近年来科学研究与技术应用领域备受的一种材料。

随着科技的不断进步,超导材料的研究已经取得了显著的进展,并且在能源传输、医疗设备、交通等多个领域展现出了广泛的应用前景。

自1911年发现超导现象以来,科学家们对超导材料的研究从未停止过。

在理论方面,量子力学、固体物理等领域的理论不断发展,为超导材料的研究提供了强有力的支持。

在实验室方面,从早期低温超导体到高温超导体,再到如今的新型超导材料,研究者们不断突破技术难题,推动超导材料的研发和应用。

当前,超导材料研究主要集中在新型材料的探索以及超导机制的研究。

在新型材料方面,科研人员不断发掘具有高超导电性能的新材料,以替代传统的低温超导体。

在超导机制方面,研究者们致力于深入研究超导材料的微观机制,包括电子配对、库珀对的形成等,以推动超导材料的进一步应用。

近年来,超导材料领域的研究取得了一系列突破性成果。

新型高温超导材料的不断涌现,如铜氧化物超导体、铁基超导体等,使得超导材料的性能得到了显著提升。

在应用领域方面,超导材料已经成功应用于磁共振成像(MRI)、粒子加速器、磁悬浮列车等多个领域,为社会带来了巨大的经济效益。

展望未来,超导材料的研究将继续深入。

在理论方面,随着对超导机制的深入理解,有望发现更多具有超导性质的新型材料。

在应用方面,随着超导技术的不断成熟,超导材料将在更多领域得到广泛应用,如电力传输、储能、电子设备等。

随着技术的不断发展,超导材料的制造成本也将逐渐降低,使得超导技术的广泛应用成为可能。

超导材料作为一种具有重要应用价值的新型材料,其研究进展及应用前景广阔。

随着科学技术的不断发展,相信在不久的将来,超导材料将在更多领域发挥重要作用,为人类社会的发展带来更多福祉。

高温超导材料是一种具有优异导电性能和零电阻的材料,它在能源、通信、医疗、科学研究等领域具有广泛的应用前景。

自1911年发现超导现象以来,对高温超导材料与技术的研究已取得了重大进展。

超导材料的研究进展综述

超导材料的研究进展综述

超导材料的研究进展综述【摘要】:对超导材料进行了基本的说明,介绍了其基本特性,综述了超导材料的发展,阐明了超导材料的应用和研究展望【关键词】:超导现象基本临界参量各向同性约瑟夫森效应发展历史应用及应用前景研究展望一、定义具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。

现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。

二、超导材料的特性零电阻性超导材料处于超导态时电阻为零,能够无损耗地传输电能。

如果用磁场在超导环中引发感生电流,这一电流可以毫不衰减地维持下去。

这种“持续电流”已多次在实验中观察到。

超导现象是20世纪的重大发明之一。

科学家发现某物质在温度很低时,如铅在7.20K(-265.95摄氏度)以下,电阻就变成了零。

完全抗磁性超导材料处于超导态时,只要外加磁场不超过一定值,磁力线不能透入,超导材料内的磁场恒为零。

约瑟夫森效应两超导材料之间有一薄绝缘层(厚度约1nm)而形成低电阻连接时,会有电子对穿过绝缘层形成电流,而绝缘层两侧没有电压,即绝缘层也成了超导体。

当电流超过一定值后,绝缘层两侧出现电压U(也可加一电压U),同时,直流电流变成高频交流电,并向外辐射电磁波,其频率为,其中h为普朗克常数,e为电子电荷。

这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据同位素效应超导体的临界温度Tc与其同位素质量M有关。

M越大,Tc越低,这称为同位素效应。

例如,原子量为199.55的汞同位素,它的Tc是4.18开,而原子量为203.4的汞同位素,Tc为4.146开。

三、基本临界参量临界温度外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度,以Tc表示。

Tc值因材料不同而异。

已测得超导材料的最低Tc是钨,为0.012K。

到1987年,临界温度最高值已提高到100K左右。

临界磁场使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度,以Hc表示。

Hc 与温度T 的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2],式中H0为0K时的临界磁场。

超导体技术进展综述

超导体技术进展综述

超导体技术进展综述近年来,超导体技术取得了显著的进展,被广泛应用于能源传输、电子传输和磁共振成像等领域。

超导体的特殊性质使其在电阻、磁场和传输速度等方面具备优势,因此一直被科学家们探索和研究。

本文将对超导体技术的发展历程和最新进展进行综述。

首先,我们回顾一下超导体技术的起源和基本原理。

超导体是指在低温条件下,电阻消失并且能够完全追踪斯格米性质的材料。

超导体的原理可以通过两个重要的概念来解释:电子对和传导电子的库珀对。

在低温下,电子会以一对一对地形成库珀对,这些电子对之间不会发生碰撞,从而减少了电阻。

这一概念的提出为超导体技术的发展奠定了基础。

随着科技的进步,超导体技术不断取得突破。

首先,超导体在能源传输领域有着巨大的潜力。

由于超导体的低电阻特性,它可以有效地减少电能的损耗,并提高电能传输的效率。

超导体电缆已经被用于大规模的电力输电线路,比如中国的南光北输工程。

该工程采用了大规模的超导体电缆,将电能从西部的水力发电站输送到东部城市。

这一技术的应用使得电能传输的损耗大大减少,为能源的可持续发展做出了贡献。

其次,超导体在电子传输领域也取得了重要进展。

传统的电子器件在传输信号时会产生热耗散和信号衰减等问题,而超导体的零电阻特性可以有效地解决这些问题。

因此,超导体被广泛应用于高性能计算机、量子计算和通信系统等领域。

例如,IBM研究院已经成功地将超导体应用于量子计算机的传输线路,大大提高了量子计算的稳定性和可扩展性。

这一技术的突破为量子计算机的商业化应用提供了可能。

此外,超导体在磁共振成像领域也有着重要应用。

磁共振成像是一种非侵入性的医学成像技术,可以获得人体内部的高分辨率图像。

然而,磁共振成像需要强大的磁场来产生图像,而超导体的高磁场强度和低电阻特性使其成为理想的磁体材料。

现代的磁共振成像仪器都采用超导体磁体,可以提供更高的磁场强度和更精确的成像,从而提高了医学成像的质量和精度。

最近,超导体技术在新能源领域也取得了良好的进展。

新型超导材料的研究进展及其应用

新型超导材料的研究进展及其应用

新型超导材料的研究进展及其应用随着科技的不断进步,新型超导材料逐渐成为人们关注的焦点。

超导是一种具有物理特性的材料,它可以通过低温等特殊条件来实现无电阻电流输送。

这一特性使得超导材料在电力输送、医学成像、磁浮交通等方面具有巨大的应用前景。

而最新的超导材料研究进展,则为人们带来了无限的可能性和挑战。

一、新型超导材料的研究现状目前,超导材料的研究主要集中在高温超导体上。

高温超导体是指其超导转变温度高于液氮沸点(77K),常见的有YBaCuO、BiSrCaCuO等。

而低温超导体则是指其超导转变温度低于液氮沸点,工作温度需要使用液氦等更低温度的物质来实现超导。

但高温超导体的研究除了发掘新的物质外,更多的是在于提高其超导性能和解决其应用中遇到的问题,比如温度应力、制备难度等。

近年来,人们发现了一些新型超导材料,如铁系超导体、cuprate、碳系超导体等。

其中铁基超导体是当前研究热点,因其具有中等温度超导转变温度,而且制备工艺相对较简单。

二、新型超导材料的应用前景超导材料的应用前景巨大,涉及到许多领域。

在电力输送方面,利用超导材料可以大大降低电阻,提高电能利用效率,实现传输大功率电能的目的。

在交通运输方面,利用磁浮技术可以实现高速列车的运行。

通过磁悬浮的方式,车辆可以处于极低的摩擦状态,实现高速平稳运行。

而超导材料就是磁悬浮技术的核心,通过制备高性能的超导体,可以进一步提高磁悬浮列车的运行效率和安全性。

在医学成像方面,利用超导材料可以实现核磁共振成像技术(NMR)。

该技术可用于医学成像、分子、化学及材料科学等领域的研究。

采用超导体制作强大的磁场,将人体或物体置于其中,磁共振信号将得以捕捉到,从而实现相应的成像。

三、新型超导材料的发展挑战尽管新型超导材料的研究为超导技术应用带来了新的可能性,但同时也带来了许多挑战。

首先,新型超导材料的制备难度较大,在工艺上存在着技术难题。

另外,新型超导材料的应用过程中还存在一系列问题,比如超导体的稳定性、制备成本等问题。

新材料科学:超导体的研究进展

新材料科学:超导体的研究进展

新材料科学:超导体的研究进展超导体是一种在低温下表现出无电阻和完全抗磁性的材料,具有巨大的应用潜力。

自从超导现象首次被发现以来,科学家们一直在不断探索新的超导体材料,以期望找到更高温度下的超导体,从而推动超导体在能源传输、磁共振成像、电子器件等领域的广泛应用。

本文将介绍超导体的基本原理、传统超导体和高温超导体的研究进展,以及未来的发展方向。

超导体的基本原理是指在超导态下,材料的电阻突然消失,内部磁场被完全排斥,这是由于超导体中的电子形成了配对,使得电子之间没有散射,从而导致电阻为零。

超导体的临界温度是指材料转变为超导态所需的临界温度,通常情况下,超导体需要在极低的温度下才能表现出超导性,这也是超导体应用受限的主要原因之一。

传统超导体是指在液氦温度以下(临界温度一般在4K左右)表现出超导性的材料,如铅、铌等。

这些传统超导体虽然在实验室中已经取得了很多成功,但是由于其需要极低的温度才能实现超导,限制了其在实际应用中的推广。

因此,科学家们开始寻找更高温度下的超导体,即高温超导体。

高温超导体是指在液氮温度以下(临界温度在77K以上)表现出超导性的材料,如YBCO、Bi-2212等。

相比传统超导体,高温超导体具有更高的临界温度,使得其在液氮温度下就能实现超导,这大大降低了制冷成本,提高了超导体的实用性。

目前,高温超导体已经在磁共振成像、超导电缆等领域得到了广泛应用。

近年来,随着材料科学的发展,科学家们不断探索新的超导体材料,希望找到更高临界温度的超导体,甚至在室温下实现超导。

一些铁基超导体和镁铝硅等新型材料被发现具有潜在的超导性,这为超导体的研究开辟了新的方向。

此外,人工合成超导体、纳米结构超导体等也成为当前研究的热点,这些新材料的出现为超导体的发展带来了新的希望。

未来,超导体的研究方向将主要集中在提高临界温度、提高超导体的制备工艺、探索新型超导体材料等方面。

随着材料科学和凝聚态物理学的不断发展,相信超导体在能源、电子、医疗等领域的应用将会更加广泛,为人类社会的发展带来新的机遇和挑战。

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超导材料的研究进展综述【摘要】:对超导材料进行了基本的说明,介绍了其基本特性,综述了超导材料的发展,阐明了超导材料的应用和研究展望【关键词】:超导现象基本临界参量各向同性约瑟夫森效应发展历史应用及应用前景研究展望一、定义具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。

现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。

二、超导材料的特性零电阻性超导材料处于超导态时电阻为零,能够无损耗地传输电能。

如果用磁场在超导环中引发感生电流,这一电流可以毫不衰减地维持下去。

这种“持续电流”已多次在实验中观察到。

超导现象是20世纪的重大发明之一。

科学家发现某物质在温度很低时,如铅在7.20K(-265.95摄氏度)以下,电阻就变成了零。

完全抗磁性超导材料处于超导态时,只要外加磁场不超过一定值,磁力线不能透入,超导材料内的磁场恒为零。

约瑟夫森效应两超导材料之间有一薄绝缘层(厚度约1nm)而形成低电阻连接时,会有电子对穿过绝缘层形成电流,而绝缘层两侧没有电压,即绝缘层也成了超导体。

当电流超过一定值后,绝缘层两侧出现电压U(也可加一电压U),同时,直流电流变成高频交流电,并向外辐射电磁波,其频率为,其中h为普朗克常数,e为电子电荷。

这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据同位素效应超导体的临界温度Tc与其同位素质量M有关。

M越大,Tc越低,这称为同位素效应。

例如,原子量为199.55的汞同位素,它的Tc是4.18开,而原子量为203.4的汞同位素,Tc为4.146开。

三、基本临界参量临界温度外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度,以Tc表示。

Tc值因材料不同而异。

已测得超导材料的最低Tc是钨,为0.012K。

到1987年,临界温度最高值已提高到100K左右。

临界磁场使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度,以Hc表示。

Hc 与温度T 的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2],式中H0为0K时的临界磁场。

临界电流和临界电流密度通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破态而转变为正常态,以Ic表示。

Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。

单位截面积所承载的Ic称为临界电流密度,以Jc表示。

超导材料的这些参量限定了应用材料的条件,因而寻找高参量的新型超导材料成了人们研究的重要课题。

以Tc为例,从1911年荷兰物理学家H.开默林-昂内斯发现超导电性(Hg,Tc=4.2K)起,直到1986年以前,人们发现的最高的Tc 才达到23.2K(Nb3Ge,1973)。

1986年瑞士物理学家K.A.米勒和联邦德国物理学家J.G.贝德诺尔茨发现了氧化物陶瓷材料的超导电性,从而将Tc提高到35K。

之后仅一年时间,新材料的Tc已提高到100K左右。

这种突破为超导材料的应用开辟了广阔的前景,米勒和贝德诺尔茨也因此荣获1987年诺贝尔物理学奖金。

四、超导材料的分类超导元素在常压下有28种元素具超导电性,其中铌(Nb)的Tc最高,为9.26K。

电工中实际应用的主要是铌和铅(Pb,Tc=7.201K),已用于制造超导交流电力电缆、高Q值谐振腔等。

合金材料超导元素加入某些其他元素作合金成分,可以使超导材料的全部性能提高。

如最先应用的铌锆合金(Nb-75Zr),其Tc为10.8K,Hc为8.7特。

继后发展了铌钛合金,虽然Tc稍低了些,但Hc高得多,在给定磁场能承载更大电流。

其性能是Nb-33Ti,Tc=9.3K,Hc=11.0特;Nb-60Ti,Tc=9.3K,Hc=12特(4.2K)。

目前铌钛合金是用于7~8特磁场下的主要超导磁体材料。

铌钛合金再加入钽的三元合金,性能进一步提高,Nb-60Ti-4Ta的性能是,Tc=9.9K,Hc=12.4特(4.2K);Nb-70Ti-5Ta的性能是,Tc=9.8K,Hc=12.8特。

超导化合物超导元素与其他元素化合常有很好的超导性能。

如已大量使用的Nb3Sn,其Tc=18.1K,Hc=24.5特。

其他重要的超导化合物还有V3Ga,Tc=16.8K,Hc=24特;Nb3Al,Tc=18.8K,Hc=30特。

超导陶瓷20世纪80年代初,米勒和贝德诺尔茨开始注意到某些氧化物陶瓷材料可能有超导电性,他们的小组对一些材料进行了试验,于1986年在镧-钡-铜-氧化物中发现了Tc=35K的超导电性。

1987年,中国、美国、日本等国科学家在钡-钇-铜氧化物中发现Tc处于液氮温区有超导电性,使超导陶瓷成为极有发展前景的超导材料。

五、超导材料研究历史1911年,荷兰科学家海克·卡末林·昂内斯用液氦冷却汞,当温度下降到绝对温标4.2K时水银的电阻完全消失,这种现象称为超导电性,此温度称为临界温度。

根据临界温度的不同,超导材料可以被分为:高温超导材料和低温超导材料。

但这里所说的「高温」,其实仍然是远低於冰点摄氏0℃的,对一般人来说算是极低的温度。

1933年,迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现,如果把超导体放在磁场中冷却,则在材料电阻消失的同时,磁感应线将从超导体中排出,不能通过超导体,这种现象称为抗磁性。

经过科学家们的努力,超导材料的磁电障碍已被跨越,下一个难关是突破温度障碍,即寻求高温超导材料。

1973年,发现超导合金――铌锗合金,其临界超导温度为23.2K,这一记录保持了近13年。

1986年,设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物(镧钡铜氧化物)具有35K的高温超导性。

此后,科学家们几乎每隔几天,就有新的研究成果出现。

1986年,美国贝尔实验室研究的超导材料,其临界超导温度达到40K,液氢的“温度壁垒”(40K)被跨越。

1987年,中国科学家赵忠贤以及美国华裔科学家朱经武相继在钇-钡-铜-氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上,液氮的“温度壁垒”(77K)也被突破了。

1987年底,铊-钡-钙-铜-氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。

从1986-1987年的短短一年多的时间里,临界超导温度提高了近100K。

2001年,二硼化镁(MgB2)被发现其超导临界温度达到39K [1]。

此化合物的发现,打破了非铜氧化物超导体(non-cuprate superconductor)的临界温度纪录。

1990至2000年代,具ZrCuAsSi结构的稀土过渡金属氮磷族化合物(rare-earth transition-metal oxypnictide, ReTmPnO)陆续被发现[2] [3]。

但并未有人发现其中的超导现象。

2008年,日本的Hideo Hosono团队发现在铁基氮磷族氧化物(iron-based oxypnictide中,将部份氧以掺杂的方式用氟作部份取代,可使LaFeAsO1-xFx的临界温度达到26K[4],在加压後(4 GPa)甚至可达到43K[5]。

其後,中国的闻海虎团队,发现在以锶取代稀土元素之後,La1-xSrxFeAsO亦可达到临界温度25K[6]。

其後,中国的科学家陈仙辉、赵忠贤等人,发现将镧以其他稀土元素作取代,则可得到更高的临界温度;其中,SmFeAs[O0.9F0.1]可达55K[7] [8]。

另外,将铁以钴取代(LaFe1-xCoxAsO),稀土元素以钍取代(Gd1-xThxFeAsO),或是利用氧缺陷(LaFeAsO1-δ)等方式,也都可以引发超导[9] [10] [11]。

此系统亦被简称为「1111系统」。

此化合物的发现,非但再度打破了由MgB2保持的非铜氧化物超导体(non-cuprate superconductor)的临界温度纪录,其含铁却有超导的特性也受人注目。

同样在2008年,受到上述「1111系统」的启发,ThCr2Si2结构的硷土金属氮磷族化合物(ATm2Pn2)亦被发现,在将BaFe2As2中将硷土金属(IIA)以硷金属(IA)部分取代,亦可得到临界温度约30至40K的高温超导体,如Ba1-xKxFe2As2(38 K)[12]。

此系统亦被简称为「122系统」。

如同氧化物超导体,「1111」与「122」系统的超导来源也是由层状结构中的FeAs层贡献,藉由不同价数的离子掺杂或是氧缺陷,可提升FeAs层载子的浓度,进而引发超导。

六、超导材料的应用超导材料可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。

目前超导量子干涉仪(SQUID)已经产业化。

另外,作为低温超导材料的主要代表NbTi合金和Nb3Sn,在商业领域主要应用于医学领域的MRI(核磁共振成像仪)。

作为科学研究领域,已经应用于欧洲的大型项目LHC项目,帮助人类寻求宇宙的起源等科学问题。

超导电性的实际应用从根本上取决于超导材料的性能。

与实用低温超导材料相比,高温超导材料的最大优势在于它应用于液氮温区。

20世纪90年代,随着第一代Bi系高温超导材料的商业化,美国、日本、欧洲和中国等国和相关大公司都投入大量的人力和资金,开展高温超导电力应用研究,相继开展了超导电机、超导变压器、超导输电电缆和超导储能装置等的研究,并取得了许多实质性的进展。

1.电流引线:在给低温环境下工作的超导磁体和电力设备供电时,由低温到高温之间的电流引线会消耗许多液氦。

高温超导体由于临界温度高,热导率低,可以在超导态下给磁体供电,从而把由低温区到高温区的热漏减少到了极小的程度。

目前用作电流引线的材料主要有Bi-2212及Bi-2223的棒、管和带材、以及熔融法YBCO棒材。

目前电流引线已成功地用于微型致冷机冷却的NbTi及Nb3Sn磁体系统,第一次实现了不需用液氦的超导磁体应用。

2.磁体:高温超导磁体在MRI、NMR、磁悬浮列车、磁分离技术、高能加速器、磁性扫雷技术和磁流体推动技术等方面有重要的应用价值。

美国超导体(AMSC)公司研制了一个利用机械致冷机冷却的高温超导磁体,在27 K零外场下能产生2.16 T的磁场。

最近,日本住友电工将Bi系多芯带绕制的四双饼高温超导磁体插入NbTi及Nb3Sn组合磁体中,在4.2K产生了常规低温超导体无法实现的24T 的磁场,已能满足1GHz核磁共振磁体要求。

Bi-2212线材绕制线圈和磁体是目前研究的重点之一。

Bi-2212具有较高的临界温度,用这种材料绕制的磁体具有高的稳定性和可靠性,因此,这种磁体能够在广阔的范围内得到应用。

3.输电电缆:高温超导电缆具有体积小、重量轻、损耗低和传输容量大的优点,从20世纪90年代起,美国、日本和丹麦等国都相继开展这方面的研究,并进行示范性实验。

2004年,日本东京电力公司研制出500m长、77kV/1kA单芯高温超导电缆。

2004年l2月,中国科学院电工研究所与甘肃长通电缆公司等合作研制成功75m、10.5 kV/1.5kA交流高温超导电缆,并接入到甘肃长通电缆公司6kV配电网中向车间供电运行,如图2所示。

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