例析半导体、超导体的应用(精)
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例析半导体、超导体的应用
一. 利用半导体的特性解题
用半导体材料制成的热敏电阻具有热敏特性，用半导体材料制成的光敏电阻具有光敏特性，掌握其特性是分析传感器原理或自动装置原理的基础。同时还要知道二极管的单向导电性。
例1. 家用电饭煲中的电热部分是在电路中串联一个PTC（以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器），其电阻率随温度变化的规律如图所示，由于这种材料具有发热和控温双重功能，能使电饭煲自动地处于煮饭和保温状态。
（1）通电前材料的温度低于t1，通电后，电压保持不变，它的功率是（）
A. 先增大后减小
B. 先减小后增大
C. 达到某一温度后功率不变
D. 功率一直在变化
（2）当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在（）
A. t1
B. t2
C. t1到t2之间的某个温度上
D. 大于t2的某个温度上
解析：当电饭煲内的温度从0升高到t1的过程中，热敏电阻的电阻率随着温度的升高而
减小，则电阻也随着温度的升高而减小，而加在电饭煲上的电压保持不变，由P
U
R
2
可
知，在此过程中电饭煲的发热功率P1随着温度的升高而增大，当温度达到t l时，发热功率达到最大。温度从t1到t2的过程中，随着温度的升高电阻率增大，电阻也随之增大，则可知发热功率减小；而温度越高，其温度与外界的温差就越大，电饭煲的散热功率P2越大。因此，在这之间的某一温度发热功率等于散热功率，即达到保温状态。设此温度为t3；当t
答案：（1）AC （2）C
二. 关于超导体的特点及其应用
超导体的主要特点是：零电阻性、完全抗磁性。
例2.下列说法中正确的是（）
A. 任何物质的温度降到某一值时都会出现电阻突然为零的现象
B. 转变温度低于液氦温度（4.2K）的超导体叫低温超导体；转变温度高于液氦温度的超导体叫高温超导体
C. 高温超导体可以广泛应用于实际中
D. 超导体的主要特性是零电阻性，因此当把这种材料用来远距离输电时能避免电能损失
解析：大多数金属、合金及其氧化物都会出现超导现象，但不是任何物质都会出现超导现象，A项错误；转变温度高于液氦温度（77K）的超导体叫高温超导体，B项错误；高温超导体目前的最高转变温度为125K，相当于-148℃，与室温相比还是极低的，因而还不能应用于实际，C项错误；超导体的主要特性是零电阻性，即电流在其间流动时不受任何阻碍，不会因发热而损失电能，故D项正确。
答案：D
点评：超导现象中的“高温”是相对于绝对零度来说的，千万别以为实际生活中的常温低于超导现象中的“高温”。
例析半导体、超导体的应用
例析半导体、超导体的应用 河北王静 一. 利用半导体的特性解题 用半导体材料制成的热敏电阻具有热敏特性，用半导体材料制成的光敏电阻具有光敏特性，掌握其特性是分析传感器原理或自动装置原理的基础。同时还要知道二极管的单向导电性。 例1. 家用电饭煲中的电热部分是在电路中串联一个PTC（以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器），其电阻率随温度变化的规律如图所示，由于这种材料具有发热和控温双重功能，能使电饭煲自动地处于煮饭和保温状态。 （1）通电前材料的温度低于t1，通电后，电压保持不变，它的功率是（） A. 先增大后减小 B. 先减小后增大 C. 达到某一温度后功率不变 D. 功率一直在变化 （2）当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在（） A. t1 B. t2 C. t1到t2之间的某个温度上 D. 大于t2的某个温度上 解析：当电饭煲内的温度从0升高到t1的过程中，热敏电阻的电阻率随着温度的升高而减小，则电阻也随着温度的升高而减小，而加在电饭煲上的电压保持不变，由 可知，在此过程中电饭煲的发热功率P1随着温度的升高而增大，当温度达到t l时，发热功率达到最大。温度从t1到t2的过程中，随着温度的升高电阻率增大，电阻也随之增大，则可知发热功率减小；而温度越高，其温度与外界的温差就越大，电饭煲的散热功率P2越大。因此，在这之间的某一温度发热功率等于散热功率，即达到保温状态。设此温度为t3；当t
超导的研究现状及其发展前景
题目：超导的研究现状及其发展前景 作者单位：陕西师范大学物理学与信息技术学院物理学一班 作者姓名：杜瑞，程琳，党晓菲，闫甜，王福琼，刘洁，刘园，郭丽丽 学号：40606043，40606042，40606044，40606045，40606046，40606047，40606048，40606049 指导教师：郭芳侠 交论文时间：20007-11-28
超导的研究现状及其发展前景 （陕西师范大学物理学一班第七组 710062） 摘要：本文简单介绍了一些与超导相关的概念，超导材料，超导的简史，超导的研究现状及对超导应用的前景展望。 关键字：超导，超导体，超导现象，超导材料，临界参量，研究现状，前景 Superconductivity research present situation and prospects for development （Shaanxi normal university physics one class Seventh group 710062） Abstract: This article simply introduced some and the superconductivity correlation concept, the superconductivity material, the superconductivity brief history, the superconductivity research present situation and to the superconductivity application prospect forecast.
超导材料的发展
超导材料的发展 摘要：超导材料的发现为人类诸多梦想的实现提供了可能，新型超导材料一直是人类追求的目标。该文主要从超导材料的探索与发现、制备技术、研究面临的挑战等几个方面来探讨超导材料的发展与研究现状。 关键词：超导材料高温超导 引言：超导材料是在低温条件下能出现超导电性的物质。超导材料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失。近年来，随着材料科学的发展，超导材料的性能不断优化，实现超导的临界温度也越来越高。正如半导体带来了资讯时代、光纤带来了传讯时代，高温超导材料将从根本上改变人类的用电方式，给电力、能源、交通以及其它与电磁有关的科技业带来革命性的发展。 1.超导材料的探索与发展 探索新型超导材料在超导材料研究中始终起着关键的作用，同时也是一项高风险、高投人的研究工作。自191 1年荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯发现汞在4．2K 附近的超导电性以来，人们发现的新超导材料几乎遍布整个元素周期表，从轻元素硼、锂到过渡重金属铀系列等。超导材料的最初研究多集中在元素、合金、过渡金属碳化物和氮化物等方面。至1973年，发现了一系列A15型超导体和三元系超导体，如Nb3Sn、V3Ga、Nb3Ge，其中Nb3Ge超导体的临界转变温度(T c)值达到23．2K。以上超导材料要用液氦做致冷剂才能呈现超导态，因而在应用上受到很大限制。 1986年，德国科学家柏诺兹和瑞士科学家穆勒发现了新的金属氧化物超导材料即钡镧铜氧化物(La—BaCuO)，其T c为35K，第一次实现了液氮温区的高温超导。铜酸盐高温超导体的发现是超导材料研究上的一次重大突破，打开了混合金属氧化物超导体的研究方向。l987年初，中、美科学家各自发现临界温度大于90K的YBaCuO超导体，已高于液氮温度(77K)，高温超导材料研究获得重大进展。后来法国的米切尔发现了第三类高温超导体BiSrCuO，再后来又有人将Ca掺人其中，得到BiSrCaCuO超导体，首次使氧化物超导体的零电阻温度突破100K大关。
※超导简介与超导材料的历史
神奇的超导：超导简介与超导材料的历史 神奇的超导 罗会仟周兴江 一、什么是超导？ 电阻起源于载流子（电子或空穴）在材料中运动过程中受到的各种各样的阻尼。按照材料的常温电阻率从大到小可以分为绝缘体、半导体和导体。绝大部分金属都是良导体，他们在室温下的电阻率非常小但不为零，在10－12 mΩ?cm量级附近。自然界是否存在电阻为零的材料呢？答案是肯定的，这就是超导体。当把超导材料降到某个特定温度以下的时候，将进入超导态，这时电阻将突降为零（图1），同时所有外磁场磁力线将被排出超导体外，导致体内磁感应强度为零，即同时出现零电阻态和完全抗磁性。超导态开始出现的温度一般称为超导临界温度，一般定义为Tc。微观上来说，当超导材料处于超导临界温度之下时，材料中费米面附近的电子将通过相互作用媒介而两两配对，这些电子对将同时处于稳定的低能组态，叫“凝聚体”。在外加电场驱动下，所有电子对整体能够步调一致地运动，因此超导又属于宏观量子凝聚现象。对于零电阻态，实验上已经证实超导材料的电阻率小于10－23 mΩ?cm，在实验精度允许范围内已经可以认为是零。如果将超导体做成环状并感应产生电流，电流将在环中流动不止且几乎不衰减。超导体的完全抗磁性并不依赖于超导体降温和加场的次序，也称为迈斯纳（Meissner）效应。一个材料是否为超导体，零电阻态和完全抗磁性是必须同时具有的两个独立特征。
超导态下配对的电子对又称库珀（Cooper）对。配对后的电子将处于凝聚体中，打破电子对需要付出一定的能量，称为超导能隙，它反映了电子间的配对强度。一般来说，超导态在低外磁场及低温下是稳定的有序量子态。超导体的一系列神奇特性意味着我们可以在低温下稳定地利用超导体，比如实现无损耗输电、稳恒强磁场和高速磁悬浮车等。正因如此，自从超导发现以来，人们对超导材料的探索脚步一直不断向前，对超导微观机理和超导应用的研究热情也从未衰减。随着对超导研究的深入，一系列新的超导家族不断被发现，它们展现的新奇物理现象也在不断挑战人们对现有凝聚态物理的理解，同时实验技术手段也因此得以加速进步，理论概念更是取得了诸多飞跃。已逾百年的超导研究，在诸多科学家的推动下，依旧不断展示新的魅力！ 金属Hg在4.2K以下的零电阻态
超导材料的未来应用前景
超导材料——当代科学的明珠 超导材料的未来应用前景 超导是超导电性的简称。是一种材料，如某种金属、合金或化合物在温度下降至某一临界温度时，其电阻完全消失，这种现象称为超导电性，具有这种现象的材料称为超导材料。超导体的另外一个特征是：当电阻消失时，磁感应线将不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。 超导材料的用途非常广阔，大致可分为三类：大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用）和抗磁性应用。大电流应用即超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、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。 超导体的巨大前景 ●超导材料不可思议 那么，为什么世界各国对“超导”技术的研究与开发如此重视呢？这主要是因为超导材料具有极其优越的物理特性：一是零电阻效应，二是约瑟夫逊效应，三是迈斯纳效应。超导体这些突出特性的重大意义，不亚于半导体的发现。甚至有专家预言，超导体的应用将导致一场新技术革命，特别是在军事领域的应用，将引起一系列巨大变革。 ●军事应用前景广阔 超导体在军事领域的应用将十分广泛。采用超导体材料，可使许多重要的军用装备，如C4I系统、聚能武器、舰艇、飞机、坦克、装甲车辆、导弹等武器的性能得到大幅度的改善。 超导飞机设计制造大功率、小体积的发动机，对提高飞机的作战性能至关重要。目前，飞机所采用的均是磁流体发电，但利用普通磁体，很难使磁场强度高于15高斯，而如果利用超导磁体就能产生数万至几十万高斯的磁场，从而大大提高磁体发电的输出功率。所以，超导技术的突破，为大容量、小型化磁流体发电机的研制成功提供了条件，这种超导发电机正在加速走向实用化。目前，有些国家已在研制几百至一千兆瓦的体积小、重量轻的超导发电机，预计机载大功率超导发电机将成为超导技术在军事上率先得到应用的重点项目。 超导舰船20世纪70年代以来，美、苏、英、日等国积极开展超导技术在海军舰船方面应用的研究，并不断取得成效。美国试制了7500马力的超导驱动系统；英国研制了650马力的超导电磁力推进装置；日本制成了世界上第一艘超导船。超导舰船由于取消了传统的螺旋桨推动部件，因而具有结构简单、维修方便、推力大、航速高、无震动、无噪声、无污染、造价低等诸多优点。潜艇应用超导推进系统后，能有效地消除噪音、降低红外辐射，从而不易被敌方发现，大大提高了舰船的快速机动能力和突防能力。
超导技术及其发展历程
超导技术 超导技术的主体是超导材料。简而言之，超导材料就是没有电阻、或电阻极小的导电材料。超导材料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失。 1911年荷兰物理学家Onnes发现汞(水银)在4.2k附近电阻突然下降为零，他把这种零电阻现象称为超导电性。 海克·卡末林·昂内斯 海克·卡末林·昂内斯（Heike Onnes，1853年9月21日－1926年2月21日），荷兰物理学家，超导现象的发现者，低温物理学的奠基人。1853年出生于荷兰的格罗宁根，1894年创建了莱顿大学低温物理实验室，建立了大型液化气工厂，1904年液化了氧气，两年后又液化了氢气，并在1908年7月10日首次液化了氦气，以-269 °C(4K)刷新了人造低温的新纪录。1911年由于对物质在低温状态下性质的研究以及液化氦气，昂内斯被授予诺贝尔物理学奖。1923年，昂内斯退休，1926年在莱顿逝世。为纪念他，莱顿大学物理实验室1932年被命名为“卡末林·昂内斯实验室”。 汞的电阻突然消失时的温度称为转变温度或临界温度，常用Tc表示。在一定温度下具有超导电性的物体称为超导体。金属汞是超导体。进一步研究发现元素周期表中共有26种金属具有超导电性，它们的转变温度Tc列于表5-6。从表中可以看到，单个金属的超导转变温度都很低，没有应用价值。因此，人们逐渐转向研究金属合金的超导电性。表5-7列出一些超导合金的转变温度，其中Nb3Ge 的转变温度为23.2K，这在70年代算是最高转变温度超导体了。当超导体显示导材料都是在极低温下才能进入超导态，假如没有低温技术发展作为后盾，就发现不了超导电性，无法设想超导材料。这里又一次看到材料发展与科学技术互相促进的关系。低温超导材料要用液氦做致冷剂才能呈现超导态，因此在应用上受到很大的限制。 人们迫切希望找到高温超导体，在徘徊了几十年后，终于在1986年有了突破。（1）瑞士Bednorz和Müller发现他们研制的La-Ba-CuO混合金属氧化物具有超导电性，转变温度为35K。这是超导材料研究上的一次重大突破，打开了混合金
2019中考物理真题分类汇编 新材料及应用 选择、填空、实验题 半导体、超导体、纳米材料等(共14题)
2019中考物理真题分类汇编新材料及应用选择、填空、实验题半导体、超导体、纳米材料等（共14题，有答案） 一、选择题 1．（2019?呼伦贝尔）下列有关材料、信息、能源的说法正确的是（）A．LED灯核心元件的主要材料是超导体 B．光纤通信是利用光的反射传递信息的 C．当前运行的核电站是利用核聚变发电的 D．不同频率的电磁波在真空中传播速度不同 2．（2019?济南）华为Mate20系列智能手机所搭载的国产7纳米制造工艺麒麟980芯片，“在指甲盖大小的尺寸上塞进69亿个晶体管”，实现了性能与能效提升的新突破。计算机芯片、智能手机芯片等体积的微型化及性能的代际提升，都得益于一种新型材料的研发。这种新型材料是（） A．超导材料B．磁性材料C．纳米材料D．半导体材料3．（2019?百色）LED灯是一种节能光源，核心元件是发光二极管，二极管的主要材料是（）A．钨丝B．陶瓷C．半导体D．超导体4．（2019?沈阳）一天晚上，某集体宿舍楼突然断电，走廊的应急灯立即亮起。经检查发现楼内空气开关跳闸。8min之后故障排除，闭合空气开关恢复供电，应急灯熄灭。应急灯的发光元件由多个发光二极管组成，每盏应急灯的实际功率为2W．下列说法中正确的是（） A．空气开关跳闸一定是用电器总功率过大造成的 B．发光二极管发光部分是由超导体材料制成的 C．本次断电每盏应急灯消耗的电能是16J D．应急灯亮起时将电能主要转化为光能 5．（2019?玉林）超导现象是指某些物质在温度很低时电阻变为零的现象。如果某种超导材料能应用于实际，最适合用来制作（） A．保险丝B．输电导线 C．电炉丝D．变阻器的电阻丝 6．（2019?海南）我国年仅22岁的优秀青年科学家曹原研究发现：当两层石墨烯以一个“魔角”叠加在一起时，再加入一定数量的电子，石墨烯的电阻突然变为0．此现象中石墨烯是（） A．绝缘体B．导体C．半导体D．超导体7．（2019?新疆）芯片是指含有集成电路的硅片，制造芯片的主要材料是（）A．导体B．半导体C．绝缘体D．超导体8．（2019?邵阳）现代生产生活中需要各种各样的材料，下列说法正确的是（）A．超导体是一种电阻超级大的材料 B．橡胶、铝、塑料都是很好的绝缘材料 C．用半导体材料可以制成性能优良的输电导线 D．有些半导体材料对光比较敏感，可以用来制造光敏电阻 9．（2019?河南）一款5G手机的折叠屏由柔性发光二极管制成，其中制成发光二极管的材料是（） A．导体B．半导体C．超导体D．绝缘体10．（2019?郴州）电池作为一种可移动电源，生活中应用十分广泛。常见的电池有干电池、
超导材料及其应用现状与发展前景培训讲学
超导材料及其应用现状与发展前景
超导材料及其应用现状与发展前景 作者：肖立业刘向宏王秋良马衍伟古宏伟 来源：《中国工业和信息化》2018年第08期 超导体不仅在临界温度下具有零电阻特性，而且在一定的条件下具有常规导体完全不具备的电磁特性，因而在电气与电子工程领域具有广泛的应用价值。我国在超导材料及其应用领域总体上处于国际先进行列，基本掌握了各种实用化超导材料的制备技术，在多个应用方面也取得了良好的发展。我国超导材料及其应用领域将不断探索更高临界温度的超导体，提升超导材料及其应用技术的发展水平。 1911年，荷兰莱登实验室的卡麦林·昂尼斯在测量低温下金属的电导率时发现，当温度下降到4.2K时，汞的电阻完全消失（如图1所示），他把具有这种现象的导体称为超导体。经过近50年的研究，科学家們陆续发现，超导体不仅在一定温度（也称为临界温度，简称Tc）之下具有零电阻特性，而且在一定的条件下具有高密度载流能力、完全抗磁性（迈斯纳效应）、约瑟夫森效应等常规导体完全不具备的电磁特性，因而在电气与电子工程领域具有广泛的应用价值（见表1）。根据应用的具体需求，工程师们可以将超导体制备成各种超导材料，如超导线材、超导带材、超导薄膜、复合超导体等。 经历了100多年的研究，人们已经发现了多达数万种超导体。按照超导体的临界温度，可以将超导体分为低温超导体和高温超导体，临界温度低于25K～30K超导体为低温超导体，临界温度高于25K～30K超导体为高温超导体。目前，基于低温超导材料的应用装置一般工作在液氦温度（4.2K及以下），基于高温超导材料的应用装置一般工作在液氢温度（约20K）至液氮温度（约77K）之间。探索出更高临界温度乃至室温的超导体是人类不断追求的梦想。 超导材料的发展现状与前景 尽管人们已经发现了数万种超导体，但真正具有实用价值的超导体并不多。目前得到应用的低温超导体主要包括NbTi、Nb3Sn、Nb3Al等，具有实用价值的高温超导体主要包括铋系（BSCCO，Tc约90K-110K，也称为第一代高温超导材料，主要包括BSCCO-2212和BSCCO-2223两种，也简称Bi-2212或Bi-2223）、钇系（Tc约90K，YBCO或ReBCO，也称为第二代高温超导材料）。进入21世纪以来，MgB2（Tc为39K）和铁基超导体（Tc最高为55K）相继被发现，成为两种新的具有实际应用潜力的超导体。 低温超导材料发展现状与前景 超导材料主要包括NbTi、Nb3Sn、Nb3Al等。自上世纪60年代以来，其制备技术与工艺已经相当成熟，并推动了如加速器磁体、核聚变工程用超导磁体、核磁共振（MRI和NMR）磁体、通用超导磁体等的发展，并由此形成了具有一定规模的超导产业。目前，美国、欧盟和日本等国家和地区已经有一大批的企业可以生产各种面向不同应用需求的低温超导材料。2006年，我国加入了国际热核聚变实验堆（ITER）计划，从而使我国低温超导材料的发展迎来了前所未有的机遇。作为国内极少的低温超导线材产业化公司，西部超导材料科技有限公司承担了174吨NbTi超导线和35吨Nb3Sn超导线的生产任务，通过自主开发，掌握了成套技术和工艺，并于2017年全部交付预订的产品，得到了国际同行的高度评价，总体上达到了国际先进水平。ITER项目极大推动了我国低温超导材料的发展，也为我国自主开发MRI、加速器和核聚变磁体提供了超导材料供应的保障。
超导材料的现状及发展趋势分析
超导材料的现状及发展方向自1911年荷兰莱顿实验室的卡末林·昂纳斯首次在4．2K时发现水银零电阻现 象即超导现象以来。人们相继在超导 材料方面取得很多突破，后来在梅斯 勒发现超导体的抗磁性之后， 1934 —1985年后超导物理学理论逐步发 展，超导材料逐步应用于实际科学技 术领域。但由于种种原因，至今超导 物理学理论也不够完善。在这一阶段 人们研究的超导材料临界转变温度 较低。 后来进入高温超导研究阶段，高温超导材料指的是：钇系(92 K)、铋系(110 K)、铊系(125 K)和汞系(135 K)以及2001年1月发现的新型超导体二硼化镁(39 K)。高温超导体属于非理想的第II类超导体。临界磁场和临界电流且比低温超导体更高。同时已对高温超导材料进研究开发，氧化物复合超导材料具有耐用和稳定性好的特点。通过研究浸泡实验表明，超导电性的退化主要来自于杂相及时效过程中的析出相。为了改善薄膜对环境的敏感性，美国西北大学的Mirkin建议把分子单层表面化学改性引入到高温超导铜氧化合物中。 以铋锶钙铜氧系为第一代高温超导带材，它的可加工性优良，在超导强电应用领域占据重要位置。但铋系材料的实用临界电流密度较低，并且在77 K的应用磁场也很低。然而钇钡铜氧化物材料在77 K的超导电性比铋锶钙铜氧材料好的多；但它的可加工性极差，故要做出超导性好的带材通过传统的压力加工和热处理工艺就很难。 随着材料科学工艺技术的发展，近年来一种在轧制金属基带上制造钇钡铜氧超导带材的工艺被称作“第二代”带材。欧洲国家努力开展高温超导材料工艺及应用研究。丹麦已批量制造铋系超导带材。2003年11月我国第一个10m、 10.5kV/1.5kA 三相交流高温超导电缆系统日前在中国科学院电工研究所研制成功，并于成功地进行了试验运行。2011年5月信赢和公司团队研发的世界最大功率的超导限流器刚成功。2011年9月25日，特拉维夫大学的研究小组开发出了一种超导体材料——蓝宝石单晶体纤维，可用于高压电缆输电，输电量是相同直径铜线输电量的40倍。研究人员称这种超导材料将有可能彻底改变电力输送占空间、高损耗的状况。 高温超导材料主要有：膜材(薄膜、厚膜)、块材、线材和带材等类型。薄膜最常用、最有效的两种镀膜技术是：磁控溅射和脉冲激光沉积。还有金属有机
超导材料未来应用的前景
超导材料的未来应用前景 超导是超导电性的简称。是一种材料，如某种金属、合金或化合物在温度下降至某一临界温度时，其电阻完全消失，这种现象称为超导电性，具有这种现象的材料称为超导材料。超导体的另外一个特征是：当电阻消失时，磁感应线将不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。 超导材料的用途非常广阔，大致可分为三类：大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用）和抗磁性应用。大电流应用即超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、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。 超导体的巨大前景 ●超导材料不可思议 那么，为什么世界各国对“超导”技术的研究与开发如此重视呢？这主要是因为超导材料具有极其优越的物理特性：一是零电阻效应，二是约瑟夫逊效应，三是迈斯纳效应。超导体这些突出特性的重大意义，不亚于半导体的发现。甚至有专家预言，超导体的应用将导致一场新技术革命，特别是在军事领域的应用，将引起一系列巨大变革。 ●军事应用前景广阔 超导体在军事领域的应用将十分广泛。采用超导体材料，可使许多重要的军用装备，如C4I系统、聚能武器、舰艇、飞机、坦克、装甲车辆、导弹等武器的性能得到大幅度的改善。 超导飞机设计制造大功率、小体积的发动机，对提高飞机的作战性能至关重要。目前，飞机所采用的均是磁流体发电，但利用普通磁体，很难使磁场强度高于15高斯，而如果利用超导磁体就能产生数万至几十万高斯的磁场，从而大大提高磁体发电的输出功率。所以，超导技术的突破，为大容量、小型化磁流体发电机的研制成功提供了条件，这种超导发电机正在加速走向实用化。目前，有些国家已在研制几百至一千兆瓦的体积小、重量轻的超导发电机，预计机载大功率超导发电机将成为超导技术在军事上率先得到应用的重点项目。 超导舰船20世纪70年代以来，美、苏、英、日等国积极开展超导技术在海军舰船方面应用的研究，并不断取得成效。美国试制了7500马力的超导驱动系统；英国研制了650马力的超导电磁力推进装置；日本制成了世界上第一艘超导船。超导舰船由于取消了传统的螺旋桨推动部件，因而具有结构简单、维修方便、推力大、航速高、无震动、无噪声、无污染、造价低等诸多优点。潜艇应用超导推进系统后，能有效地消除噪音、降低红外辐射，从而不易被敌方发现，大大提高了舰船的快速机动能力和突防能力。 超导聚能武器聚能武器是把能量汇聚成极细的能束，沿着精确的方向，以接近或等于光速的速度发射出去，对目标进行杀伤。但目前在研制这些武器上几乎都遇到了能源问题。即如何在瞬间向聚能武器提供大量的能源，如激光武器，特别是大功率的战略激光武器耗能巨大，它要求在瞬间提供数十亿至数百亿焦耳的能量，而目前的储能装置储存的能量却非常有限，且体大笨重。而超导技术的发展，
超导材料发展状况综述
材料科学与工程进展课程论文 题目：超导材料发展状况综述 学院： 班级： 学号： 姓名：
目录 摘要 (2) 超导材料的特性 (2) 超导材料发展史 (4) 超导材料的制备 (5) 超导材料的应用 (7) 展望与建议 (9)
新能源材料——超导材料发展状况综述 摘要 随着人类社会的不断发展，人们对于自然能源的需求也与日俱增。然而自然资源是有限的，面对自然资源日渐紧缺、环境遭到破坏等状况的发生，在科学工作者的努力下，各种各样的新能源材料相继面世。本文将从特性、发展史、制备、应用这几个方面，对众多新能源材料中的一种材料——超导材料，做一个综述，以增进广大读者对超导材料的了解。 关键词：超导材料、特性、发展史、制备、应用。 超导材料的特性 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。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。超导材料具有以下特性： 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。 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R n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T S；当电阻减小到R n/2时的温度称为中点温度T M；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。 完全抗磁性 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。 实验表明，超导态可以被外磁场所破坏，在低于T C的任一温度T下，当外加磁场强度H小于某一临界值H C时，超导态可以保持；当H大于H C时，超导态会被突然破坏而转变成正常态。临界磁场强度H C，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T C和临界磁场H C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。 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。
导体、绝缘体、半导体和超导体
一、选择题 1．下列用品中，通常情况下属于绝缘体的是 A．金属勺B．瓷碗C．铅笔芯D．铁钉 2．当温度降低到一定程度时，某些物质的电阻会变为零，这种物质叫做超导体。电流通过超导体时不发热，因此超导体的应用十分广泛。假如有室温环境中的超导体，可用它来制作 A．家用保险丝B．白炽灯灯丝C．电热丝D．输电导线 3．下列物品中使用了半导体材料的是 A．机器人B白炽灯C．滑动变阻器D，机械手表 4．将下面一个物体与小灯泡串联在电源上，闭合开关后，能使小灯泡发光的是 A．橡皮B．铅笔芯C．塑料尺D．透明胶带 5．材料科学的发展正在影响着我们的生活，下列关于材料应用的说法中正确的是 A．保险丝是利用半导体材料制成的B．利用超导材料做电热丝，电热丝会更热 C．利用钨做灯丝，是因为钨的熔点低D．试电笔外壳是用塑料制成的，因为它是绝缘材料 5.小明家装修房屋需要购买导线，关于导线种类的选择，最恰当的是： A．强度大的铁丝B．细小价格较便宜的铝丝 C．粗一点的铜丝D．性能稳定的镍铬合金丝 6．太阳能电池的光伏板是由非晶态硅制成的，它能把太阳能直接转化为电能，其主要材料是A．磁性材料B．纳米材料C．半导体D．超导体 二、填空题 7．有一种材料，它的导电性介于导体和绝缘体之间，这种材料称为_______材料，电脑的微处理器就是由成千上万个这种材料制成的元件组成；某些材料在特定温度下，电阻接近于零，这种材料物理学上称之为_______材料，此处的特定温度通常_______（选填“很高”、“接近常温”或“很低”）． 8．如图（甲）所示，把玻璃珠接入电路中，闭合开关，发现小灯泡不发光。说明：； 现给玻璃珠加热，如图乙所示，当玻璃珠加热到红炽状态时，发现小灯泡发光，说明：。 9．硅、锗等半导体材料的导电能力比铜、铁等金属的导电能力____(选填“强”或“弱”)。某些物质在温度很低时，电阻变为____，这就是超导现象。如果能制造出常温下的超导体，它可以在下列哪些情境得到应用 ____(选填序号)。 ①用作电吹风的电热丝②用作白炽灯的灯丝③用作输电线缆 10.如图所示的是插入式电阻箱的结构示意图。它的最大电阻值是________Ω，图中A、B两个接线柱之间的电阻值是________Ω。
超导材料的应用与前景展望
超导材料的应用与前景展望 摘要：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。自从超导发现至今，超导的研究和超导材料的研制已迅速发展，超导材料的物质结构及性质已逐渐研究清楚，其具有优越的物理性质和优越的性能，目前已被广泛的接受和认同，超导材料也得到了广泛的应用，特别是高温超导材料的广泛应用将会给社会带来的巨大变革。 关键字：超导材料；临界参量；超导应用 Application and Prospect of superconducting materials Abstract: Superconducting superconductivity for short, refers to some object when the temperature drops to a certain temperature, resistance suddenly approaches zero phenomenon. With the characteristics of the material called superconducting materials. Since the superconducting found so far, the research and development of superconducting superconducting materials has developed rapidly, the material structure and properties of superconducting materials has been studied clearly, which has physical properties superior and superior performance, has been widely accepted and recognized, superconducting materials have been widely used, especially the great change widely used high temperature superconducting materials will bring to the society. Key words:Superconductor;Critical parameter;Superconducting application 1 引言 1911年荷兰物理学家翁奈在研究水银低温电阻时首先发现了超导现象。后来许多科学家又陆续发现了一些金属、合金和化合物在低温时电阻也变为零，即具有超导现象。超导现象是20世纪的重大探索发现之一。物质在超低温下，失去电阻的性质称为超导电性；相应的具有这种性质的物质就称这超导体。超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向人类展示了诱人的应用前景。有专家预言，超导体的应用将导致一场新技术革命，尤其是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，人们将会很快感受到它给社会带来的巨大变革。目前，超导材料已被应用于很多领域，本文拟就超导材料的性质、临界参量、分类、应用及前景展望等几个方面展开论述，以帮助人们更好的认识超导材料。
超导物理与诺贝尔奖
超导物理作为一个有近百年历史的学科，它是随着对超导电性的研究、认识不断发展起来的，特别是50年代以来取得了一系列重大突破，引发了今天的高温超导电性机理及超导材料研究的热潮。 昂内斯(中间白衣者)在他所创立的低 温实验室内 昂内斯(1853～1926) 荷兰低温物理 学家 1908年成功地液化了氦气，1911年 发现了某些金属在液氦温度下电阻 突然消失，即“超导电性”现象，于 1913年获奖。
巴丁(1908～1991) 美国物理学家 库珀(1930～) 美国物 理学家 施里弗(1931～) 美国物理学家 1957年巴丁、库珀和施里弗合作创建了超导微观理论，于1972年获奖。这一理论能对超导电性作出正确的解释，并极大地促进了超导电性和超导磁体的研究与应用。 用于电子对撞机的超导线圈，重达65吨。
。 约瑟夫森(1940～) 英国物理学家1962年预言存在超导电子对隧道电流，第二年这一预言被实验证实，并被命名为约瑟夫森效应，1973年获奖 贾埃弗(1929～) 挪威裔美国物理学家1957年完成了量子隧道效应实验，并于1963年完成了超导体隧道效应实验。于1973年获奖。 约瑟夫森和贾埃弗的发现，对于研制高性能的半导体和超导体元器件具有很高的应用价值，并导致超导电子学的建立。
K.A.缪勒(1927～) 瑞士物理学家 1983年缪勒和柏德诺兹合作进行超导研究，三年后发现了钡镧铜氧体系高温超导化合物。于1987年获奖。这一研究成果导致了多种液氮温区高温超导体材料的出现，并宣告了超导技术开发应用时代即将到来。 超导研究已长达近一个世纪，20年前超导应用在科学界还被认为是一种侈谈。而今天，它已在科研、医疗、交通、通信、军事、电力和能源等领域得到了应用。但这只是序幕，超导研究与应用在21世纪将为我们展现更加绚丽辉煌的前景。 柏德诺兹(1950～) 德国物理学家 应用超导体的磁悬浮列车实验装置
导体绝缘体半导体和超导体
一、选择题 （11·泉州）6．下列物体中属于导体的是 A．玻璃杯B．竹筷C．瓷碗D．不锈钢杯 答案：D （11·北京）3．下列用品中，通常情况下属于绝缘体的是 A．金属勺B．瓷碗C．铅笔芯D．铁钉 答案：B （11·莆田）8．当温度降低到一定程度时，某些物质的电阻会变为零，这种物质叫做超导体。电流通过超导体时不发热，因此超导体的应用十分广泛。假如有室温环境中的超导体，可用它来制作 A．家用保险丝B．白炽灯灯丝 C．电热丝D．输电导线 答案：D （11·漳州）9．下列物品中使用了半导体材料的是 A．机器人B白炽灯C．滑动变阻器D，机械手表 答案：A （11·柳州）2．下列物体中，通常情况下属于绝缘体的是 A．金属B．人体C．铅笔芯D．橡胶 答案：D （11·昆明）7．下列材料中符合大功率、远距离输送电能要求并最具有应用前景的是A．铝质材料B．超导体材料C．纳米材料D．半导体材料 答案：B （11·新疆）4．将下面一个物体与小灯泡串联在电源上，闭合开关后，能使小灯泡发光的是 A．橡皮B．铅笔芯C．塑料尺D．透明胶带 答案：B (11·潜江、天门、仙桃等)34．下列物体中，不可能应用超导材料的是 A．输电导线B．发电机线圈C．电炉丝D．磁悬浮列车 答案：C （11·杭锦旗）6．今年四月，美国《科学》杂志发表“新超导体将中国物理学家推到最前沿”的评述。这表明，在新超导体研究领域，我国取得了令人瞩目的成就。假如人们已研制出常温下的超导体，则可以用它制作
A．家用保险丝B．白炽灯泡的灯丝 C．电炉的电阻丝D．远距离输电导线 答案：D （11·沈阳）4．材料科学的发展正在影响着我们的生活，下列关于材料应用的说法中正确的是 A．保险丝是利用半导体材料制成的 B．利用超导材料做电热丝，电热丝会更热 C．利用钨做灯丝，是因为钨的熔点低 D．试电笔外壳是用塑料制成的，因为它是绝缘材料 答案：D （11·清远）2．太阳能电池的光伏板是由非晶态硅制成的，它能把太阳能直接转化为电能，其主要材料是 A．磁性材料B．纳米材料C．半导体D．超导体 答案：C 二、填空题 （11·湛江）14．在我国，家庭电路的电压是_______V，每个用户之间的电路连接方式是_______联；今年高考，湛江市首次使用金属探测仪防止考生作弊，金属是______（填“导体”或“绝缘体”）． 答案：220 并导体 （11·肇庆）12．有一种材料，它的导电性介于导体和绝缘体之间，这种材料称为_______材料，电脑的微处理器就是由成千上万个这种材料制成的元件组成；某些材料在特定温度下，电阻接近于零，这种材料物理学上称之为_______材料，此处的特定温度通常_______（选填“很高”、“接近常温”或“很低”）． 答案：半导体超导很低 （11·崇左）18．如图（甲）所示，把玻璃珠接入电路中，闭合开关，发现小灯泡不发光。说明：； 现给玻璃珠加热，如图乙所示，当玻璃珠加热到红炽状态时，发现小灯泡发光，说明：。
超导材料的特征、发展及其应用
超导材料的特性、发展及其应用 1.超导材料简介 1.1 超导材料的三个基本参量 超导材料是指在一定的低温条件下会呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料，其材料具有三个基本临界参量，分别是： 1> 临界温度T c：破坏超导所需的最低温度。T c是物质常数，同一种材料在相同条件下有确定的值。T c值因材料而异，已测得超导材料T c值最低的是钨，为0.012K。当温度在T c 以上时，超导材料具有有限的电阻值，我们称其处于正常态；当温度在T c以下时，超导体进入零电阻状态，即超导态。 2> 临界电流I c和临界电流密度J c：临界电流即破坏超导所需的最小电流，I c一般随温度和外磁场的增加而减少。单位截面积上所承载的I c称为临界电流密度，用J c来表示。 3> 临界磁场H c：即破坏超导状态所需的最小磁场。 图1-1 位于球内的部分为超导状态 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T c为例，从1911年荷兰物理学家昂纳斯发现超导电性(Hg，T c=4.2K)起，直到1986年以前，人们发现的最高的T c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T c提高到35K；之后仅一年时间，新材料的T c已提高到了100K左右。如今，超导材料的T c最高已超过了150K[1]。 1.2 超导体的分类 第Ⅰ类超导体：第I类超导体主要包括一些在常温下具有良好导电性的纯金属，如铝、锌、镓、镉、锡、铟等，该类超导体的溶点较低、质地较软，亦被称作“软超导体”。其特征是由正常态过渡到超导态时没有中间态，并且具有完全抗磁性。第I类超导体由于其临界电流密度和临界磁场较低，因而没有很好的实用价值[2]。 第Ⅱ类超导体：除金属元素钒、锝和铌外，第II类超导体主要包括金属化合物及其合金。第II类超导体和第I类超导体的区别主要在于： (1) 第II类超导体由正常态转变为超导态时有一个中间态(混合态)； (2) 第II类超导体的混合态中有磁通线存在，而第I类超导体没有；
国内外超导技术的发展及对比分析
国内外超导技术的发展及对比分析 邵虹成欢武汉船用电力推进装置研究所 中日超导技术在线材上的应用比较 日本是首个宣布获得175K的超导材料的国家，之后不久，美国、中国、俄罗斯、德国及丹麦等国也相继有了突破性的研究报告，有的甚至发现了308K的超导迹象，该温度已达到常温的转变温度。目前，日本有着100多家研究所在研究新超导材料，其中20%以上是企业的研究所。一些公司已经用陶瓷系列超导材料制成线材。日本许多研究机构和企业也纷纷行动起来。研究热潮甚至影响了国际稀土市场，制作超导材料的一等稀土元素在国际市场上空前紧俏，一场超导技术在各个领域应用的激烈竞争正在各国展开。我国是稀土资源丰富的国家之一，成矿条件优越，甚至可以说是得天独厚，探明的储藏量位居世界之首，在发展超导线材应用上占有一定优势。几乎所有的电动机械（从尖端军事机械到普通家用电器）都离不开稀土元素制成的磁材料。然而，近年来随着中国大量出口稀土，中国已经成为世界最大的稀土生产、出口国，满足了世界30%的稀土资源需求。据报道称，中国大量且廉价出售稀土使得日本等国趁机收购并储存了足量稀土，数量够用几十年。业内人士甚至估计说，日本储存的稀土资源甚至已够用四五十年。因此，中国在加强管理稀土资源出口的同时，应积极利用稀土资源为我国的超导材料发展和工业上应用做出贡献。超导材料具有极其优越的物理特性：一是零电阻效应，二是约瑟夫逊效应，三是迈斯纳效应。特别是在军事领域的应用，专家预计会更为广泛。采用超导材料，可使许多重要的军用装备如舰艇，飞机，装甲车，导弹，聚能武器等的性能得到大幅度的改善。1992年，世界第一艘超导舰船在日本研制成功，时速高达180km，如果超导船应用化，就可导致整个海运发生重大变化[3]。目前，世界上高温超导材料形成了YBCO、BSCCO、TBCCO、HBCCO等四类，其转变温度分别是95K、110K、125K和135K。日本住友公司SEI是世界上首先提出发展BSCCO导线的公司之一，并用试验证实了高温超导材料在许多方面比低温超导材料更具优越性和稳定性。这影响到其他国家也纷纷以发展高温超导应用研究为主要方向。2001-2003年，中国着力提高高温超导线材技术，并生产出世界首条年产能力两百公里的铋系高温超导线材，其各项指标均位于世界首列，这也标志着中国高温超导线材产业化水平迈进世界先进行列，对增强我国国防装备现代化水平具有里程碑式的意义。而在2000年以前，铋系高温超导线材工业化及实用化技术仅被美国、日本、德国等少数国家掌握。 中日超导技术在能源电力系统上的应用比较 在我国“八五”、“九五”规划中就有这么一条：“发展我国超导科学技术，促进我国超导产业形成”，在高科技发展日新月异的津贴，这项计划具有重要意义。我国提出了分两步走的战略目标：第一步是实现高温超导实用化的战略目标，即在超导磁体和超导电子学上争取早日形成生产力。第二步是逼近高温超导体实用化的战略目标，积极地为实现这些战略目标而创造条件。可以预见，以高温超导、磁流体发电的新技术将以空前的广度和深度影响现有的工业局面和人们的日常生活。我国未来超导技术的发展重点之一在于发展安全可靠的高效超导电力系统：包括超导储能系统、超导限流器、超导电缆、超导变压器、超导电机和基于超导技术和现代电力电子技术与控制技术而产生的灵活功率变换和调节技术，基于超导电力技术
半导体和超导体
达标训练 基础·巩固 1.半导体不宜制作（） A.电阻 B.导线 C.晶体三极管 D.集成电路 解析：半导体有一定的电阻，用作导线易发热. 答案：B 2.用超导体不能制作的电器有（） A.电炉 B.发电机 C.电动机 D.计算机 解析：超导体无电阻，不产生热. 答案：A 3.若常温下的超导体能研制成功，它适于做以下哪些元件（） A.保险丝 B.输电线 C.电炉丝 D.电磁铁 解析：保险丝和电炉丝应用电流热效应.用超导体无法工作. 答案：BD 4.街道旁的路灯、江海里的航标灯都要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实行了自动控制，这是利用半导体的（） A.压敏性 B.光敏性 C.热敏性 D.三种特性都利用了 解析：半导体的电阻变化引起灯的亮、灭. 答案： B 综合·应用 5.超导现象是当今高科技的热点.当一块磁体靠近超导体时，超导体会产生强大的电流并且对磁体有排斥作用，这种排斥作用可以使磁体悬浮在空中，磁悬浮列车利用的就是这种原理.那么超导体产生强大电流的原因是（） A.超导体中磁通量很大 B.超导体中磁通量的变化率很大 C.超导体中电阻极小 D.超导体中电压很大 解析：磁悬浮列车需要强大的电流，只能利用超导体电阻小的特性维持电路中的电流. 答案：C 6.如图14-3-5所示，已知R1为半导体热敏电阻，R2与R3是普通电阻，当灯泡L的亮度变暗时，说明（） 图14-3-5 A.环境温度升高 B.环境温度降低 C.环境温度不变 D.都有可能 解析：灯泡变暗，灯泡中的电流变小， R1变大，说明环境温度降低. 答案：B 7.如图14-3-6所示，如果用超导体作灯丝制作电灯泡，把这样的电灯泡L和一个小阻值的电阻R串联接到电源电压恒为U的电路中，则下列说法中正确的是…（）