超导材料的研究进展
陈志义 [1**********]10 应用物理11(1)班
摘要:超导是金属或合金在较低温度下电阻变为零的性质。超导材料是当代材料科学领域一个十分活跃的重要前沿,其发展将推动功能材料科学的深入发展。高温超导材料经过近 20年的研发,已经初步进入了大规模实际应用和产业化。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。
关键词:超导 高温超导体 进展超导 超导材料 临界温度 进展
引言:随着社会的进步,工业的发展,人们对能源的需求量越来越大。但是,像石油、煤等能源储备有限且不可再生。故而,如何在有限能源的条件下使社会健康稳步地发展,亦即如何做到可持续发展成了当今人们亟需解决的问题。对于这些问题的解决方法,超导材料表现出了巨大的潜力。长期以来,如何找到一种完全没有电阻,能消除电能损耗的导电材料,一直是物理学家和材料科学工作者梦寐以求的愿望。1911年,荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯首次意外地发现了超导现象:将水银冷却到接近绝对零度时,其电阻突然消失。这一现象的发现为解决电路损耗带来了福音。从此,对于超导材料的研究如火如荼。
一、超导材料的概念
超导材料是在低温条件下能出现超导电性的物质。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。超导材料的发展经历了从低温到高温的过程,经过无数科学家的努力,超导材料的研究已经取得了巨大的发展。近年来,随着材料科学的发展,超导材料的性能不断优化,实现超导的临界温度也越来越高。高温超导材料的制备工艺也得到了长足的发展,一些制备高温超导材料的材料陆续被科学家发现。现在,超导材料的研究主要集中在超导输电线缆,超导变压器等电力系统方面,还有,利用超导材料可以形成强磁场,是超导材料在磁悬浮列车的研究上有了用武之地,另外,超导材料在医学,生物学领域也取得了很大的成就。超导材料的研究未来,超导材料的研究将会努力向实用化发展。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。
二、超导材料的分类
超导材料分为低温超导材料和高温超导材料。
1、 低温超导材料
何谓低温超导材料?低温超导材料是具有低临界转变温度(Tc
2、 高温超导材料
高温超导体材料(HTS)具有超导电性和抗磁性两个重要特性。要让超导体得到现实的应用,首先要有容易找到的超导材料。即主要研究方向就是寻找能在较高温度下存在的超导体材料。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。超导体的基本特性之一是当它处于超导态时具有理想的导电性,同时由于其载流能力远远强于常规导体,因此,利用超导体可以传输大电流和产生强磁场,并且没有电阻热损耗。电工设备的基本特点是大电流、强磁场和高电压,因此在电工设备中使用超导材料可以减少电气损耗、提高效率、缩小体积、减轻重量、降低成本,还可以提高装置
的极限容量。显然,超导材料的应用给电工技术带来了质的飞跃,许多过去无法实现的电工设备由于采用超导技术而成为现实,或即将成为现实。我国电力资源和负荷分布不均,因此长距离、低损耗的输电技术显得十分迫切。超导材料由于其零电阻特性以及比常规导体高得多的载流能力,可以输送极大的电流和功率而没有电功率损耗。据统计,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。
三、超导材料的发展趋势
超导材料技术的发展趋势是不断探求更高温度的超导体,实现高温超导材料产业化技术,使超导材料技术应用更加广泛。高温超导材料经过近 20年的研发,已经初步进入了大规模实际应用和产业化。目前超导材料正从研究阶段向应用发展阶段转变,且有可能进入产业化发展阶段。高温超导体作为现在临界温度最高的一种超导体,国内外科学家对其展开了大量的研究。但如何提高各项临界参数,尤其是提高临界温度,仍然是高温超导研究领域最大的难题。好在高温超导体可以在液氮温区实现超导,所以高温超导体已具备了实际应用的价值。超导材料正越来越多地应用于尖端技术中,如超导磁悬浮列车、超导计算机、超导电机与超导电力输送、火箭磁悬浮发射、超导磁选矿技术、超导量子干涉仪等。因此超导材料技术有着重大的应用发展潜力,可解决未来能源、交通、医疗和国防事业中的重要问题。 四、中国超导材料的发展
我国电力、通信、国防、医疗等方面的发展急需利用超导技术解决现有的关键技术问题。在电力工业方面,电能需求量日益增长,对供电质量和可靠性的要求越来越高,常规电力技术已越来越不能满足电力工业发展的需求。超导电力技术(如超导储能、电缆、限流器、电机等)可以克服常规电力技术的缺陷,它的应用将带来电力工业的重大变革。在国防
五、结束语
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。虽然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。
超导材料的研究进展
陈志义 [1**********]10 应用物理11(1)班
摘要:超导是金属或合金在较低温度下电阻变为零的性质。超导材料是当代材料科学领域一个十分活跃的重要前沿,其发展将推动功能材料科学的深入发展。高温超导材料经过近 20年的研发,已经初步进入了大规模实际应用和产业化。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。
关键词:超导 高温超导体 进展超导 超导材料 临界温度 进展
引言:随着社会的进步,工业的发展,人们对能源的需求量越来越大。但是,像石油、煤等能源储备有限且不可再生。故而,如何在有限能源的条件下使社会健康稳步地发展,亦即如何做到可持续发展成了当今人们亟需解决的问题。对于这些问题的解决方法,超导材料表现出了巨大的潜力。长期以来,如何找到一种完全没有电阻,能消除电能损耗的导电材料,一直是物理学家和材料科学工作者梦寐以求的愿望。1911年,荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯首次意外地发现了超导现象:将水银冷却到接近绝对零度时,其电阻突然消失。这一现象的发现为解决电路损耗带来了福音。从此,对于超导材料的研究如火如荼。
一、超导材料的概念
超导材料是在低温条件下能出现超导电性的物质。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。超导材料的发展经历了从低温到高温的过程,经过无数科学家的努力,超导材料的研究已经取得了巨大的发展。近年来,随着材料科学的发展,超导材料的性能不断优化,实现超导的临界温度也越来越高。高温超导材料的制备工艺也得到了长足的发展,一些制备高温超导材料的材料陆续被科学家发现。现在,超导材料的研究主要集中在超导输电线缆,超导变压器等电力系统方面,还有,利用超导材料可以形成强磁场,是超导材料在磁悬浮列车的研究上有了用武之地,另外,超导材料在医学,生物学领域也取得了很大的成就。超导材料的研究未来,超导材料的研究将会努力向实用化发展。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。
二、超导材料的分类
超导材料分为低温超导材料和高温超导材料。
1、 低温超导材料
何谓低温超导材料?低温超导材料是具有低临界转变温度(Tc
2、 高温超导材料
高温超导体材料(HTS)具有超导电性和抗磁性两个重要特性。要让超导体得到现实的应用,首先要有容易找到的超导材料。即主要研究方向就是寻找能在较高温度下存在的超导体材料。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。超导体的基本特性之一是当它处于超导态时具有理想的导电性,同时由于其载流能力远远强于常规导体,因此,利用超导体可以传输大电流和产生强磁场,并且没有电阻热损耗。电工设备的基本特点是大电流、强磁场和高电压,因此在电工设备中使用超导材料可以减少电气损耗、提高效率、缩小体积、减轻重量、降低成本,还可以提高装置
的极限容量。显然,超导材料的应用给电工技术带来了质的飞跃,许多过去无法实现的电工设备由于采用超导技术而成为现实,或即将成为现实。我国电力资源和负荷分布不均,因此长距离、低损耗的输电技术显得十分迫切。超导材料由于其零电阻特性以及比常规导体高得多的载流能力,可以输送极大的电流和功率而没有电功率损耗。据统计,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。
三、超导材料的发展趋势
超导材料技术的发展趋势是不断探求更高温度的超导体,实现高温超导材料产业化技术,使超导材料技术应用更加广泛。高温超导材料经过近 20年的研发,已经初步进入了大规模实际应用和产业化。目前超导材料正从研究阶段向应用发展阶段转变,且有可能进入产业化发展阶段。高温超导体作为现在临界温度最高的一种超导体,国内外科学家对其展开了大量的研究。但如何提高各项临界参数,尤其是提高临界温度,仍然是高温超导研究领域最大的难题。好在高温超导体可以在液氮温区实现超导,所以高温超导体已具备了实际应用的价值。超导材料正越来越多地应用于尖端技术中,如超导磁悬浮列车、超导计算机、超导电机与超导电力输送、火箭磁悬浮发射、超导磁选矿技术、超导量子干涉仪等。因此超导材料技术有着重大的应用发展潜力,可解决未来能源、交通、医疗和国防事业中的重要问题。 四、中国超导材料的发展
我国电力、通信、国防、医疗等方面的发展急需利用超导技术解决现有的关键技术问题。在电力工业方面,电能需求量日益增长,对供电质量和可靠性的要求越来越高,常规电力技术已越来越不能满足电力工业发展的需求。超导电力技术(如超导储能、电缆、限流器、电机等)可以克服常规电力技术的缺陷,它的应用将带来电力工业的重大变革。在国防
五、结束语
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。虽然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。