材料圆桌科学界的新星——神秘的超导材料

发布时间:2022-05-27 22:14:06 来源:ror官网登录入口 作者:ror综合体育app下载

  等等。那么什么又是高温超导(HTS)材料呢?其实这里的“高温”并不是大家所熟知的高温,高温超导材料一般是指临界温度(Tc)在绝对温度77K以上、

  自1911年荷兰物理学家卡末林·昂内斯(H.K.Onnes)发现汞(Hg)的超导电性以来,被发现的超导体总数己超过500种。在1911年~1932年的时间里,除汞以外,又发现了Pb、Sn、Nb等众多金属元素超导体。在1932~1953年间,则发现了许多具有超导电性的合金,以及NaCI结构的过渡金属碳化合物和氮化物,临界转变温度得到了进一步提高。随后,在 1953~1973年间,发现了如临界转变温度大于17K的Nb3Sn等超导体。1986年,瑞士科学家贝德诺兹(JG.Bednorz)和米勒(K.A.Muller)制备出了临界温度Tc为35K的镧一钡一铜一氧(La一Ba—Cu一O)高温氧化物超导体,从而引发了全球范围内研究HTS材料的热潮。1987年,美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤等人相继发现钇一钡一铜一氧(Y一Ba—Cu—O)氧化物超导体,把临界温度Tc提高到90K以上,液氮的禁区(77K)也奇迹般地被突破了。

  超导的重要特征都是电磁学现象。超导状态下,超导体内磁感应强度恒为0,这就是完全抗磁性,也称迈斯纳效应。磁悬浮列车便是通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向。

  还有一个为零电阻现象。由于金属晶格原子的热振动、晶体缺陷和杂质的存在,会破坏周期场,使电子产生散射,故而要产生一定的电阻,即使温度为0K时,其电阻率也不为0,仍要保留一定的剩余电阻率。金属愈是不纯,剩余电阻率就愈大。这也是我们常说的常导体的零电阻现象。

  而超导体的零电阻现象与此存在实质上的区别,它指的是当温度降至某一数值时,超导体的电阻突然变为0(即使有电阻,也非常小,一般小于10—23Ω/cm),因此具有极高的导电性,即具有超导电性。

  目前HTS材料已经在电力能源、交通运输、生物医学、高能物理等方面取得了很大的发展。

  超导电力技术及其应用可大大提高电网的稳定性和可靠性,改善供电品质,并提高电网输电能力,降低网络损耗,从而提升我国电力工业的发展水平。至于交通运输方面,大家再熟悉不过的就是磁悬浮列车,即利用HTS磁体实现列车悬浮和利用HTS直线电动机实现列车的推进。

  利用HTS磁悬浮技术,我国在1997年制造了一辆HTS磁悬浮模型车后,又在2003年12月研制出了世界上的首辆载人HTS磁悬浮实验车,使我国的HTS磁悬浮列车的研究处于世界前列。包括生物医学上的超导核磁共振成像,高能物理中的高能超导加速器,HTS在我们生活的方方面面都发挥着重要作用。随着研究进展,二代超导材料也渐渐进入科学家的视野。

  二代高温超导带材的超导电机具有功率密度高、体积小、质量轻、效率高以及振动噪声小等优点,高温超导电机在船舶电力推进和大容量直驱式风力发电领域有着十分诱人的应用前景。

  超导现象自1911年被发现以来, 就以其独特的魅力持续不断地吸引着广大科学家的关注, 这不仅因为它展示了量子力学在凝聚态物质中的一些美妙而重要的规律, 同时又具有很多潜在的应用。实现室温超导是我们梦寐以求的事情。基于这些奇特的性质, 可以开发出很多不可替代的应用。

  我国在新型超导材料和应用超导基础研究方面已经有了一些投入和积累, 如科技部成立了目标导向型973项目“高温超导材料和物理研究”, 自然科学基金委也成立了重大项目“非常规超导材料和机理研究”。许多有关超导体的秘密,还在等着人们去发现。

  《材料研究学报》第29卷第4期:《新型高温超导材料研究进展》——闻海虎

  《电子科技大学学报》第35卷第4期:《高温超导材料与技术的发展及应用》——金建勋,郑陆海

  《上海交通大学学报》第52卷第10期:《二代高温超导材料的应用技术与发展综述》——金之俭,洪智勇,赵跃,李柱永,黄振,吴蔚,张智巍,李小汾,姚林朋,盛杰



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