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超导研究的发展和应用前景
超导研究的发展和应用前景
超导研究的发展
1.超导电性的发现及常规超导体的研究
2.高温超导体的发现及研究进展
超导材料的应用
超导研究的发展
超导电性的发现
1908年,荷兰莱顿大学的H. Kamerlingh-
Onnes首次实现氦的液化 ,获得了4.2K(-
268.8℃)的低温,为研究低温条件下物质导
电打开了方便之门。
1911年,他发现将汞冷却到-268.98℃时,
汞的电阻突然消失,Onnes称这种处于超导状
态的导体为超导体。超导体电阻突然变为零
的温度叫超导临界温度(Tc)。由于他的这一发
现获得了1913年的诺贝尔奖。
超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消
失,被称作零电阻效应。至今已发现有28种
元素、几千种合金和化合物是超导体。我们
通常称这些金属或金属合金的超导体为常规
超导体。
• 迈斯纳效应——完全抗磁性
• 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,超导体内的磁感应强度为零,
原来存在于体内的磁场(磁力线)被排挤出
去。人们将这种现象称之为“迈斯纳效应” 。
• 超导体的两个重要特性:零电阻和抗磁性。
高温超导体的发现
自超导电性发现以来,经过70多年的努力,常规超导体临界温度只能提
高到23.22K。由于以上的超导现象只能在液氦温区出现,而氦是一种稀
有气体,因而大大限制了超导的应用。60年代开始,人们一直在探索把
超导临界温度提高到液氮温区(77K)以上的办法,这就是高温超导研
究。
1986年初高温超导研究取得了突破性的发展,物理学家Mueller和
Bednorz发现了高温铜氧化物超导体La Ba CuO ,超导临界温度达40K.
2-x x 4
1987年2月,美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇
YBa Cu O 系材料上把超导临界温度提高到90K以上,液氮的禁区(77K)
2 3 7
也奇迹般地被突破了。
1987年底,Tl-Ba-Ca-Cu-O系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。
随后的几年,高温超导临界温度迅速提高,已达到160K,并向更高的温度
进军。高温超导材料的不断问世,为超导材料从实验室走向应用铺平了
道路。
• 其它新型超导体
• C :有较大的发展潜力,由于它弹性较大,比质地脆硬的氧化物
60
陶瓷易于加工成型,而且它的临界电流、临界磁场和相干长度均
较大,这些特点使C60超导体更有望实用化。 C60被誉为21世纪新
材料的” 明星” ,这种材料已展现了机械、光、电、磁、化学等多方
面的新奇特性和应用前景。有人预言巨型C240、C540合成如能实
现,还可能成为室温超导体
•
• MgB :二硼化镁(MgB ),其超导转变温度达39K。二硼化镁的
2 2
发现为研究新一类具有简单组成和结构的高温超导体找到新途
径。易合成和加工,容易制成薄膜或线材。可应用于电力传输、
超级电子计算机器件以及CT扫描成像仪等方面。二硼化镁的发现
使世界凝聚态物理学界为之兴奋。
超导材料的应用
随着研究的进展,超导材料的应用大致可分为三类:
1.大电流应用(强电应用):发电,输电和储能
2.电子学应用(弱电应用):超导计算机,滤波器,微波器件等
3.抗磁性应用:磁悬浮列车和热核聚变反应堆等
• 超导发电机 在电力领域,利用超导线圈磁体可以将发电机的
磁场强度提高到5万~6万高斯,超导发电机的单机发电容量比常
规发电机提高5~10倍,达1万兆瓦,而体积却减少1/2,整机重
量减轻1/3,发电效率提高50 %。
超導發電機,擁有兩萬千瓦的功率 300KW超导单极300发电机
超导输电线路
• 超导材料还可以用于制作超导电线和超导变压器,从而把电
力几乎无损耗地输送给用户。据统计,目前的铜或铝导线输电,
约有15%的电能损耗在
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