超导材料和超导陶瓷

超导材料和超导陶瓷

超导材料又称为超导体,是在某一温度下电阻为零的导体.而超导材料不仅具有零电阻的特性,还可以完全抗磁性.因此超导材料在传输过程中几乎没有能量耗损,还能在每平方厘米上承载更强的电流.超导陶瓷是一类在临界温度时电阻为零的陶瓷。

1911年,Heike Kamer-Onnes在温度4.2K(-268.97℃)时用液氮冷却汞时发现汞的电阻为零,发现了超导电性规律.

1973年，人们发现了超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，该记录保持了13年。

1986年，设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧－钡－铜－氧）具有35K的高温超导性，打破了传统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念，引起世界科学界的轰动。

1986年底，美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。

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－钡－铜－氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的禁区（77K）也奇迹般地被突破了。

1987年底，铊－钡－钙－铜－氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。

1994年,朱经武研究组在高压条件下把Hg2Ba2Ca2Cu3O10体系的Tc提高到了164K,这一最高Tc记录一直保持至今.

2013年， 一个马普研究所参与的国际研究组发现，当使用红外激光脉冲照射钇钡铜氧化物材料时，它会在室温条件下短暂地显示出超导性。

超导材料种类

1、超导元素

在常压下有28种元素具有超导电性,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.

3、超导化合物

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.

4、超导陶瓷

于1986年在镧-钡-铜-氧化物中发现了Tc=35K的超导电性.1987年,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.

超导材料的应用

由于超导陶瓷具有许多优良特性，其应用极为广泛，它可以实现人们多少年来梦想的无能量损耗的远距离输电，建造高强度磁场，新型发电设备等。

1.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;

2.可制作电力电缆,用于大容量输电;

3.可制作通信电缆和天线,其性能优于常规材料;

4.利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承;

5.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.