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超导材料一、超导材料定义 二、超导现象及超导材料的基本性质 三、超导材料的应用 四、高温超导材料概述 五、高温超导材料的应用许童杰 11202822一 超导材料的定义 金属材料的电阻通常随温度的降低而减小20 世纪初，科学家发现汞冷却到低于4.2 K时，电阻 突然消失，导电性几乎是无限大的，当外加磁场 接近固态汞随后又撤去后，电磁感应产生的电流 会在金属汞内部长久地流动而不会衰减，这种现 象称为超导现象具有超导性质的物体称为超导 体超导体电阻突然消失的温度称为临界温度（ Tc)在临界温度以下时，超导体的电阻为零，也 就是电流在超导体中通过时没有任何损失用这 样的超导体做成的就是超导材料19111911年，荷兰物理学年，荷兰物理学家昂纳斯发现汞的直家昂纳斯发现汞的直流电阻在流电阻在4.2K4.2K时突然时突然消失，首次观察到超消失，首次观察到超导电性二、 超导现象及超导材料的基本性质超导材料1、超导体的基本物理现象（1）零电阻效应图2.1 电阻率ρ与温度T的关系1－纯金属晶体 2－含杂质和缺陷的金属晶体 3－超导体正常态—温度 高于Tc的状态 ；超导态—温度 低于Tc的状态 。

超导材料（2）迈斯纳效应（完全抗磁性）只要超导体材料的温度低于临界温度而进入 超导态后，超导材料就会将磁力线完全排斥于体 外，因此，其体积内的磁感应强度总为零，这种 现象称为“迈斯纳效应”图2.2 迈斯纳效应三 超导材料的应用 超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向 人类展示了诱人的应用前景但要实际应用超导材料又受 到一系列因素的制约，这首先是它的临界参量，其次还有 材料制作的工艺等问题（例如脆性的超导陶瓷如何制成柔 细的线材就有一系列工艺问题）到80年代，超导材料的 应用主要有：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；可制作电力电缆，用于大容量输电（功率可达 10000MVA）；可制作通信电缆和天线，其性能优于常规 材料②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴 承③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、逻辑元件等利用约瑟夫森结 作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比高性能集成电 路的快10～20倍，功耗只有四分之一 超导材料2、超导体的临界参数1、临界温度Tc 2、临界磁场Hc 3、临界电流Ic 4、其他特性电阻率变化曲线具有高临界转变温度（Tc）能在液氮温度（77K）条件下工作的超导材料。

因主要是氧化物材料，故又称高温氧化物超导材料高温超导材料不但超导转变温度高，而且成分多是以铜为主要元素的多元金属氧化物，氧含量不确定，具有陶瓷性质氧化物中的金属元素（如铜）可能存在多种化合价，化合物中的大多数金属元素在一定范围内可以全部或部分被其他金属元素所取代，但仍不失其超导电性除此之外，高温超导材料具有明显的层状二维结构，超导性能具有很强的各向异性 四、高温超导体概述氧化锆（ZrO2）单晶基片是最早被开发应用的高温超导基片之一由于 ZrO2单晶需掺入钇（Y）以稳定其结构， 一般实际使用的是加入钇稳定剂的氧化锆单晶它机械、化学稳定性好，价格较低，特别适于用在试验性薄膜 制备工作中钛酸锶（SrTiO3）是当前应用最广的优秀高温超导单晶基片之一它与YBaCuO等高温超导材料的晶格匹配好，物理、机械性能优良SrTiO3是高温超导结技术（使用双晶基片或台阶状基片）及基片台阶化（按特定角度斜切并热处理）的首选单晶材料LSAT单晶LSAT（铝酸镧·钽酸锶铝）是性能优良的高温超导基片材料它可以克服LaAlO3高温超导基片晶体固有的畴结构给薄膜生长带来的不利影响 LASAT没有畴结构，无孪晶，晶体结构完整，用作衬底材料可显著提高薄膜的质量。

LSAT基片五、高温超导导体的应应用1、高温超导体电流引线2、高温超导磁体3、高温超导故障电流限流器4、高温超导交流输电5、高温超导直流输电6、高温超导电磁储能7、高温超导变压器8、其他热绝缘型和冷绝缘型高温超导电力电缆高温超导故障电流限流器高温超导限流器可以起到提高了电网的安 全性，同时也可提高电网的效率英纳超 导电缆技术等单位于2007年研制成了35千 伏、1200安培饱和铁芯式高温超导限流器 并在云南昆明普吉电站实现了并网运行结构设计方案1.触发电阻式2.触发电感式3.失超电阻式4.屏蔽筒式5.磁饱和式基本电阻型超导限流器限流过程其他超导限流器1.磁屏蔽型超导限流器2.饱和铁芯式超导限流器3.变压器型超导限流器4.桥路型超导限流器高温超导故障限流器高温超导故障限流器有许多优点，比如说 ：动作速度快，可有效减小故障电流，具 有较低的额定损耗，集检测、转换、限制 于一体，是一种可靠性较高的静态限流器 ，是一种“超级保险丝”；同时由于其结构简 单、体积较小、造价低、反应和回复速度 快，因而具有广阔的应用前景。