材料的超导电性

材料的超导电性20114620105王娟材料的超导电性

目录定义特性性能指标科学研究应用一.超导电性的定义

什么是材料的超导电性呢？ 材料在一定的低温下突然失去电阻的现象称为超导电性。 当超导体被冷却到临界温度之下时，表现出零电阻并且抵御磁场穿过。温度高于临界，又回到常态。二.超导体的特性零电阻特性抗磁性同位素效应1.零电阻RealityIdentityCreativity

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。2.抗磁性

超导体的另一个特性是完全抗磁性，即处于超导状态的材料，磁感应强度B始终为零，也称迈斯纳（Melssner)效应。因此，超导体具有屏蔽磁场和排除磁通的性能。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。

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.超导体的三个性能指标2.临界磁场1.临界温度200320043.临界电流（临界电流密度）1.临界温度-ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.

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。2.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。3.临界电流和临临界电流度密ClicktoaddTitleClicktoaddTitle

通过超导材料的电流达到一定数值会使超导态破坏而转变为正常态，以Ic表示。临界电流I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条件，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起，直到1986年物理学家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，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，米勒和贝德诺尔茨因此荣获1987年诺贝尔物理学奖。四.超导体的分类合金材料超导元素超导化合物超导材料按其化学成分可分为：1.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。2.合金超导材料

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。

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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。3.超导化合物 例如：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. 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。TitleinhereTitleinhere主要研究混合态区域的磁通线运动的机理，不可逆性质、起因及其与磁场和温度的关系，临界电流密度与磁场和温度的依赖关系及各向异性。五.超导电性的科学研究非常规超导体磁通动力学和超导机理

超导机理研究侧重于研究正常态在强磁场下的磁阻、霍尔效应、涨落效应、费米面的性质以及T<Tc时用强磁场破坏超导达到正常态时的输运性质等。

对有望表现出高温超导电性的体系象有机超导体等以及在强电方面具有广阔应用前景的低温超导体等，也将开展其在强磁场下的性质研究。

六.超导体的应用20042006

中国北京大学成功地用液氮进行超导磁悬浮实验。美国华裔科学家又发现在氧化物超导材料中有转变温度为240K的超导迹象。鹿儿岛大学工学部发现由镧、锶、铜、氧组成的陶瓷材料在14℃温度下存在超导迹象。

高温超导体的巨大突破，以液态氮代替液态氦作超导制冷剂获得超导体，使超导技术走向大规模开发应用。氮是空气的主要成分，液氮制冷机的效率比液氦至少高10倍，所以液氮的价格实际仅相当于液氦的1/100。

液氮制冷设备简单，因此，现有的高温超导体虽然还必须用液氮冷却，但却被认为是20世纪科学上最伟大的发现之一。

超导材料具有的优异特性向人类展示了诱人的应用前景。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约，这首先是它的临界参量，其次还有材料制作的工艺等问题（例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺问题。）超导材料的应用主要有：

利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等；可制作电力电缆，用于大容量输电（功率可达10000MVA）；可制作通信电缆和天线，其性能优于常规