超导材料一般有那些

超导材料一般有那些
超导材料一般有那些

超导材料一般有那些
超导技术的主体是超导材料.简而言之,超导材料就是没有电阻、或电阻极小的导电材料.超导材料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失：近年来,随看材料科学的发展,超导材料的性能不断优化,实现超导的临界温度越来越高.20世纪末,科学家合成了在室温下具有超导性能的复合材料,室温超导材料的研制成功使超导的实际应用成为可能.
超导是指某些物体当温度下降至一定温度时,电阻突然趋近于零的现象.具有这种特性的材料称为超导材料.
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) 因为这个温度很低,在绝对零度附近.因而目前为止,应用不是很广泛.但是科学家在研究高温超导,如果研究成功,用这种材料导电时不损耗电能,不产生热量.可以节约能源!
1911年荷兰物理学家Onnes发现汞（水银）在4.2k附近电阻突然下降为零,他把这种零电阻现象称为超导电性.图5-13示出了汞的电阻随温度变化的关系.
汞的电阻突然消失时的温度称为转变温度或临界温度,常用Tc表示.
在一定温度下具有超导电性的物体称为超导体.金属汞是超导体.进一步研究发现元素周期表中共有26种金属具有超导电性,它们的转变温度Tc列于表5-6.从表中可以看到,单个金属的超导转变温度都很低,没有应用价值.因此,人们逐渐转向研究金属合金的超导电性.表5-7列出一些超导合金的转变温度,其中Nb3Ge的转变温度为23.2K,这在70年代算是最高转变温度超导体了.当超导体显示导材料都是在极低温下才能进入超导态,假如没有低温技术发展作为后盾,就发现不了超导电性,无法设想超导材料.这里又一次看到材料发展与科学技术互相促进的关系.
低温超导材料要用液氦做致冷剂才能呈现超导态,因此在应用上受到很大的限制.人们迫切希望找到高温超导体,在徘徊了几十年后,终于在1986年有了突破.瑞士Bednorz和Müller发现他们研制的La-Ba-CuO混合金属氧化物具有超导电性,转变温度为35K.这是超导材料研究上的一次重大突破,打开了混合金属氧化物超导体的研究方向.接着中、美科学家发现Y-Ba-CuO混合金属氧化物在90K具有超导电性,这类超导氧化物的转变温度已高于液氮温度（77K）,高温超导材料研究获得重大进展.一连串激动人心的发现在世界上掀起了“超导热”.目前新的超导氧化物系列不断涌现,如Bi-Ca-CuO,Tl-Ba-Ca-CuO等,它们的超导转变温度超过了120K.高温超导体的研究方兴未艾,人们殷切地期待着室温超导材料的出现.
人们发现C60与碱金属作用能形成AxC60(A代表钾、铷、铯等),它们都是超导体,超导转变温度列于表5-8.从表中数据看到,大多数AxC60超导体的转变温度比金属合金超导体高.金属氧化物超导体是无机超导体,它们都是层状结构,属二维超导.而AxC60则是有机超导体,它们是球状结构,属三维超导.因此AxC60这类超导体是很有发展前途的超导材料.
超导研究引起各国的重视,一旦室温超导体达到实用化、工业化,将对现代文明社会中的科学技术产生深刻的影响.下面简单介绍超导体的一些应用.
（1）用超导材料输电发电站通过漫长的输电线向用户送电.由于电线存在电阻,使电流通过输电线时电能被消耗一部分,如果用超导材料做成超导电缆用于输电,那么在输电线路上的损耗将降为零.
（2）超导发电机制造大容量发电机,关键部件是线圈和磁体.由于导线存在电阻,造成线圈严重发热,如何使线圈冷却成为难题.如果用超导材料制造超导发电机,线圈是由无电阻的超导材料绕制的,根本不会发热,冷却难题迎刃而解,而且功率损失可减少50%.
（3）磁力悬浮高速列车要使列车速度达到500kmh-1,普通列车是绝对办不到的.如果把超导磁体装在列车内,在地面轨道上敷设铝环,利用它们之间发生相对运动,使铝环中产生感应电流,从而产生磁排斥作用,把列车托起离地面约10cm,使列车能悬浮在地面上而高速前进.
可控热核聚变核聚变时能释放出大量的能量.为了使核聚变反应持续不断,必须在108℃下将等离子约束起来,这就需要一个强大的磁场,而超导磁体能产生约束等离子所需要的磁场.人类只有掌握了超导技术,才有可能把可控热核聚变变为现实,为人类提供无穷的能源.