高温超导体国内外现状
国外超导材料技术研发概况
新材料产业网 作者:管理员 2010-9-10 15:17:03 来源: 新材料产业网
超导材料技术是21世纪具有战略意义的高新技术，极具发展潜力和市场前景。世界各主要国家政府纷纷制订相关计划和加大研发投资，推动基础研究和产业化发展，竞争十分激烈。
一、美国
美国能源部（DOE）早在1988年就创建了超导计划，该计划将高科技公司、国家实验室和大学结合起来，进行具有高度复杂性的高温超导技术的应用研发工作，并在此基础上于1993年底制定了超导伙伴计划（Superconductivity Partnership Initiative，SPI）。SPI是整个超导计划的一部分，目的是加速高温超导（High temperature superconductors，HTS）电力设备走进市场。DOE在2001年9月24日宣布了新一轮的高温超导计划——SPI二期，投入总资金达1.17亿美元，支持高温超导商业化示范电缆、100MVA高温超导发电机、1000英尺、3相长距离高温超导输电电缆、高温超导变压器、高温超导核磁共振成像装置、超导飞轮储能装置、高温超导磁分离器等7个项目的研发。
2003年7月，DOE在公布的《‘Grid 2030’A National Vision for Electricity’s Second 100 Years》报告中，把高温超导技术列为美国电力网络未来30年中发展的关键技术之一。该计划制订了2010年、2020年和2030年美国在电力方面高温超导的发展目标（表1），其中在2020年前希望在HTS发电机、变压器和电缆方面具有显著改善，并完成长距离超导传输电缆；2030年前建成国家超导主干输电网络。
表1 美国DOE电力方面高温超导的发展目标
DOE于2005年1月发布了2005-2009财年的超导电力系统项目计划，主要涉及高性能、低成本高温超导线的研究、工业界的超导合作以及战略研究3个方面，并实施电力传输稳定性计划（Power Delivery
Reliability Initiative，PDRI）、导线设计与工程计划（Conductor Design & Engineering Initiative，CDEI）、低温学计划（Cryogenics Initiative）等。2005-2009财年高温超导电缆和器件的发展目标如表2。
表2 2005-2009财年高温超导电缆和器件发展目标
2006年6月，DOE发布了超导技术基础研究需求报告，指出了超导技术在应用、涡旋物质（vortex
matter）、超导理论、新现象和超导材料5个方面的基础研究挑战，明确了新超导体的探索与发现、原子级超导体的结构与性能控制、优化超导材料输电能力、理解和开发竞争电子相、超导性能与超导体理论预测、揭示高Tc超导性的基本理论、发展涡旋物质科学等未来7个优先研究方向，以及合成、表征、理论集成新工具和超导支撑材料2个交叉研究方向。表3为美国超导技术基础研究现状与挑战，表4为DOE确定的未来优先研究方向和面临的挑战。
表3 超导技术基础研究现状与挑战 表4 优先研究方向和挑战
DOE电力传输与能源可靠性局2001年设立了分布式能源项目，超导磁体能源存储技术是能源存储系统的关键技术之一。电力传输与能源可靠性局2009财年的预算申请额为1.34亿美元，用于对电力传输与分布系统进行现代化改造，使其更加安全、可靠、高效。2009财年预算分配1.002亿美元用于超导电缆和储能技术的研发活动，以增强电网稳定性、减少运行中断的频率和持续时间并提高效率。
美国有众多的研究机构和研究小组从事超导材料技术的研发工作，特别是DOE的一些国家实验室，表5简单列出了美国主要超导材料技术研发机构及其研究方向。
表5 美国主要超导材料技术研发机构及其研究方向
二、日本
日本在1987年9月建立了Super-GM（Engineering Research Association for Superconductive
Generation Equipment and Materials）计划，其长期目标是发展超导电动机及相关的电力应用。1988年，日本成立了国际超导产业技术研究中心（International Superconductivity Technology Center，ISTEC），致力于有关超导技术的调查研究和基础研究开发以及国际交流的促进。
为推动日本产业进行持续和独立自主的技术创新，保持竞争优势，日本经济产业省2005年3月首次制定了国家层面的“战略技术路线图”，确定了20项战略重点技术；2006年4月，又新增了超导技术、能源、癌症对策及人性化技术等4项战略重点技术；2007年又增至25项，分属信息与通讯、生命科学、环境与能源、纳米技术与材料、制造业等5个领域。
超导技术的战略路线图提出了要在2020年实现超导技术为社会服务的前景。其进度预期为：2010年大多数超导技术开始进入应用，而在2020年达到普及。由于超导技术牵涉面广，该路线图分为4个部分：①能源电力（发电技术、输配电技术、能源储存技术）；②工业交通（磁场应用技术、计测仪器技术、发动机技术、列车用变压器技术）；③医疗诊断（磁体应用技术、加速器应用技术、高频器件技术、SQUID应用技术）；④信息通讯（计算机网络机器技术、无线存取访问机器技术、计测仪器技术）。同时，把超导线材、块材、器件以及制冷与低温技术作为公共基础技术划分出来。日本超导技术战略路线图明确阐述了超导技术每一个领域所要发展的核心技术及其时间表。
日本新能源产业综合技术开发机构（NEDO）对超导技术研究项目进行了大力支持，近年开展的超导技术研究项目见表6。表7为日本超导材料技术主要组织及其研发方向。
表6 NEDO超导技术研究项目
表7 日本超导材料技术主要组织及其研发方向
三、欧洲
欧洲为促进超导电力技术和超导材料技术的发展，也批准了超导电力联接计划（SUPERPOLI计划）和欧洲超导技术公司合作计划（CONECDUC计划）的实施。欧盟于1997年开展了超导电性欧洲网（European
Network of Superconductivity，SCENET），共分为2个阶段，第一阶段为1997-2001年，第二阶段为2002-2006年，研发基金由欧盟提供，共涉及14个欧洲国家的42个学术机构和21工业卓越中心。目标是为欧洲超导研究区建立一个组织，收集和传播超导信息，进行研究和预测，为技术和科学讨论提供一个平台，促进科技转让，并提升产业界和学术界沟通。
2007年，欧洲基金会（European science foundation，ESF）发布了2007-2012年的超导纳米科学与工程项目计划（Nanoscience and Engineering in Superconductivity，NES），涉及15个欧洲国家、68个研究团队，项目共分为5个主题：①纳米尺度超导电性演变，纳米孔等有限区域超流态；②超导态－正常态（SN）和超导态－磁态（SM）混合纳米系统的超导性；③纳米结构超导体和SN/SM混合纳米系统的受限通量（Confined flux）；④弱耦合超导冷凝物的Josephson效应和隧道效应；⑤磁通量子、超导器件基本原理研究。NES综合研究设施和技术包括5个层次：第一层为现代样品制备和纳米结构技术；第二层为涡旋可视化局部探针技术和纳米尺度冷凝物波动函数成像；第三层为下一代共享研究设施；第四层为新应用开发的实验平台；第五层为理论方法和技术。表8为欧洲主要研发机构及其研发方向。
表8 欧洲主要研发机构及其研发方向
四、韩国
韩国政府在启动“21世纪前沿研发计划”（21C Frontier R&D Program）时，明确表示要选择一些高新技术与产业，加大力度开发，以期望得到快速改变。2001年7月，韩国科技部成立了超导应用技术中心（Center for Applied Superconductivity Technology ，CAST）作为21世纪前沿研发计划中的一部分，主要任务就是发展、促进和利用商业化超导技术，负责管理“应用超导技术发展先进能源系统”计划（Development of Advanced Power system by Applied Superconductivity technologies，DAPAS）的实施。
DAPAS计划在2011年前发展和商业化HTS线、以及超导地下电缆、变压器、限流器、马达等超导能源设备，为社会贡献一个环境良好、能源损耗小且高等级信息社会的能源架构体系。表9和表10分别为DAPAS的阶段目标和工作分工，DAPAS计划发展路线图见图2。在DAPAS实施过程中，韩国电工技术研究院（KERI）是领导实施的独立机构，负责拟定研究目标和实施计划、挑选和评审各个项目，包括对外商授权委托提供超导线材和招标引进国外超导技术。KERI将以10年的时间完成韩国的商业化高温超导产品研制，并实现超导线材的自供能力。
表9 DAPAS阶段目标
表10 DAPAS计划工作分工
图2 DAPAS计划发展路线图
五、其它国家
澳大利亚、以色列等国家对超导材料技术的研究也由来已久，并且也取得了一定的成绩。
澳大利亚伍仑贡大学超导和电子材料中心主要从事超导和电子材料的研究，目标是建立世界一流的材料技术与制造多学科研究团队，提高新兴材料技术的商业化发展潜力，强化和发展国际合作关系，提供良好的大学生教育和培训。主要研究小组有应用超导小组、能源储存小组、自旋和电子材料小组、薄膜技术小组、纳米结构小组和Tweahertz科学与固态物理小组。超导材料技术方面的主要研究有：HTS技术与应用，HTS和MgB2线材带材制作与应用，HTS和MgB2超导体的微结构、通量钉扎和临界电流密度，HTS和MgB2超导体粉末工艺和表征，HTS薄膜技术等。
以色列魏茨曼科学研究院超导实验室专注于研究超导体，主要兴趣在于涡旋动力学和涡旋物质相图，在材料方面，主要是常规超导体和高Tc超导体。该实验室配备有多种低温和电子系统，具备利用砷化镓分子束外延、光学和电子束光刻技术制造霍尔传感器的能力。主要研究项目有：“多孔”涡旋物质熔化；无序诱导涡旋晶格熔化的温度变化；涡旋晶格熔化转变可视化；剪切诱导涡旋退耦；涡旋物质动态稳定性和记忆效应；Corbino磁盘形状无序驱动转变和涡旋不稳定等。
基于第二代高温超导带材的高载流超导导体研究进展
基于第二代高温超导带材的高载流超导导体研究进展
王银顺
【摘 要】由于其高临界电流密度以及优越的机械性能和电磁特性,第二代高温超导带材(也叫涂层导体)在高温低场的电力传输和低温高场下的磁体应用具有广阔的应用前景.在电力传输的低场应用中,高温超导导体在低电压大容量场合需要几千安培甚至上万安培的传输电流.在大型高场磁体应用方面,为了避免由于过高电感在磁体失超和快速关断过程中的感应高压问题,大载流容量、高电流密度高温超导导体在运行于4.2K及以下温度的大型高场超导磁体方面具有很好的应用前景.近年来,基于第二代高温超导带材,国际上相继提出了几种高载流容量的高温超导导体,本文介绍几种高温超导导体的结构及研发现状和进展,并对其结构、性能和工艺进行简单的比较和评述.%The second-generation high-temperature superconductors
(HTS) tapes,so called REBCO coated conductor (CC),are attractive for
power transmission at liquid nitrogen temperature and high-field
application at low temperatures because of their high critical current
density and the excellent mechanical performance as well as electro-magnetic characteristics.For the former application,high-current cables or
conductors made from HTS tapes with capacity of tens kA up to more than
100kA are desirable.In the latter application,high-current HTS conductors
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
JournalofCAEITVol.3No.2
Apr.2008
收稿日期
:20072
092
10 修订日期
:20072
122
04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
:16732
5692(
2008)
022
1222
06
StatusofResearchinHighTemperatureSuperconductivity
TechnologyinChina
YANGTian2
xin,XIEYi2
li,HULai2
ping,WANGSheng2
wang,WANGXian2
hua
(
The16thResearchInstituteofCETC,Hefei230043,China)
Abstract:Thepaperdescribesthestatusofresearchanddevelopmentofhightemperaturesuperconduc2
tivity(
HTS)
technologyinChinafromsuchthreeaspectsashightemperaturesuperconductivitymaterial
andsuperconductivitythinfilmtechnology,powerapplicationsofsuperconductivity,andapplicationof
超导材料论文
超导材料研究综述
研究的目的与意义:超导材料是一种具有超导特性的新型材料,它在一定低温条件下能排斥磁力线并且呈现出电阻为零的现象。超导材料由于具有零电阻、完全抗磁性和超导隧道效应等优异的特性,高温超导材料的用途非常广阔,大致可分为三类:大电流应用、电子学应用和抗磁性应用。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。
国内外发展现状:随着一代及二代高温超导材料的产业化,超导材料的应用形势也逐渐明朗起来。本文即从超导材料产业化最新动态入手,比较了一代及二代高温超导材料的优劣势,对两代超导材料的应用前景进行了分析,并详细介绍了超导在舰船及风电领域的应用动态,而上述领域被业界普遍认为是最有可能率先实现超导应用的两大领域。实验方法:为了合理解释含稀土离子的高温超导材料的电子顺磁共振谱,从晶体场理论出发,给出晶体材料中稀土离子的微扰公式,阐述了高温超导材料中稀土Kramers离子的自旋哈密顿参量理论,并计算给出了稀土离子Re3+的电子顺磁共振(electron paramagnetie resonance,EPR)参量g因子和超精细结构常数A。计算结果与实验谱线符合较好,说明所采用的微扰公式和理论处理方法是有效和合理的。
结论:研究表明,对高温超导材料中Re3+的自旋哈密顿参量进行精确解释,通常应该考虑到二阶微扰项的贡献。由于高温超导材料具有零电阻性、通电能力强、体积小、重量轻和完全抗磁性等特性,随着社会节能减排压力的日益增加和社会深层次发展的需求,其应用范围将从大功率输电电缆、电机等技术领域,逐步进入有色金属方面的研究。在国家"十二五"发展规划的高端装备制造业中,高品质工业铝型材产品是实现大飞机、汽车、轨道交通列车、航天、军工、船舶等工业先进装备技术升级和国产化目标的关键基础材料。由于使用铝合金装备的轨道交通机车可降低车辆质量50%,实现节能约12%,增加运力10%左右,加之发达国家铝合金型材加工水平发展较快,铝合金在车体质量中的比重不断增加。随着铝型材部件机械强度的提高,薄壁型材的应用已经拓展至各个发展方向。利用传输矩阵法研究了按分形三分Cantor序列构成的一维超导光子晶体的传输特性。数值结果表明,与传统电介质材料构成的光子晶体的频谱不同,这种光子晶体频谱没有展现出自相似性。此外,当构成光子晶体的两种材料的光学厚度相同时,光子晶体的频谱具有明显的周期性,并且在光子带隙中间成对地出现缺陷模。这种特性可以用于设计通道滤波器。电磁发射和超导技术都是目前研究的热点,将超导技术运用于电磁发射技术是未来的研究方向。结合电磁线圈发射原理,分析了电磁线圈发射在储能密度、触发开关和驱动线圈绝缘强度等方面存在的技术难题,分别探讨了超导储能、超导开
高温超导研究的新进展
高温超导研究的新进展
高温超导是指在较高温度下（通常指大于液氮温度77K），某些材料的电阻率突然降至很低甚至为零，成为一种具有重大科学意义和广泛工程应用前景的现象。近年来，高温超导研究在材料科学、物理学以及能源等领域取得了不少重要进展。
一、高温超导研究历程
高温超导现象最早是由荷兰物理学家康斯坦提·欧恩斯（K.
Alex Müller）和瑞士物理学家约翰·乔治·贝德诺兹（J. Georg
Bednorz）于1986年在锗铁酸钡（BaLaCuO）的研究中发现的。这一现象一度被认为是科学界的“圣杯”，但是长期以来一直没有得到有效的解释以及简单的制备方法。
二、新的突破和发现
1. 单层LaNiO3对CuO2平面中的动力学有限制效应
在2021年，《自然·物理学》杂志发表了研究员金涛团队的一篇文章，报道了单层LaNiO3对铜氧平面中的超导动力学有限制效应。他们在CuO2平面上叠加了LaNiO3单层，发现这种单层LaNiO3可以抑制CuO2平面中的电子运动，从而限制了氧空位的移动，降低了超导的温度。这项研究为超导体的材料设计提供了新思路。
2. 发现新型铁基超导体
2019年，清华大学物理系学者熊经平等人发现了一种新型铁基超导体KFe2As2，其临界温度达到了55K，创造了铁基超导材料的新纪录。熊经平教授认为这种新型铁基超导体的发现为研究人员提供了一个新的研究方向。
3. 《科学》杂志报道发现新型高温超导体
3月25日，《科学》杂志发表题为“结构相变驱动高温超导”的研究论文，其中报道了一种新型高温超导体，该超导体的临界温度达到了50K，使得此类材料的发现人们对超导现象的理解有了更深刻的认识。
三、高温超导研究的未来
高温超导材料的研究早已走上了多样化的路线，有人从传统的寻找新的高温超导材料的角度出发，不断地开展材料的模拟探究；也有人从理论的角度入手，理解高温超导现象的本质以及对其他重要性质的影响；更有人致力于发展高温超导材料的技术，使得它在能源等领域得到广泛的应用。
高温超导体的应用前景
高温超导体的应用前景
随着科技的不断发展，超导材料作为一种重要的新材料，被越来越广泛地应用于许多领域。其中，高温超导体的应用前景尤为广泛，因为其具有许多独特的优点，可以在许多领域中发挥重要的作用。本文将从几个方面来探讨高温超导体的应用前景。
一、电力领域
在电力领域，高温超导体可以用于输电线路、电缆和变压器中。相比于传统的电力设备，高温超导体具有更高的输电效率、更小的能量损失和更小的占地面积。这些优点在高压长距离输电中尤为明显，可以大大降低电能传输的成本。此外，高温超导体的磁场强度很高，可以用于制造超导电机和发电机，这些设备可以在大规模的能源转换中提高效率。
二、交通领域
在交通领域，高温超导体可以应用于磁悬浮列车、磁悬浮飞行器和磁悬浮轮椅等设备中。由于高温超导体的磁场强度很高，可以产生强大的磁力，因此可以用于磁浮设备的悬浮和推进。此外，高温超导体还可以用于超导磁体，这些磁体可以在低温下产生强烈的磁场，被用于制造MRI等医疗设备。
三、信息领域
在信息领域，高温超导体可以用于制造超导高速电子元器件和量子计算机。在传统电子元器件中，电阻是影响器件性能的重要因素之一。而高温超导体的电阻极低，可以用于制造高速、高灵敏度的电子元器件。另外，高温超导体还可以用于制造量子计算机中的超导量子比特。这些量子比特具有更高的稳定性和更快的计算速度，因此是实现量子计算机的重要组成部分。
四、环保领域
在环保领域，高温超导体可以用于制造超导膜和超导酸碱沉淀分离技术。由于高温超导体的超导电性质，可以实现高效的电子传输和激子传输，因此可以用于制造高效的分离膜，被广泛应用于化学、医药、环保等领域。
总之，高温超导体具有极高的科技含量和应用价值，其应用前景广阔。我们可以预见，在未来的几年中，高温超导体的应用将成为科技领域的焦点之一，推动人类社会走向更加先进和科学的未来。
高温超导技术应用和前景展望
Ｎｏ．２１，２０１０ 现代商贸工业 Ｍｏｄｅｒｎ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｔｒａｄｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ２０１０年第２１期
高温超导技术应用和前景展望
李立峰
（海南师范大学物理系，海南海口５７１１５８）
摘要：简要介绍了高温超导材料（ＨＴＳ）的发现历程，
技领城中的应用发展现状。 关键词：高温超导材料；应用；磁悬浮；电缆 中图分类号：ＴＱ 文献标识码：Ａ
自１９８６年以来，高温超导材料（ＨＴＳ）的发现，再一次 掀起了研究高温超导材料（ＨＴＳ）及其他实用材料的热潮。
经过将近二十年的发展，己形成工艺成熟的第一代ＨＳＴ带 材，目前正在发展的第二代ＨＳＴ带材一１ＹＢＣＯ涂层导体， 近一步强化了ＨＴＳ带材在各领域（电力、磁悬浮）中的应
用。根据ＩＥＡ（国际能源协会）对中国能源需求的预测，提 出中国将于２０１０年前后超过欧洲，２０２１年左右超过美国。
因此在能源供给方面只有主要依靠自己的力量。而高温超
导材料（ＨＴＳ）的一些特性正好能为我国发展低碳经济、解 决能源问题提供有效的技术支撑。
１ 高温超导体的发现历程
自１９１１年荷兰物理学家卡末林・昂内斯（Ｈ．Ｋ．
Ｏｎｎｅｓ）发现恭（Ｈｇ）的超导电性以来，随着越来越多的超导 体被发现并带人人类的视野，经历了从简单到复杂、由一元 系到二元系、以及多元系的过程。随后在１９５８年至１９８６年 间，也就是高温氧化物Ｕ－Ｂａ－Ｃｕ－０被发现之前，人类对超导 应用技术准备性的探索阶段，许多国家加大实验室规模上， 大力尝试了超导的应用。随后，在１９５３至１９７３年间，发现
了如Ｔ。＞１７的Ｎｂ３Ｓｎ等超导体。而苏黎世科学家Ｊ．Ｇ．
Ｂｅｎｄｎｏｒｚ等人在１９８６年发现的镧银铜复合氧化物达到 ３ＯＫ，突破了传统的ＢＣＳ理论引起了世界范围的巨大反响。
１９８７年，美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤等人
相继发现忆一钡一铜Ｇ一氧的氧化物超导体，把Ｔｅ提高到 ９０Ｋ以上，同时液氮的禁区也奇迹般地被突破了７７Ｋ。直
超导电性及其应用的研究现状和前景
第24卷第5期丽水师范专科学校学报2002年10月Vol.24 No.5JOURNALOFLISHUITEACHERSCOLLEGEOct.2002
超导电性及其应用的研究现状和前景X
任清褒, 朱维婷
(丽水师范专科学校物理系,浙江丽水,323000) 摘要:比较系统地回顾了高温超导材料的研究进展,简要综述了超导体的基本特征和超导电性的微观机理,并有选择性地介绍了一些影响比较大或者技术比较成熟的超导应用,同时明确指出目前对于高温超导电性的认识在理论、实验观察和应用研究上都是初步的,还需要进行更多的和更深入全面的研究。关键词:临界温度Tc;零电阻性;完全抗磁性(Meissner效应);Josephson效应;应用中图分类号:O511 文献标识码:A 文章编号:1008-6749(2002)05-0031-07
1 引言1908年,荷兰莱登实验室在Onnes的指导下,经过长期努力后实现了氦气的液化,从而使实验温度可低到4~1K的极低温区,并开始在这样的低温区测量各种纯金属的电阻率。1911年,Onnes[1]发现Hg的电阻在4.2K时突降到当时的仪器精度已无法测出的程度,即Hg在一确定的临界温度Tc=4.15K以下将丧失其电阻。随后,人们在Pb及其它材料中也发现这种特性: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。应该指出,只是在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。直到20世纪50年代,超导只是作为探索自然界存在的现象和规律在研究,1957年Bardeen、Cooper和Schrieffer[2]提出了著名的BCS理论,揭示了漫长时期不清楚的超导起因。1954年Matthias发现新型的A-15型超导化合物Nb3Sn,1961年Kunzler将Nb3Sn制成高场磁体,开辟了超导在强电中的应用,特别是1962年Josephson效应的出现,将超导应用推广到一个崭新的领域。到20世纪70年代超导在电力工业和微弱信号检测应用方面的进展显示了它无比的优越性,例如用超导线材成功地获得了近20T高磁场,从而在电能输送、磁流体发电、超导磁悬浮列车等方面的研究、试制不断推进;用Josephson效应做出的超导量子干涉器(简称SQUID)可分辨10-15T磁场,它立即应用到国防、探矿、地震预报、生物磁学等方面,交流Josephson器件用到射电天文、电压基准监视等领域,显示出其它器件与之不可比拟的性能。但由于Tc低,必须使用液氦,大大地限制了它的优越性。从20世纪70年代起人们就将注意力转向寻找高Tc(液氮温区)超导体,在周期表上排列、组合成各种二元、三元合金或化合物,但进展一直不大,人们又去找四元化合物,仍无成效,1973年找到的最高Tc是23.2K的Nb3Ge薄膜,此后到1985年这个记录一直保持不变。2 高温超导材料的研究进展直至1986年,对于Tc,人们一直相信BCS的论断:超导电性不可能在30K以上的温度出现。1986年4月当瑞士苏黎世的IBM研究室的学者Bednorz和Muller[3]报道了La-Ba-Cu-O体系的超导转变温度为36K时,人们是多么的激动,从而在世界范围内掀起了研究、探索高温超导材料的热潮。最引人注目的突破性进展是几个系列高Tc超导氧化物的相继问世。1986年,Tc=20~40K的La2-xMxCuO4+D(其中M=Ba、Sr和Ca)系列氧化物超导体相继被发现和报道。1987年初,美国的朱经武等[4]和中科院物
高温超导材料
高温超导材料
摘要：简要介绍了高温超导材料及其发展历史，对超导材料的发展现状和用途进行说明，对目前超导材料的主要研制方法进行了分析。
关键词：超导材料 研究进展 高温 应用
一、 高温超导材料的发展背景及其发展历史
高温超导体通常是指在液氮温度（77 K）以上超导的材料。人们在超导体被发现的时候（1911年），就被其奇特的性质（即零电阻，反磁性，和量子隧道效应）所吸引。但在此后长达七十五年的时间内所有已发现的超导体都只是在极低的温度（23 K)下才显示超导，因此它们的应用受到了极大的限制。
高温超导材料一般是指临界温度在绝对温度77K以上、电阻接近零的超导材料，通常可以在廉价的液氮（77K）制冷环境中使用，主要分为两种：钇钡铜氧（YBCO）和铋锶钙铜氧(BSCCO)。钇钡铜氧一般用于制备超导薄膜，应用在电子、通信等领域；铋锶钙铜氧主要用于线材的制造。
1911年，荷兰莱顿大学的卡末林·昂尼斯意外地发现，将汞冷却到-268.98°C时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林·昂尼斯称之为超导态，他也因此获得了1913年诺贝尔奖。
1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质，当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导状态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。
自卡麦林·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(Tc)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年柏诺兹和缪勒发现了35K 超导的鑭钡铜氧体系。这一突破性发现导致了更高温度的一系列稀土钡铜氧化物超导体的发现。通过元素替换，1987年初美国吴茂昆（朱经武）等和我国物理所赵忠贤等宣布了90K钇钡铜氧超导体的发现，第一次实现了液氮温度（77 K）这个温度壁垒的突破。柏诺兹和缪勒也因为他们的开创性工作而荣获了1987年度诺贝尔物理学奖。
国内外高温超导材料的研究发展概述
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（材料科学与工程学院，中国计量学院，浙江 杭州，310018）
摘 要
超导材料技术是21世纪具有战略意义的高新技术，极具发展潜力和市场前景。本文主要从美国、日本、欧洲国家、韩国等国外国家的相关研发计划、政策以及主要科研机构的研发概况出发，结合中国发展现状阐明目前国内外超导材料技术的研究政策和方向。
关键词：超导材料技术；超导计划；超导应用；超导发展；研究方向
中图分类号： 文献标识码： 文章编号：
The development and application of high temperature
superconducting materials
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（College of material science and engineering, China Jiliang University, Zhejiang
Hangzhou 310018）
Abstract
Superconducting materials and technologies are strategically high-tech in the 21st
century, and have highly potential andmarketprospects. This paperanalyzed the R&D
programs and policies of the United States, Japan, European countries, SouthKorea,
as well as R&D priorities of major scientific research institutions, introduced the
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。