超導(dǎo)材料的研究進(jìn)展

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1、2012-2013學(xué)年第一學(xué)期材料概論論文姓名：謝中靜學(xué)號(hào)：20110513443班級(jí)：2011級(jí)材料化學(xué)超導(dǎo)材料摘要：超導(dǎo)是金屬或合金在較低溫度下電阻變?yōu)榱愕男再|(zhì)。超導(dǎo)材料是當(dāng)代材料科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)十分活躍的重要前沿，其發(fā)展將推動(dòng)功能材料科學(xué)的深入發(fā)展。高溫超導(dǎo)材料經(jīng)過(guò)近20年的研發(fā)，已經(jīng)初步進(jìn)入了大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化。隨著超導(dǎo)材料臨界溫度的提高和材料加工技術(shù)的發(fā)展，它將會(huì)在許多高科技領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。關(guān)鍵詞：超導(dǎo)高溫超導(dǎo)體進(jìn)展超導(dǎo)超導(dǎo)材料臨界溫度進(jìn)展引言：隨著社會(huì)的進(jìn)步，工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求量越來(lái)越大。但是，像石油、煤等能源儲(chǔ)備有限且不可再生。故而，如何在有限能源的條件下使社會(huì)

2、健康穩(wěn)步地發(fā)展，亦即如何做到可持續(xù)發(fā)展成了當(dāng)今人們亟需解決的問(wèn)題。對(duì)于這些問(wèn)題的解決方法，超導(dǎo)材料表現(xiàn)出了巨大的潛力。長(zhǎng)期以來(lái)，如何找到一種完全沒(méi)有電阻，能消除電能損耗的導(dǎo)電材料，一直是物理學(xué)家和材料科學(xué)工作者夢(mèng)寐以求的愿望。1911年，荷蘭物理學(xué)家卡麥林·昂尼斯首次意外地發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象：將水銀冷卻到接近絕對(duì)零度時(shí)，其電阻突然消失。這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為解決電路損耗帶來(lái)了福音。從此，對(duì)于超導(dǎo)材料的研究如火如荼。一、超導(dǎo)材料的概念超導(dǎo)材料是在低溫條件下能出現(xiàn)超導(dǎo)電性的物質(zhì)。超導(dǎo)材料最獨(dú)特的性能是電能在輸送過(guò)程中幾乎不會(huì)損失。超導(dǎo)材料的發(fā)展經(jīng)歷了從低溫到高溫的過(guò)程，經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)科學(xué)家的努力，超導(dǎo)材料的

3、研究已經(jīng)取得了巨大的發(fā)展。近年來(lái)，隨著材料科學(xué)的發(fā)展，超導(dǎo)材料的性能不斷優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的臨界溫度也越來(lái)越高。高溫超導(dǎo)材料的制備工藝也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，一些制備高溫超導(dǎo)材料的材料陸續(xù)被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)在，超導(dǎo)材料的研究主要集中在超導(dǎo)輸電線纜，超導(dǎo)變壓器等電力系統(tǒng)方面，還有，利用超導(dǎo)材料可以形成強(qiáng)磁場(chǎng)，是超導(dǎo)材料在磁懸浮列車的研究上有了用武之地，另外，超導(dǎo)材料在醫(yī)學(xué)，生物學(xué)領(lǐng)域也取得了很大的成就。超導(dǎo)材料的研究未來(lái)，超導(dǎo)材料的研究將會(huì)努力向?qū)嵱没l(fā)展。一旦室溫超導(dǎo)體達(dá)到實(shí)用化、工業(yè)化，將對(duì)現(xiàn)代文明社會(huì)中的科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生深刻的影響。二、超導(dǎo)材料的分類超導(dǎo)材料分為低溫超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)材料。1、低溫

4、超導(dǎo)材料何謂低溫超導(dǎo)材料？低溫超導(dǎo)材料是具有低臨界轉(zhuǎn)變溫度(Tc<3OK=在液氦溫度條件下工作)的超導(dǎo)材料，分為金屬、合金和化合物。具有實(shí)用價(jià)值的低溫超導(dǎo)金屬是Nb(鈮)，Tc為9.3K已制成薄膜材料用于弱電領(lǐng)域。合金系低溫超導(dǎo)材料是以Nb為基的二元或三元合金組成的β相固溶體，Tc在9K以上。低溫超導(dǎo)材料一般都需在昂貴的液氦環(huán)境下工作,由于液氦制冷的方法昂貴且不方便，故低溫超導(dǎo)體的應(yīng)用長(zhǎng)期得不到大規(guī)模的發(fā)展。低溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用分為：強(qiáng)電應(yīng)用，主要包括超導(dǎo)在強(qiáng)磁場(chǎng)中的應(yīng)用和大電流輸送；弱電應(yīng)用，主要包括超導(dǎo)電性在微電子學(xué)和精密測(cè)量等方面的應(yīng)用。2、高溫超導(dǎo)材料高溫超導(dǎo)體材料(HTS)具有超

5、導(dǎo)電性和抗磁性兩個(gè)重要特性。要讓超導(dǎo)體得到現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用，首先要有容易找到的超導(dǎo)材料。即主要研究方向就是尋找能在較高溫度下存在的超導(dǎo)體材料。高溫超導(dǎo)材料用途非常廣泛，大致可分三大類：大電流應(yīng)用、電子學(xué)應(yīng)用和抗磁性應(yīng)用。大電流應(yīng)用是由于超導(dǎo)材具有零電阻和完全的抗磁性，因此只需消耗極少的電能，就可以獲得的穩(wěn)定強(qiáng)磁場(chǎng)。超導(dǎo)體的基本特性之一是當(dāng)它處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)具有理想的導(dǎo)電性，同時(shí)由于其載流能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于常規(guī)導(dǎo)體，因此，利用超導(dǎo)體可以傳輸大電流和產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，并且沒(méi)有電阻熱損耗。電工設(shè)備的基本特點(diǎn)是大電流、強(qiáng)磁場(chǎng)和高電壓，因此在電工設(shè)備中使用超導(dǎo)材料可以減少電氣損耗、提高效率、縮小體積、減輕重量、降低成本

6、，還可以提高裝置的極限容量。顯然，超導(dǎo)材料的應(yīng)用給電工技術(shù)帶來(lái)了質(zhì)的飛躍，許多過(guò)去無(wú)法實(shí)現(xiàn)的電工設(shè)備由于采用超導(dǎo)技術(shù)而成為現(xiàn)實(shí)，或即將成為現(xiàn)實(shí)。我國(guó)電力資源和負(fù)荷分布不均，因此長(zhǎng)距離、低損耗的輸電技術(shù)顯得十分迫切。超導(dǎo)材料由于其零電阻特性以及比常規(guī)導(dǎo)體高得多的載流能力，可以輸送極大的電流和功率而沒(méi)有電功率損耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，按目前情況，如果將銅或鋁導(dǎo)改為超導(dǎo)體，光是在中國(guó)節(jié)省電能相當(dāng)于新建數(shù)十個(gè)大型發(fā)電廠。超導(dǎo)材料在這些方面的應(yīng)用是最誘人的。三、超導(dǎo)材料的發(fā)展應(yīng)用超導(dǎo)材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是不斷探求更高溫度的超導(dǎo)體，實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，使超導(dǎo)材料技術(shù)應(yīng)用更加廣泛。高溫超導(dǎo)材料經(jīng)過(guò)近20年的

7、研發(fā)，已經(jīng)初步進(jìn)入了大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化。目前超導(dǎo)材料正從研究階段向應(yīng)用發(fā)展階段轉(zhuǎn)變，且有可能進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。高溫超導(dǎo)體作為現(xiàn)在臨界溫度最高的一種超導(dǎo)體，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家對(duì)其展開(kāi)了大量的研究。但如何提高各項(xiàng)臨界參數(shù)，尤其是提高臨界溫度，仍然是高溫超導(dǎo)研究領(lǐng)域最大的難題。好在高溫超導(dǎo)體可以在液氮溫區(qū)實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，所以高溫超導(dǎo)體已具備了實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值。超導(dǎo)技術(shù)可應(yīng)用于能源、信息、交通、環(huán)保、化工、科學(xué)儀器、醫(yī)療技術(shù)、國(guó)防軍工等諸多領(lǐng)域，前