超导材料的应用和发展

超导材料的应用和发展 摘要:自超导发现至今，超导的研究和超导材料的研制已迅速发展，超导的临界温度已从开始的几开升至几十开甚至一百多开;而且超导材料的物质结构及性质已逐渐研究清楚。以液态氮温度下低温超导材料的研究与发展获得了成功，且已实现商品化，在医疗、电子输送、运输等方面获得应用;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，人们将很快会感受到它给社会带来的巨大变革。 关键词:超导材料 高温超导材料 低温超导材料 超导材料应用 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(superconducting material)。自超导发现至今，超导的研究和超导材料的研制已迅速发展，超导的临界温度已从开始的几开升至几十开甚至一百多开;而且超导材料的物质结构及性质已逐渐研究清楚。以液态氮温度下低温超导材料的研究与发展获得了成功，且已实现商品化，在医疗、电子输送、运输等方面获得应用 1 超导材料的研究进展 1911年，荷兰物理学家昂尼斯(1853,1926)发现，水银的电阻率并不象预料的那样随温度降低逐渐减小，而是当温度降到4.15K附近时，水银的电阻突然 降到零。某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体。超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度)TC。现已发现大多数金属元素以及数以千计的合金、化合物都在不同条件下显示出超导性。如钨的转变温度为0.012K，锌为0.75K，铝为1.196K，铅为7.193K。 超导体得天独厚的特性，使它可能在各种领域得到广泛的应用。但由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。人们一直在 (2K提高到铌三锗探索高温超导体，从1911年到1986年，75年间从水银的4 的23(22K，才提高了19K。 1986年，高温超导体的研究取得了重大的突破。掀起了以研究金属氧化物陶瓷材料为对象，以寻找高临界温度超导体为目标的“超导热”。全世界有260多个实验小组参加了这场竞赛。 1986年1月，美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世实验室科学家柏诺兹和缪勒首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体，将超导温度提高到30K;紧接着，日本东京大学工学部又将超导温度提高到37K;12月30日，美国休斯敦大学宣布，美籍华裔科学家朱经武又将超导温度提高到40(2K。 1987年1月初，日本川崎国立分子研究所将超导温度提高到43K;不久日本综合电子研究所又将超导温度提高到46K和53K。中国科学院物理研究所由赵忠贤、陈立泉领导的研究组，获得了48(6K的锶镧铜氧系超导体，并看到这类物质有在70K发生转变的迹象。2月15日美国报道朱经武、吴茂昆获得了98K超导体。2月20日，中国也宣布发现100K以上超导体。3月3日，日本宣布发现123K超导体。3月12日中国北京大学成功地用液氮进行超导磁悬浮实验。3月27日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。很快日本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。 2超导材料的主要特性 2(1 零电阻效应 材料在一定温度以下，其电阻为零的现象称为材料的超导电现象。在一定温度下具有零电阻超导电现象的材料，称为超导体(Superconductor)。1911年荷兰著名低温物理学家昂纳斯(H.K.Onnes)发现在T,4.1k下汞具有超导电性。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;当电阻减小到R/2时的温度称为中点温度T;当电阻减小至零时的温度为零SnM 电阻温度T。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0 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。 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。 2(2 迈斯纳效应 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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明超导体是完全抗磁体，这个现象称为迈斯纳效应。 迈斯纳效应示意图 实验表明，超导态可以被外磁场所破坏，在低于T的任一温度T下，当外C 加磁场强度H小于某一临界值H时，超导态可以保持;当H大于H时，超导态CC会被突然破坏而转变成正常态。临界磁场强度H，其值与材料组成和环境温度等C 有关。 超导材料性能由临界温度T和临界磁场H两个参数决定，高于临界值时CC 是一般导体，低于此数值时成为超导体。 2 .3 同位素效应 超导体的临界温度T与其同位素质量M有关。M越大，T越低，这称为同CC位素效应。论文参考。例如，原子量为199.55的汞同位素，它的T是4.18开，C而原子量为203.4的汞同位素，T为4.146开。M与T有近似关系: CC ,常数 2 .4 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。 当通以低于临界电流值I时，在绝缘薄层上的电压为零，但当电流I>I时，00会从超导态转变为正常态，出现电压降，呈现有阻态，这种器件具有显著的非线性电阻特性，可制成高灵敏度的磁敏感器件，应用在超高速计算机等场合。 2.5基本临界参考量 临界温度 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。 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。 临界电流和临界电流密度 通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破态而转变为正常态，以Ic表示。Ic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(Hg，Tc=4.2K)起，直到1986年以前，人们发现的最高的 Tc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Tc提高到35K。之后仅一年时间，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，米勒和贝德诺尔茨也因此荣获1987年诺贝尔物理学奖金。 3(超导科学研究 3.1非常规超导体磁通动力学和超导机理 主要研究混合态区域的磁通线运动的机理，不可逆线性质、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。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 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 包括:有机铁磁性的结构和来源 可用作超导材料的金属在周期表上的分布 ;有机(包括富勒烯)超导体的机理和磁性;强磁场下二维电子气中非线性元激发的特异属性;低维磁性材料的相变和磁相互作用;有机导体在磁场中的输运和载流子特性;磁场中的能带结构和费米面特征等。 3.3强磁场下的半导体材料的光、电等特性 强磁场技术对半导体科学的发展愈益变得重要，因为在各种物理因素中，外磁场是唯一在保持晶体结构不变的情况下改变动量空间对称性的物理因素，因而在半导体能带结构研究以及元激发及其互作用研究中，磁场有着特别重要的作用。通过对强磁场下半导体材料的光、电等特性开展实验研究，可进一步理解和把握半导体的光学、电学等物理性质，从而为制造具有各种功能的半导体器件并发展高科技作基础性探索。 3.4强磁场下极微细尺度中的物理问题 极微细尺度体系中出现许多常规材料不具备的新现象和奇异特性，这与这类材料的微结构特别是电子结构密切相关。强磁场为研究极微细尺度体系的电子态和输运特性提供强有力的手段，不但能进一步揭示这类材料在常规条件下难以出现的奇异现象，而且为在更深层次下认识其物理特性提供丰富的科学信息。主要研究强磁场下极微细尺度金属、半导体等的电子输运、电子局域和关联特性;量子尺寸效应、量子限域效应、小尺寸效应和表面、界面效应;以及极微细尺度氧化物、碳化物和氮化物的光学特性及能隙精细结构等。 3.5强磁场化学 强磁场对化学反应电子自旋和核自旋的作用，可导致相应化学键的松弛，造成新键生成的有利条件，诱发一般条件下无法实现的物理化学变化，获得原来无法制备的新材料和新化合物。强磁场化学是应用基础性很强的新领域，有一系列理论课题和广泛应用前景。近期可开展水和有机溶剂的磁化及机理研究以及强磁场诱发新化学反应研究等。 3 超导材料及应用 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。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 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 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)。到80年代，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，其性能优于常规材料。?利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。?利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比 ,20倍，功耗只有四分之一。 高性能集成电路的快10 3 .1低温超导材料 1、低温超导材料 具有低临界转变温度(Tc,30K)，在液氦温度条件下工作的超导材料。分为金属、合金和化合物。具有实用价值的低温超导金属是Nb( 铌 )，Tc 为9.3K已制成薄膜材料用于弱电领域。合金系低温超导材料是以Nb为基的二元或三元 合金组成的β相固溶体，Tc 在 9K 以上。最早研究的是NbZr合金，在此基础上又出现了 NbTi合金 。NbTi 合金的超导电性和加工性能均优于 NbZr 合金 ，其使用已占低温超导合金的95, 左右 。NbTi 合金可用一般难熔金属的加工 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 加工成合金，再用多芯复合加工法加工成以铜(或铝)为基体的多芯复合超导线，最后用冶金方法使其最终合金由β单相转变为具有强钉扎中心的两相(α，β)合金，以满足使用要求。化合物低温超导材料有NbN (Tc,16K)、Nb3Sn ( Tc,18.1K) 和 V3Ga(Tc,16.8K)。NbN多以薄膜形式使用 ，由于其稳定性好 ，已制成实用的弱电元器件 。Nb3Sn是脆性化合物 ，它和V3Ga可以纯铜或青铜合金为基体材料，采用固态扩散法制备 。为了提高 Nb3Sn(V3Ga)的超导性能和改善其工艺性能，有时加入一些合金元素，如Ti、Mg等。 2(应用 低温超导材料已得到广泛应用 。在强电磁场中 ，NbTi超导材料用作高能物理的加速器、探测器、等离子体磁约束、超导储能 、超导电机及医用磁共振人体成像仪等;Nb3Sn 超导材料除用于制作大量小型高磁场(710T)磁体外，还用于制作受控核聚变装置中数米口径的磁体 ;用Nb及NbN薄膜制成的低温仪器，已用于军事及医学领域检测极弱电磁信号 。低温超导材料由于Tc低，必须在液氦温度下使用，运转费用昂贵，故其应用受到限制。 3.2 高温超导材料 3.2.1(高温超导 具具有高临界转变温度(Tc)能在液氮温度条件下工作的超导材料。因主要是氧化物材料，故又称高温氧化物超导材料。高温超导材料不但超导转变温度高，而且成分多是以铜为主要元素的多元金属氧化物，氧含量不确定，具有陶瓷性质。氧化物中的金属元素(如铜)可能存在多种化合价，化合物中的大多数金属元素在一定范围内可以全部或部分被其他金属元素所取代，但仍不失其超导电性。除此之外，高温超导材料具有明显的层状二维结构，超导性能具有很强的各向异性。 已发现的高温超导材料按成分分为含铜的和不含铜的 。含铜超导材料有镧钡铜氧体系(Tc,35,40K)、钇钡铜氧体系(按钇含量不同 ，T发生复化。最低为20K ，高可超过90K)、铋锶钙铜氧体系 (Tc,10,110K)、铊钡钙铜氧体系(Tc,125K) 、铅锶钇铜氧体系 (Tc约70K) 。不含铜超导体主要是钡 钾铋氧体系( Tc约30K) 。已制备出的高温超导材料有单晶、多晶块材，金属复合材料和薄膜。高温超导材料的上临界磁场高，具有在液氦以上温区实现强电应用的潜力。有高临界转变温度()在液氮温度条件下工作的超导材料,主要为多元系氧化物，高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应用的温度从液氦提高到了液氮(77K)温区。同液氦相比，液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 应用带来了极大的方便。另外，高温超导体都具有相当高的上临界场(Hc2(4K), 50T)，能够用来产生20T以上的强磁场，这正好克服了常规低温超导材料的不足之处。高温超导材料用途非常广泛，大致可分三大类:大电流应用、电子学应用和抗磁性应用. 大电流应用 是由于超导材具有零电阻和完全的抗磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得的稳定强磁场.可用于制交流超导发电机，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场提高到5万,6万高斯并没有能量损失，且单机发电容量比常规发电机提高5,10倍达1兆瓦，而体积却减少1/2，整机重量减轻1/3发电效率提高50,;可用于磁流发电机，利用高温导电性气体作导体不，并高速通过5万,6万高斯强磁场而发电，而且这种发电机具有结构简单和高温导电性气体可重复利用的优点;可利用超导输电线路利用超导导线和变压器可以几乎无损耗地输送电能，椐统计，按目前情况，如果将铜或铝导改为超导体，光是在中国节省电能相当于新建数十个大型发电厂. 超导材料在这些方面的应用是最诱人的;电子学应用包包括超导计算机、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.目前，超导材料仍处于试验研究阶段。但人们相信，随着超导材料临界温度的提高和材料加工技术的发展，它将会在许多高科技领域获得重要应用。 3.2.2(超导材料的温度 超导体得天独厚的特性，使它可能在各种领域得到广泛的应用。但由于早期的超导体存1911年到1986年，75年间从水银的4(2K提高到铌三锗的23(22K，才提高了19K。 1986年，高温超导体的研究取得了重大的突破。掀起了以研究金属氧化物陶瓷材料为对象，以寻找高临界温度超导体为目标的“超导热”。全世界有260多个实验小组参加了这场竞赛。 1986年1月，美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世实验室科学家柏诺兹和缪勒首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体，将超导温度提高到30K;紧接着，日本东京大学工学部又将超导温度提高到37K;12月30日，美国休斯敦大学宣布，美籍华裔科学家朱经武又将超导温度提高到40(2K。 3.2.3(应用 有高临界转变温度()在液氮温度条件下工作的超导材料,主要为多元系氧化物，高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应用的温度从液氦提高到了液氮(77K)温区。同液氦相比，液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极大的方便。另外，高温超导体都具有相当高的上临界场(Hc2(4K), 50T)，能够用来产生20T以上的强磁场，这正好克服了常规低温超导材料的不足之处。高温超导材料用途非常广泛，大致可分三大类:大电流应用、电子学应用和抗磁性应用. 大电流应用 是由于超导材具有零电阻和完全的抗磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得的稳定强磁场.可用于制交流超导发电机，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场提高到5万,6万高斯并没有能量损失，且单机发电容量比常规发电机提高5,10倍达1兆瓦，而体积却减少1/2，整机重量减轻1/3发电效率提高50,;可用于磁流发电机，利用高温导电性气体作导体不，并高速通过5万,6万高斯强磁场而发电，而且这种发电机具有结构简单和高温导电性气体可重复利用的优点;可利用超导输电线路利用超导导线和变压器可以几乎无损耗地输送电能，椐统计，按目前情况，如果将铜或铝导改为超导体，光是在中国节省电能相当于新建数十个大型发电厂. 超导材料在这些方面的应用是最诱人的;电子学应 抗磁性主要应用于磁悬浮列用包包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等; 车和热核聚变反应堆等.目前，超导材料仍处于试验研究阶段。但人们相信，随着超导材料临界温度的提高和材料加工技术的发展，它将会在许多高科技领域获得重要应用。 3.3高温超导材料进展 目前高温超导材料指的是:钇系(92 K)、铋系(110K)、铊系(125K)和汞系(135K)以及2001年1月发现的新型超导体二硼化镁(39K)。其中最有实用前途的是铋系、钇系(YBCO)和二硼化镁(MgB2)。氧化物高温超导材料是以 铜氧化物为组分的具有钙钦矿层状结构的复杂物质，在正常态它们都是不良导体。同低温超导体相比，高温超导材料具有明显的各向异性，在垂直和平行于铜氧结构层方向上的物理性质差别很大。高温超导体属于非理想的第II类超导体，且具有比低温超导体更高的临界磁场和临界电流，因此是更接近于实用的超导材料，特别是在低温下的性能比传统超导体高得多。 1.高温超导线带材 高温超导体在强电方面众多的潜在应用(如:磁体、电缆、限流器、电机等)都需要研究和开发高性能的长线带材(千米量级)。所以，人们先后在YBCO、BSCCO及MgB2线材带化实用化方面做了大量的工作。目前已在Bi系Ag基复合带线材、铁基MgB2线材和柔性金属基Y系带材方面取得了很大进展。 A. 第一代Bi系高温超导线材 BSCCO超导体晶粒的层状化结构使得人们能够利用机械变形和热处理来获得具有较好晶体取向的Bi系线带材，即把Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O粉装入金属管(Ag或Ag合金)中进行加工和热处理的方法。经过十几年的发展，利用这种方法，已经开发出长度为千米级的铋系多芯超导线材。美国、日本、德国、中国等国已具备生产几百米到上千米的批量能力。可以说，铋系高温超导带材的临界电流密度、长度已经基本上达到了电力应用的要求，而其价格对于限流器应用来说也基本满足要求，从而为开展强电应用研究奠定了基础。因此，各国都已大力开展有关超导磁体、输电电缆、超导变压器和故障限流器等方面的应用研究。 B. 第二代YBCO高温超导带材 由于第一代Bi系带材的高成本以及它的一些性能问题如磁场下临界电流的急剧衰减等，使得基于它的超导技术在工业上的大规模应用前景变得渺茫。超导界不得不将研究重点转移到开发基于YBCO体系的第二代高温超导带材上来，因为YBCO具有更为优异的磁场下性能，是真正的液氮温区下强电应用的超导材料。 与Bi系相比，YBCO的各向异性比较弱，可以在液氮温区附近较高磁场下有较大临界电流密度，但由于晶粒间结合较弱，难以采用装管法制备。采用沉积、喷涂等镀膜方法制备钇系超导带材是当前高温超导强电应用材料研究的重点。近年来，采用IBAD/PLD和RABiTS/PLD (MOCVD或MOD)复合技术制备涂层带材已取得重大进展。如日本ISTEC公司已制备出212米长，临界电流达245 A的第二代 带材。美国、德国等也已制备出百米量级的YBCO带材。 C. 新型MgB2超导线带材 2001年1月，日本科学家发现了临界转变温度为39 K的MgB2超导体，引起了全世界的广泛关注。综合制冷成本和材料成本，MgB2超导体在20~30 K，低场条件下应用具有明显的价格优势，尤其是在工作磁场1~2 T的核磁共振成像MRI磁体领域。这也是国际MgB2超导体应用研究持续升温的关键原因之一。 近几年来已经用各种方法制备了MgB2线带材。目前的研究集中在粉末装管技术，这是因为装管工艺能很容易推广到大规模工业生产中。美国、日本以及欧洲在线材实用化方面，进行了大量出色的工作，已能生产百米量级的线带材。 目前国内从事MgB2带材研究和开发的单位主要有西北有色金属研究院和中科院电工研究所等。特别是近年来，电工所在MgB2带材制备技术、掺杂及元素替代等方面开展了大量工作，如在国际上首次报道了采用ZrSi2、ZrB2和WSi2化合物掺杂大幅度提高MgB2/Fe线带材临界电流密度的新方法，开辟了在高磁场中获高临界电流密度的新途径。 最近，中科院电工所在较低的制备条件要求下，通过纳米SiC和C掺杂制备了临界电流密度达世界先进水平的MgB2线带材，并在世界上首次证明，对于MgB2材料，掺杂C可以得到和掺杂SiC一样优异的临界电流密度。这些研究成果标志着我国在改善MgB2高场超导性能领域达到了国际先进水平。另外，电工所在国际上首次将强磁场热处理技术应用于MgB2超导体制备过程，并用这种方法进行了MgB2超导体的掺杂和改性实验，改进了MgB2在强磁场下的超导性能，同时还利用制备的MgB2长线材开展了线圈绕制、测试等MRI磁体前期研究工作。 2.超导块材 研究YBCO超导块材的目标之一是利用它在超导态下的迈斯纳效应及磁通钉扎特性导致的磁悬浮力，应用于超导轴承、贮能以及磁浮列车等。经过十几年的发展，高临界温度氧化物超导块材取得了很大的进展，主要表现在临界电流密度的提高上。1988年，熔融织构工艺首先在临界电流密度提高方面取得了突破，随后又相继发展出液相处理法、淬火熔融生长和粉末熔化处理等熔化工艺。 3.薄膜 自从高温超导体发现以来，人们对高温超导薄膜的制备与研究都给予了极 大的重视，特别是液氮温度以上的高温超导体的发现，使人们看到了广泛利用超导电子器件优良性能的可能性。想得到性能优良的高温超导器件就必须有质量很好的薄膜，但由于种种因素使制备高质量高Tc超导薄膜具有相当大的困难。尽管如此，通过各国科学家十几年来坚持不懈的努力，已取得了很大的进展，高质量的外延YBCO薄膜的Tc在90K以上，零磁场下77K时，临界电流密度已超过1×106A/cm2，工艺已基本成熟，并有了一批高温超导薄膜电子器件问世。 应用进展 超导电性的实际应用从根本上取决于超导材料的性能。与实用低温超导材料相比，高温超导材料的最大优势在于它应用于液氮温区。20世纪90年代，随着第一代Bi系高温超导材料的商业化，美国、日本、欧洲和中国等国和相关大公司都投入大量的人力和资金，开展高温超导电力应用研究，相继开展了超导电机、超导变压器、超导输电电缆和超导储能装置等的研究，并取得了许多实质性的进展。 1.电流引线 在给低温环境下工作的超导磁体和电力设备供电时，由低温到高温之间的电流引线会消耗许多液氦。高温超导体由于临界温度高，热导率低，可以在超导态下给磁体供电，从而把由低温区到高温区的热漏减少到了极小的程度。目前用作电流引线的材料主要有Bi-2212及Bi-2223的棒、管和带材、以及熔融法YBCO棒材。目前电流引线已成功地用于微型致冷机冷却的NbTi及Nb3Sn磁体系统，第一次实现了不需用液氦的超导磁体应用。 2.磁体 高温超导磁体在MRI、NMR、磁悬浮列车、磁分离技术、高能加速器、磁性扫雷技术和磁流体推动技术等方面有重要的应用价值。美国超导体(AMSC)公司研制了一个利用机械致冷机冷却的高温超导磁体，在27 K零外场下能产生2.16 T的磁场。最近，日本住友电工将Bi系多芯带绕制的四双饼高温超导磁体插入NbTi及Nb3Sn组合磁体中，在4.2K产生了常规低温超导体无法实现的24T的磁场，已能满足1GHz核磁共振磁体要求。Bi-2212线材绕制线圈和磁体是目前研究的重点之一。Bi-2212具有较高的临界温度，用这种材料绕制的磁体具有高的稳定性和可靠性，因此，这种磁体能够在广阔的范围内得到应用。 3.输电电缆 高温超导电缆具有体积小、重量轻、损耗低和传输容量大的优点，从20世纪90年代起，美国、日本和丹麦等国都相继开展这方面的研究，并进行示范性实验。2004年，日本东京电力公司研制出500m长、77kV,1kA单芯高温超导电缆。2004年l2月，中国科学院电工研究所与甘肃长通电缆公司等合作研制成功75m、10(5 kV,1(5kA交流高温超导电缆，并接入到甘肃长通电缆公司6kV配电网中向车间供电运行，如图2所示。云电英纳超导电缆公司也于2004年完成33m长、35kV,2kA高温超导交流电缆的开发，安装在云南普吉变电站中运行。目前美国Southwire，AMSC公司等预计在2006年分别研制出200m、13.5kv,3kA，350m、34.5kv,0.8kA和660m、l38kv,2.4kA的三相高温超导交流电缆并将投入实际运行。 4.故障限流器 在电厂，高压输电、低压配电等电力系统中，有时会因闪电轰击，设备故障等引起短路，对50Hz的电力系统而言，一旦发生短路，不可避免会产生很大的故障电流，为此电路上必须配有限流装置。中国、美国、日本、德国、法国等都在从事高温超导故障限流器的开发，并取得了较大进展。如2005年中国科学院电工研究所研制成功l0.5kV,1.5kA新型桥路式高温超导限流器，并于2005年8月安装在湖南娄底的110kV,l0.5kV变电站中进行短路和运行试验。 5. 变压器 高温超导变压器与常规变压器相比有体积小重量轻的优点，它采用液氮作冷却剂，没有污染环境或火灾的隐患。90年代，美国、日本以及欧洲ABB公司等都在致力研究电力系统用的高温超导变压器。2001年，德国Siemens公司已研制、试验成功用于铁路机车的1MVA高温超导变压器样机。中国科学院电工研究所研制成功630kVA、10.5kV(34.6A),400V(909A)的高温超导变压器示范样机，并已于2005年12月在新疆特变电工股份有限公司并网运行试验，向车间供电。 6.高温超导器件应用 高温氧化物超导体的出现，无疑给超导电子学带来了更为广阔的应用前景。常规超导电子器件早已显示出巨大的优越性，超导量子干涉器件用于测量微弱磁场，灵敏度可比常规仪器高1-2个数量级，这使得它在生物磁性测量、寻找矿藏 等领域发挥了巨大的作用，超导隧道效应使微波接收机的灵敏度大大提高，超导薄膜数字电路可用来制造高速、超小体积的大型计算机，但由于常规超导器件工作在液氦温区或致冷机所能达到的温度(10-20K)下，这个温区的获得和维持成本相当高，技术也复杂，因而使用常规超导器件的应用范围受到了很大的限制。 高温超导体的临界温度已突破液氮温区，由它所制成的器件可在这个温区下正常地工作，这就打破了常规超导器件的局限性，使超导器件可在更大的范围内发挥作用，而且高温超导体的工作温度和一些半导体器件重合，二者结合起来，就可发展出更多的有用器件。 4 结语 超导材料的研究是当今世界上一门新兴的科学技术由于超导材料能影响人类生存的许多重要领域，各国的材料科学家都在竞相探索它的结构，研究它的性能，以求率先找到具有高临界温度的超导材料。可以这样说，高温超导材料的突破，必将深刻地促进尖端科学技术的发展，从而加速人类文明的进程。含苞待放的超导之花，必将带来一个缤纷的世界。 [ 参 考 文 献] [1] 马文蔚，苏惠惠等.物理学原理在工程中技术中的应用[M].北京:高等教育出版社,1992. [2 ] 李斌 . 新科技启蒙[M]. 北京 :中国劳动社会保障出版社,2001. 物理活动成绩: 姓名 得分 组长:于璐 2009024013 90 组员:郑儒楠 2009024001 85 2009024002 85 贾娜 陈瑜 2009024003 85 洪莹莹 2009024004 85 2009024005 85 彭琳 严俊 2009024006 85 2009024007 85 陈强 雒璇 2009024008 85 何沁遥 2009024010 85 许晓慧 2009024011 85