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《超導(dǎo)材料地地地研究進(jìn)展cjh》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案超導(dǎo)材料的研究進(jìn)展陳家豪（電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系）摘要：本文從概念、分類、研究進(jìn)展、應(yīng)用、發(fā)展趨勢等方面對(duì)超導(dǎo)材料特別是高溫超導(dǎo)材料進(jìn)行了綜述。關(guān)鍵詞：超導(dǎo)；高溫超導(dǎo)體；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)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題。電力工業(yè)，是發(fā)展進(jìn)步所不可或缺的。然而，常規(guī)電力設(shè)備和電力系統(tǒng)存在著一些自身的缺陷，阻礙了電力工業(yè)的發(fā)展。分析如下[1]：(1)隨著電網(wǎng)容量的增加和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力系
2、統(tǒng)的短路容量越來越大。不加限制的短路電流對(duì)電氣設(shè)備和正常的工業(yè)生產(chǎn)帶來很大的危害，還可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)的崩潰。(2)由于電力系統(tǒng)的“快速電能存取”這一環(huán)節(jié)非常薄弱，電力系統(tǒng)在運(yùn)行和管理過程中的靈活性和有效性受到極大限制。(3)常規(guī)電力系統(tǒng)的效率受到銅、鋁等基本導(dǎo)電材料的限制，要進(jìn)一步提高難度很大。(4)常規(guī)電氣設(shè)備占地面積大，而人口密集的大中城市正是負(fù)荷中心。(5)可再生能源如太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和潮汐能發(fā)電的能量密度低，且易受氣候條件的影響。(6)現(xiàn)有電力系統(tǒng)存在多電壓等級(jí)和交直流輸電共存的局面，電網(wǎng)經(jīng)歷了從局部小電網(wǎng)到區(qū)域大電網(wǎng)的發(fā)展過程，因此出現(xiàn)設(shè)備老化、超載嚴(yán)重、事
3、故增多、供電能力不足、線路損耗率高和電壓質(zhì)量低等多方面的問題。對(duì)于這些問題的解決方法，超導(dǎo)材料表現(xiàn)出了巨大的潛力。長期以來，如何找到一種完全沒有電阻，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)工作者夢寐以求的愿望[2]。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[3]。這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為解決電路損耗帶來了福音。從此，對(duì)于超導(dǎo)材料的研究如火如荼。下面，本文將從超導(dǎo)材料的概念、分類、研究進(jìn)展、應(yīng)用、發(fā)展趨勢等方面對(duì)超導(dǎo)材料進(jìn)行介紹。超導(dǎo)材料的概念1.1何謂超導(dǎo)精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案超導(dǎo)是超導(dǎo)電性的簡稱。是一種
4、材料，如某種金屬、合金或化合物在一定的溫度以下，電子可以無阻地流動(dòng)，電阻變?yōu)榱愕男再|(zhì)[4]。超導(dǎo)是一種宏觀量子現(xiàn)象，它在微觀上表現(xiàn)為費(fèi)米面附近的電子配對(duì)，同時(shí)建立長程位相相干進(jìn)而發(fā)生凝聚；在宏觀上超導(dǎo)態(tài)有兩個(gè)基本特征：即臨界溫度以下的零電阻率現(xiàn)象和完全抗磁性(邁斯納效應(yīng))[5]。1.2何謂超導(dǎo)材料超導(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程中幾乎不會(huì)損失[6]。而作為超導(dǎo)材料，它具有如下特性[7]：（1)超導(dǎo)電性。即對(duì)于某一種材料，如某種金屬、合金或化合物在一定的溫度以下，電子可以無阻地流動(dòng)，電阻變?yōu)榱愕男再|(zhì)。如前所述，超導(dǎo)電性是191
5、1年由荷蘭科學(xué)家昂尼斯發(fā)現(xiàn)的。（2)抗磁性。1933年德國科學(xué)家邁斯納發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體具有高抗磁性，使磁力線不能透入，人們稱之為邁斯納效應(yīng)。（3)約瑟夫效應(yīng)或超導(dǎo)隧道效應(yīng)。1962年，英國科學(xué)家約瑟夫從理論上預(yù)言：如果在兩塊超導(dǎo)體之間置一絕緣層(厚度約10埃)，絕緣層將會(huì)成為—個(gè)“弱”超導(dǎo)體，超導(dǎo)電流可在其中通過，形成隧道超導(dǎo)電流。約瑟夫的預(yù)言隨后為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。自20世紀(jì)60年代，超導(dǎo)材料的實(shí)用化就成為世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。超導(dǎo)材料有3個(gè)臨界參數(shù)：臨界溫度(Tc)、臨界磁場(Hc)和臨界電流密度(Jc)，即超導(dǎo)材料必須在一定條件下才能保持超導(dǎo)態(tài)，具有高臨界參數(shù)的超導(dǎo)材料才具有實(shí)
6、用化價(jià)值[8]。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。下面我們從低溫超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)材料的概念、性質(zhì)等方面對(duì)它們進(jìn)行簡單的介紹。0.1低溫超導(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[9]。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)用長期得不到大規(guī)模的發(fā)展[10
7、]。0.2高溫超導(dǎo)材料由于高溫超導(dǎo)體的誘人使用前景，人們一直在探索高溫超導(dǎo)體。從1911年到1986年，75年間從水銀的4.2K提高到鈮三鍺的23.22K，才提高了19K。1986精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案年，高溫超導(dǎo)體的研究取得了重大的突破。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一類新的氧化物陶瓷超導(dǎo)材料,其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度要比傳統(tǒng)超導(dǎo)材料高數(shù)十度,可在液氮溫度(-196℃)區(qū)間工作[11]。這一發(fā)現(xiàn)，大大降低了超導(dǎo)體制冷的成本，掀起了以研究金屬氧化物陶瓷材料為對(duì)象，以尋找高臨界溫度超導(dǎo)體為目標(biāo)的“超導(dǎo)熱”。目前，高溫超導(dǎo)材料指的是:釔系(92K)、鉍系(1
