超导及超导材料的应用
超导体的优点及应用
超导体的优点及应用超导体是一种在低温下能够表现出电阻为零的材料，具有许多优点和广泛的应用。
以下是对超导体的优点及应用的详细介绍：1.电阻为零：超导体在零下临界温度以下，电流通过时，能够表现出电阻为零的特性。
这意味着超导体可以传输电流而不会产生能量损失，节约能源损耗。
2.高电流密度：超导体在零阻态下可以传输高电流密度，大大优于传统金属导体。
这使得超导体在电力传输和能源存储方面具有重要应用。
3.强磁性：超导体在零阻态下能够承受很高的磁场，是最强大的永磁体。
利用超导体制成的超导磁体可以产生极高的磁场，用于医学成像、核磁共振等领域。
4.高频性能优良：超导体的高频性能优于传统材料，使其广泛应用于通信领域和微波器件。
5.高灵敏度：超导器件对外界的微小变化非常敏感，可以用于高灵敏度测量和传感器。
超导体的应用：1.能源传输：利用超导体的零电阻特性，可以大大减少电能转换的损耗。
超导电缆可以传输大量的电流，并且不会产生热量损耗，可用于高能粒子加速器、电力输电等领域。
2.能源存储：超导磁体可以用于能量的储存和释放。
储能装置利用超导体的零电阻特性和高电流密度，将能量存储在超导线圈中，并在需要时释放出来，用于调节电网稳定性和峰谷平衡。
3.磁共振成像：超导磁体可以产生非常强的恒定磁场，用于核磁共振成像（M R I）、磁共振成像（M R S）和核磁共振光谱仪（N M R）。
这些技术在医学诊断和科学研究中被广泛应用。
4.磁悬浮交通：超导体的磁场排斥性质可以应用于磁悬浮交通系统中，实现无摩擦悬浮、高速运输。
磁悬浮技术已经在一些城市的高铁项目中得到了应用。
5.加速器和粒子物理研究：超导磁体通常用于粒子加速器，用来产生强大的磁场，加速粒子以进行研究。
这是现代粒子物理学研究中必不可少的工具。
6.通信和微波器件：超导体的高频性能优良，用于制造微波滤波器、功率放大器等通信器件。
7.科学研究：超导体的独特性质使其成为科学研究中的重要工具。
例如，在凝聚态物理、超导物理、低温物理等领域中，用超导体来研究新的物理现象和性质。
超导技术及其应用
日本的超导磁悬浮列车
总结词
高速、环保、节能
详细描述
日本的超导磁悬浮列车是世界上最快的地面交通工具之一，它利用超导磁悬浮技术，实现了列车的高速运行，同 时具有环保、节能的优点。
核磁共振成像仪（MRI）
总结词
医学诊断、无创检测
详细描述
核磁共振成像仪是一种利用超导磁场的医学检测设备，可以对人体进行无创、无痛、无辐射的检测， 为医学诊断提供了重要的技术支持。
04
超导技术的挑战与前景
超导技术的挑战
温度限制
01
超导材料需要在极低的温度下才能表现出超导性，这增加了技
术实现的难度和成本。
稳定性问题
02
超导材料在失去超导状态时会产生巨大的能量损失，如何保持
超导状态的稳定性是亟待解决的问题。
磁场限制
03
超导材料在强磁场下会失去超导性，限制了其在高磁场环境中
的应用。
超导量子计算机
总结词
计算能力、量子计算
详细描述
超导量子计算机是一种利用超导材料和超导线圈实现的量子 计算机，具有强大的计算能力和高度的可扩展性，是当前量 子计算领域的研究热点之一。
高温超导电缆
总结词
高效、节能、环保
详细描述
高温超导电缆是一种利用高温超导材 料传输电能的电缆，具有高效、节能、 环保等优点，可以降低能源损耗和减 少对环境的影响。
生物磁场测量
超导量子干涉器件（SQUID）可以灵敏地测量生物体的微弱磁场，用于生物磁 场测量和神经科学研究。
电子学与量子计算
超导电路
利用超导材料和电路制作的微波器件具有高性能和高稳定性，是现代电子学的重 要分支。
量子计算
超导量子比特是量子计算领域的重要研究方向，利用超导材料和结构实现可扩展 的量子计算。
超导材料用途
超导材料用途
超导材料是一种特殊的材料，具有零电阻和完美的磁场屏蔽性能。
这种材料在许多领域都有广泛的应用，包括能源、医疗、交通、通信等。
下面我们来看看超导材料的具体用途。
1. 能源
超导材料在能源领域的应用主要是用于制造超导电缆和超导磁体。
超导电缆可以将电能输送到更远的地方，减少能源损失，提高能源利用率。
超导磁体可以用于制造核磁共振仪、磁悬浮列车等设备，提高能源利用效率。
2. 医疗
超导材料在医疗领域的应用主要是用于制造核磁共振仪。
核磁共振仪是一种非常重要的医疗设备，可以用于诊断和治疗多种疾病，如肿瘤、心脏病等。
超导材料可以制造高强度的磁体，提高核磁共振仪的分辨率和灵敏度。
3. 交通
超导材料在交通领域的应用主要是用于制造磁悬浮列车。
磁悬浮列车是一种高速、低噪音、低能耗的交通工具，可以大大缩短城市之间的距离，提高交通效率。
超导材料可以制造高强度的磁体，提高磁悬浮列车的速度和稳定性。
4. 通信
超导材料在通信领域的应用主要是用于制造微波滤波器和天线。
微波滤波器可以用于过滤无线电信号，提高通信质量。
超导材料可以制造高品质的微波滤波器，提高通信效率。
天线是无线通信的重要组成部分，超导材料可以制造高效的天线，提高通信距离和速度。
超导材料在许多领域都有广泛的应用，可以提高能源利用效率、医疗诊断效果、交通效率和通信质量。
随着科技的不断发展，超导材料的应用前景将会越来越广阔。
超导材料的应用举例
超导材料的应用举例
超导体的应用有：强电应用；弱电应用；抗磁性应用。
超导材料，是指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。
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。
1、强电应用
超导发电机：目前，超导发电机存有两种含义。
一种含义就是将普通发电机的铜绕组改成超导体绕组，以提升电流密度和磁场强度，具备发电容量大、体积小、体积小、电抗大、效率高的优势。
2、弱电应用
超导计算机：高速计算机建议集成电路芯片上的元件和连接线密集排序，但密集排序的电路在工作时会出现大量的热，而散热器就是超大规模集成电路遭遇的难题。
3、抗磁性应用
超导磁悬浮列车：利用超导材料的抗磁性，将超导材料放到一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线无法沿着超导体，磁体和超导体之间可以产生排斥力，并使超导体漂浮在磁体上方。
超导体的基本特性：
1、全然导电性
完全导电性又称零电阻效应，指温度降低至某一温度以下，电阻突然消失的现象。
完全导电性适用于直流电，超导体在处于交变电流或交变磁场的情况下，会出现交流损耗，且频率越高，损耗越大。
2、全然抗磁性
完全抗磁性又称迈斯纳效应，“抗磁性”指在磁场强度低于临界值的情况下，磁力线无法穿过超导体，超导体内部磁场为零的现象，“完全”指降低温度达到超导态、施加磁场两项操作的顺序可以颠倒。
3、通量量子化
通量量子化又称约瑟夫森效应，指当两层超导体之间的绝缘层薄至原子尺寸时，电子对可以穿过绝缘层产生隧道电流的现象，即在超导体（superconductor）—绝缘体（insulator）—超导体（superconductor）结构可以产生超导电流。
超导物理和超导材料的研究和应用
超导物理和超导材料的研究和应用1. 超导物理1.1 超导现象超导现象是指在低温条件下，某些材料的电阻突然下降到零的现象。
这个现象最早由荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯在1911年发现。
他在实验中发现，汞的电阻在温度降至4.2K（-268.95℃）时突然下降到零。
随后，其他物理学家也发现了许多其他材料也具有这种特性。
1.2 超导机制超导现象的机制至今尚未完全解释清楚，但目前主要有两种理论：BCS理论和库珀对理论。
1.BCS理论：1956年，美国物理学家约翰·巴丁、列昂·库珀和罗伯特·施里弗提出了BCS理论，该理论认为，超导现象是由于金属中的电子与lattice（晶格）振动相互作用的结果。
在低温下，电子与晶格振动形成了一种叫做库珀对的电子配对，这些库珀对可以在没有电阻的情况下通过材料。
2.库珀对理论：1962年，美国物理学家约翰·库珀提出了库珀对理论，该理论从微观角度解释了超导现象。
库珀认为，在低温下，金属中的电子会与晶体中的空穴形成稳定的配对，即库珀对。
这些库珀对在超导材料中可以无阻力地移动，从而实现了超导现象。
1.3 超导临界温度超导临界温度是指材料从正常态转变为超导态的温度。
不同材料的超导临界温度不同，有的材料的超导临界温度很高，有的则很低。
目前发现的最高温超导材料临界温度为135K（-208.15℃），由我国科学家发现。
2. 超导材料2.1 传统超导材料传统超导材料主要是指铜、铅、铝等金属及其合金。
这些材料具有较高的临界磁场和临界电流密度，但在室温下的超导性能较差。
2.2 高温超导材料高温超导材料是指在液氮温度（77K）以上仍具有超导性能的材料。
高温超导材料的发现极大地推动了超导技术的发展，使得超导应用领域更加广泛。
目前研究较多的高温超导材料主要有氧化物超导体系、铁基超导体系和铜基超导体系。
2.3 超导材料的制备方法超导材料的制备方法主要有以下几种：1.熔融法：将超导材料的前驱体熔融，然后冷却固化，得到超导材料。
超导材料的应用领域
超导材料的应用领域
超导材料是指在特定温度下电阻为零的材料，其应用领域非常广泛。
以下是超导材料的几个主要应用领域：
1. 磁共振成像(MRI)
MRI是医学领域中非常重要的一项技术，它能够帮助医生观察人体内部的结构和器官。
超导材料的磁性极强，可以用来制造MRI中的磁体。
2. 磁浮列车
磁浮列车可以通过磁悬浮技术来使列车离地运行，从而大幅度提高列车的速度。
超导材料在磁浮列车中可以用来制造轨道和磁悬浮吸盘。
3. 能源传输
超导材料的电阻为零，可以用来制造高效的电能传输线路。
这样的传输线路可以减少电力损耗，提高能源利用率。
4. 核磁共振(NMR)
NMR是一种化学分析技术，它可以用来确定物质的结构和组成。
超导材料也可以用来制造NMR中的磁体。
5. 磁能存储
超导材料可以用来制造磁能存储装置，用于储存电能。
这样的装置可以在电力高峰期释放储存的能量，以平衡电网负荷。
总的来说，超导材料具有广泛的应用前景，未来随着技术的不断发展，其应用领域还将不断拓展。
超材料和超导材料的研究和应用
超材料和超导材料的研究和应用当我们谈论未来的科技发展时，拥有超材料和超导材料的世界是一个振奋人心的前景。
超材料和超导材料的研究和应用领域涉及未来的磁共振成像、超导电气行业、量子计算以及高性能传感器等领域。
这些材料的特殊性质使得它们在许多领域具有无限可能性，而这也吸引着研究人员来深入探索它们的内在结构和应用。
超材料是一种人工制造的材料，它们结构异常复杂，由底部的小控制元件组成。
在这些控制元件中，一些特殊的电磁性质被赋予给了材料，从而使得这些材料对光和电波等相关信号作出响应时具有奇特的反应方式。
这些特别的材料被应用于制作新型电子器件、高频谐振器件和一些新型传感器、探测器等设备。
而超导材料则是另一种材料，具有许多不同之处。
超导材料的电阻几乎为零，这使得它们具有非常独特的电学和磁学特性。
这种材料被广泛用于制造磁共振成像设备、超导电气设备、风力发电机等。
同时，还有一些科学家正在试图将超导材料应用在量子计算机的硬件方面，因为这些材料具有超高的能源传输效率及电子传输速率。
研究和应用这两种材料的过程是十分有挑战性的，因为它们的性质和结构都异常复杂。
然而，对于材料科学家和电子学家来说，深入探索这些材料的特性和本质是非常有价值的，因为在这些探索之中，他们可能会发现更多令人惊讶的物理现象，这些物理现象可能会被用于制造更好的设备或者解决一些更复杂的问题。
除此之外，还有一些关于超材料和超导材料的趣味事实值得提到。
例如，当我们谈论它们对光的性质时，超材料经常会被认为可以使得物体看起来像是“不可见”或者“隐形”。
如果它们被正确地设计，则可以使得光线在经过时无视物体本身的存在，而直接穿过它们。
这使得超材料在军事等领域中被广泛运用，例如在隐形飞机的制造上。
未来的发展是无法预料的，但是当谈及科技和材料领域的进步时，我们可以肯定的是，超材料和超导材料将会越来越重要。
这些材料的研究和应用，将有助于推动能源转化、通信技术、数据分析等众多领域的发展，为我们带来更好的生活品质和更广泛的知识面。
超导材料的种类及应用文库
超导材料的种类及应用文库超导材料是指在低温下具有零电阻和完全磁场排斥现象的材料。
根据其不同的化学成分和结构，可以将超导材料分为不同的种类。
下面将详细介绍几种常见的超导材料及其应用。
1. 金属超导体：金属超导体是超导材料中最早被发现和研究的一类。
代表性的金属超导体有铅、锡、汞等。
金属超导体的电阻在超导转变温度以下会突然消失，且它们的临界温度相对较低，通常在几开尔文以下。
由于金属超导体主要用于低温实验和超导磁体制造，其实际应用领域相对较小，但铅超导体广泛应用于超导电子元器件和低温实验领域。
2. 陶瓷氧化物超导体：陶瓷氧化物超导体是指由多种金属氧化物组成的复合材料，如铜氧化物、钡氧化物和镧系氧化物等。
相较于金属超导体，陶瓷氧化物超导体的临界温度更高（一般在20-135开尔文之间），同时具有较高的临界电流密度和强磁场耐受能力。
这使得陶瓷氧化物超导体在电能输送、强磁场技术、医学成像等领域有着广泛的应用。
例如，钇钡铜氧化物超导体常被用于制造超导电缆和电力设备，铁基超导体被用于开发高温超导电磁材料。
3. 铜氧化物和铁基超导体：铜氧化物超导体是目前研究最为广泛的一类超导材料。
这些材料的超导转变温度较高，一些铜氧化物超导体的临界温度甚至高达133开尔文。
铜氧化物超导体具有高临界电流密度和超导性能稳健性，因此在电力输运和能源领域有着重要的应用潜力。
相比之下，铁基超导体是近年来新发现的一类具有高温超导性的材料。
铁基超导体的临界温度也相对较高，且电子结构更为复杂，因此其超导机制仍在研究中。
铁基超导体在能源转换、磁性材料和电子器件等领域显示出巨大的应用潜力。
总之，超导材料种类繁多，其中金属超导体、陶瓷氧化物超导体、铜氧化物超导体和铁基超导体是最常见和重要的几类。
这些超导材料在电力输送、能源转换、磁性材料、电子器件和低温实验等领域都有着重要的应用。
随着对超导理论和材料研究的不断深入，相信超导技术将在更多领域得到应用和推广。
大学物理中的超导现象超导材料的特性与应用
大学物理中的超导现象超导材料的特性与应用超导现象是指在低温下，某些材料的电阻突然降为零的现象。
这是由于超导材料的电子在低温下能够形成一种特殊的电子对，称为库伯对，这种电子对能够无阻碍地通过材料，从而使得电阻消失。
超导材料具有以下几个主要特性：1. 零电阻：超导材料在超导态下电阻为零，电流可以在材料内部自由流动而不损失能量。
这使得超导材料在电力输送和电子元件中具有极高的应用价值。
通过利用超导材料，电力输送的效率能够大大提高，减少能量损耗。
2. 完全反磁性：超导材料在超导态下表现出完全的反磁性，即能够将外部磁场完全排斥。
这个特性使得超导材料在磁共振成像、磁悬浮等领域得到广泛应用。
3. 邻近效应：超导材料在临界温度附近具有邻近效应，即在超导态和正常态之间存在过渡区域，该区域内电阻的大小随温度的改变而变化。
这种邻近效应可以用来制作超导量子干涉仪和超导量子比特等量子器件。
除了以上的特性，超导材料在磁场中还具有潜在的应用价值。
在高磁场条件下，超导材料可以产生巨大的电流密度，这使得它们在磁体领域得到广泛应用。
超导材料可以制作超导电磁铁，用于医学成像、粒子加速器等领域。
此外，超导材料还可以制作超导电缆、超导发电机等设备，用于实现更高效的能源转换和储存。
超导材料的应用还包括超导传感器、超导量子干涉仪、超导量子计算机等等，这些应用在量子信息科学、精密测量等领域有广泛的前景。
总结起来，大学物理中的超导现象是一种令人着迷的现象。
超导材料具有零电阻、完全反磁性和邻近效应等特性，可以在电力输送、电子元件、磁体、量子器件等领域得到广泛应用。
超导材料的研究和应用对于推动科学技术的发展具有重要意义。
超导材料的种类及应用
超导材料的种类及应用超导材料是指在低温下具有零电阻和完全排斥磁场的材料。
超导技术的发展已经给能源输送、医学成像、科学研究等领域带来了巨大的影响。
本文将介绍几种常见的超导材料以及它们的应用。
1.铜氧化物超导材料：铜氧化物超导材料是目前研究和应用最广泛的一类超导材料。
其中，最具代表性的是YBCO（Yttrium Barium Copper Oxide），属于高温超导材料。
它的临界温度（超导转变温度）可达到约90K。
铜氧化物超导材料具有较高的临界电流密度和强的非线性电阻特性，因此在电力输送和电能储存方面有着广泛的应用。
此外，它们还可用于高灵敏度的磁场测量、磁共振成像（MRI）等医学领域。
2.铁基超导材料：铁基超导材料是近年来发现的一类新型超导材料。
与铜氧化物超导材料相比，铁基超导材料的临界温度更高，达到了约56K。
铁基超导材料具有优异的物理性质，如高临界电流密度、可调控的电子结构等，在电力输送和电子器件领域有很大的应用潜力。
此外，铁基超导材料也在能源领域得到了广泛关注，如超导发电机和超导电缆系统。
3.镁二硼超导材料：镁二硼超导材料是一种金属间化合物，也被称为MgB2、它是一种低温超导材料，其临界温度约为39K。
镁二硼超导材料具有较高的临界电流密度、较低的制备成本和简单的制备工艺，因此在超导材料的实际应用中具有重要地位。
它被广泛应用于电力输送、电机和变压器等领域。
4.银钴超导材料：银钴超导材料是低温超导材料，其临界温度约为6K。
银钴超导材料的超导特性非常稳定，具有优良的电磁性能和耐磨性能，因此在超导电磁体和磁悬浮等领域有着广泛的应用。
总结起来，超导材料的种类丰富多样，在能源输送、医学成像、科学研究等领域都有重要应用。
虽然超导材料的制备和应用仍面临一些挑战，但随着技术的不断进步，超导材料的应用前景十分广阔。
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超导及超导材料的应用
超导是超导电性的简称,是指某些物体当温度下降至一定温度时,电阻突然趋近于零的现象。
具有这种特性的材料称为超导材料.自超导发现至今,超导的研究和超导材料的研制已迅速发展,超导的临界温度已从开始的几开升至几十开甚至一百多开。
但人们相信,随着超导材料临界温度的提高和材料加工技术的发展,它将会在许多高科技领域获得重要应用。
关键词:超导,超导材料,临界温度
超导是超导电性的简称,是指某些物体当温度下降至一定温度时,电阻突然趋近于零的现象。
具有这种特性的材料称为超导材料.自超导发现至今,超导的研究和超导材料的研制已迅速发展,超导的临界温度已从开始的几开升至几十开甚至一百多开;而且超导材料的物质结构及性质已逐渐研究清楚。
以液态氮温度下低温超导材料的研究与发展获得了成功,且已实现商品化,在医疗、电子输送、运输等方面获得应用;高温超导材料的发现,是最近几十年来物理学及材料科学领域中的重大突破之一,已引起全世界广泛关注,各国众多科学工作者参与超导的研究与发展工作,人们将很快会感受到它给社会带来的巨大变革。
1 超导材料的研究进展
1911年一个叫昂尼斯的荷兰物理学家做了一个试验,他把水银冷却到-40℃时,亮晶晶的液体水银像“结冰”一样变成了固体,然后,他把水银拉成细丝,并继续降低温度,同时测量不同温度下固体水银的电阻。
当他把温度降到绝对温度4K(相当于-269℃)时,一个奇怪的现象出现了,即水银的电阻突然变成了零。
这个奇怪现象不仅昂尼斯自己很感意外,而且轰动了物理学界,后来科学家把这个现象叫超导现象,把电阻等于零的材料叫超导材料。
昂尼斯和许多科学家后来又发现了28种超导元素和8000多种超导化合物。
但出现超导现象时的温度大都接近绝对零度,也就是-273℃的极低温,没有太大的实用可能性和经济价值。
为了寻找可在比较高的温度下有超导现象的材料,世界上无数科学家为之奋斗了近60年,直到1973年,英美一些科学家才找到一种在23K(-25O℃)温度出现超导现象的铌-锗合金。
此后这一纪录又保持了10多年。
参考。
在无数人为寻找在高温下有超导现象的材料时,幸运的贝特诺茨和缪勒在瑞士国际商用公司实验室工作时,终于发现一种镧铜钡氧陶瓷材料在43K(-230℃)的较高温度下出现了超导现象,前联邦德国人贝特诺茨和美国人缪勒立即成了在科学界引起轰动的新闻人物。
为此,他们获得1987年的诺贝尔物理学奖。
此后,美籍华人学者朱经武、中国物理学家赵忠贤领导的研究小组相继发现了在98K(-175℃)和78.5K(-194.5℃)有超导现象的超导材料。
更令人振奋的是,美国和日本等科学家在1991年又发现了球状碳分子碳60在掺入钾、铯、钕等元素后,也有超导性。
参考。
有些科学家预测,球状分子碳60经过掺金属后,将来有可能在室温下出现超导现象,那时,超导材料就有可能像半导体材料一样,在世界引起一场工业革命和科技革命。
2超导材料的主要特性
2.1 零电阻效应
材料在一定温度以下,其电阻为零的现象称为材料的超导电现象。
在一定温度下具有零电阻超导电现象的材料,称为超导体(Superconductor)。
1911年荷兰着名低温物理学家昂纳斯(H.K.Onnes)发现在T=4.1k下汞具有超导电性。
采用“四引线电阻测量法”可测出超导体的R-T 特性曲线,如图所示。
图中的为电阻开始急剧减小时的电阻值,对应的温度称为起始转变温度TS;当电阻减小到Rn/2时的温度称为中点温度TM;当电阻减小至零时的温度为零电阻温度T0。
由于超导体的转变温度还与外部环境条件有关,定义在外部环境条件(电流,磁场和应力等)维持在足够低的数值时,测得的超导转变温度称为超导临界温度。
2.2 迈斯纳效应
1933年,迈斯纳(W.Meissner)发现:当置于磁场中的导体通过冷却过渡到超导态时,原来进入此导体中的磁力线会一下子被完全排斥到超导体之外(见下图),超导体内磁感应强度变为
零,这表明超导体是完全抗磁体,这个现象称为迈斯纳效应。
迈斯纳效应示意图
实验表明,超导态可以被外磁场所破坏,在低于TC的任一温度T下,当外加磁场强度H小于某一临界值HC时,超导态可以保持;当H大于HC时,超导态会被突然破坏而转变成正常态。
临界磁场强度HC,其值与材料组成和环境温度等有关。
超导材料性能由临界温度TC和临界磁场HC两个参数决定,高于临界值时是一般导体,低于此数值时成为超导体。
2 .
3 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。
参考。
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。
M与TC有近似关系: =常数2 .4 约瑟夫森效应当在两块超导体之间存在一块极薄的绝缘层时,超导电子(对)能通过极薄的绝缘层,这种现象称为约瑟夫森(Josephson)效应,相应的装置称为约瑟夫森器件。
如图所示。
当通以低于临界电流值I0时,在绝缘薄层上的电压为零,但当电流I>I0时,会从超导态转变为正常态,出现电压降,呈现有阻态,这种器件具有显着的非线性电阻特性,可制成高灵敏度的磁敏感器件,应用在超高速计算机等场合。
3 超导材料及应用
3 .1低温超导材料
具有低临界转变温度(Tc<30K=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。
低温超导材料已得到广泛应用。
在强电磁场中,NbTi超导材料用作高能物理的加速器、探测器、等离子体磁约束、超导储能、超导电机及医用磁共振人体成像仪等;Nb3Sn超导材料除用于制作大量小型高磁场(710T)磁体外,还用于制作受控核聚变装置中数米口径的磁体;用Nb及NbN 薄膜制成的低温仪器,已用于军事及医学领域检测极弱电磁信号。
低温超导材料由于Tc低,必须在液氦温度下使用,运转费用昂贵,故其应用受到限制。
3.2 高温超导材料
具有高临界转变温度()在液氮温度条件下工作的超导材料,主要为多元系氧化物,高温氧化物超导体的出现,突破了温度壁垒,把超导应用的温度从液氦提高到了液氮(77K)温区。
同液氦相比,液氮是一种非常经济的冷媒,并且具有较高的热容量,给工程应用带来了极大的方便。
另外,高温超导体都具有相当高的上临界场(Hc2(4K)> 50T),能够用来产生20T以上的强磁场,这正好克服了常规低温超导材料的不足之处。
高温超导材料用途非常广泛,大致可分三大类:大电流应用、电子学应用和抗磁性应用. 大电流应用
是由于超导材具有零电阻和完全的抗磁性,因此只需消耗极少的电能,就可以获得的稳定强磁场.可用于制交流超导发电机,利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场提高到5万~6万高斯并没有能量损失,且单机发电容量比常规发电机提高5~10倍达1兆瓦,而体积却减少1/2,整机重量减轻1/3发电效率提高50﹪;可用于磁流发电机,利用高温导电性气体作导体不,并高速通过5万~6万高斯强磁场而发电,而且这种发电机具有结构简单和高温导电性气体可重复利用的优点;可利用超导输电线路利用超导导线和变压器可以几乎无损耗地输送电能,椐统计,按目前情况,如果将铜或铝导改为超导体,光是在中国节省电能相当于新建数十个大型发电厂. 超导材料在这些方面的应用是最诱人的;电子学应用包包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等; 抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等.目前,超导材料仍处于试验研究阶段。
但人们相信,随着超导材料临界温度的提高和材料加工技术的发展,它将会在许多高科技领域获得重要应用。
4 结语
超导材料的研究是当今世界上一门新兴的科学技术由于超导材料能影响人类生存的许多重要领域,各国的材料科学家都在竞相探索它的结构,研究它的性能,以求率先找到具有高临界温度的超导材料。
可以这样说,高温超导材料的突破,必将深刻地促进尖端科学技术的发展,从而加速人类文明的进程。
含苞待放的超导之花,必将带来一个缤纷的世界。