物理人教版九年级全册超导体阅读材料.doc

超导体科技名词定义中文名称：超导体 英文名称：superconductor 定义：在足够低的温度和足够弱的磁场下，其电阻率为零的物质 所属学科：电力（一级学科）；通论（二级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 百科名片   超导体一般材料在温度接近绝对零度的时候，物体分子热运动几乎消失，材料的电阻趋近于0，此时称为超导体，达到超导的温度称为临界温度目录超导体的发展史 1. 1911年：超导电性的发现　 2. 1933年 3. 1973年 4. 1986年 5. 1987年 6. 1988年 7. 1997年 8. 2007年 9. 2008年超导技术与昂尼斯持久电流实验 超导技术谈 超导技术的实用过程 超群的超导磁体 1. 超导发电机 2. 磁流体发电机 3. 超导输电线路广阔的超导应用 1. 超导磁悬浮列车 2. 超导磁体计算机 3. 核聚变反应堆“磁封闭体” 4. 费密冷凝体超导体的发展史 1. 1911年：超导电性的发现　 2. 1933年 3. 1973年 4. 1986年 5. 1987年 6. 1988年 7. 1997年 8. 2007年 9. 2008年超导技术与昂尼斯持久电流实验 超导技术谈 超导技术的实用过程 超群的超导磁体 1. 超导发电机 2. 磁流体发电机 3. 超导输电线路广阔的超导应用 1. 超导磁悬浮列车 2. 超导磁体计算机 3. 核聚变反应堆“磁封闭体” 4. 费密冷凝体展开编辑本段超导体的发展史1911年：超导电性的发现　　　1911年，荷兰科学家卡末林—昂内斯(Heike Kamerlingh-Onnes)用液氦冷却汞，当温度下降到4.2K时，水银的电阻完全消失，这种现象称为超导电性，此温度称为临界温度。

根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料[1]但这里所说的「高温」，其实仍然是远低于冰点0℃的，对一般人来说算是极低的温度 1933年　　1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性经过科学家们的努力，超导材料的磁电障碍已被跨越，下一个难关是突破温度障碍，即寻求高温超导材料    超导现象1973年　　1973年，发现超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，这一记录保持了近13年 1986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（镧钡铜氧化物）具有35K的高温超导性此后，科学家们几乎每隔几天，就有新的研究成果出现 　　1986年，美国贝尔实验室研究的超导材料，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越 1987年　　1987年，美国华裔科学家朱经武以及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“温度壁垒”（77K）也被突破了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。

从1986－1987年的短短一年多的时间里，临界超导温度提高了近100K 　　来自德国、法国和俄罗斯的科学家利用中子散射技术，在高温超导体的一个成员单铜氧层Tl2Ba2CuO6＋δ中观察到了所谓的磁共振模式，进一步证实了这种模式在高温超导体中存在的一般性该发现有助于对铜氧化物超导体机制的研究 　　高温超导体具有更高的超导转变温度（通常高于氮气液化的温度），有利于超导现象在工业界的广泛利用高温超导体的发现迄今已有16年，而对其不同于常规超导体的许多特点及其微观机制的研究，却仍处于相当“初级”的阶段这一点不仅反映在没有一个单一的理论能够完全描述和解释高温超导体的特性，更反映在缺乏统一的、在各个不同体系上普遍存在的“本征”实验现象本期Science所报道的结果意味着中子散射领域里一个长期存在的困惑很有可能得到解决    超导体原料早在1991年，法国物理学家利用中子散射技术在双铜氧层YBa2Cu3O6＋δ超导体单晶中发现了一个微弱的磁性信号随后的实验证明，这种信号仅在超导体处于超导状态时才显著增强并被称为磁共振模式这个发现表明电子的自旋以某种合作的方式产生一种集体的有序运动，而这是常规超导体所不具有的。

这种集体运动有可能参与了电子的配对，并对超导机制负责，其作用类似于常规超导体内引起电子配对的晶格振动但是，在另一个超导体La2－xSrxCuO4＋δ（单铜氧层）中，却无法观察到同样的现象这使物理学家怀疑这种磁共振模式并非铜氧化物超导体的普遍现象1999年，在Bi2Sr2CaCu2O8＋δ单晶上也观察到了这种磁共振信号但由于Bi2Sr2CaCu2O8＋δ与YBa2Cu3O6＋δ一样，也具有双铜氧层结构，关于磁共振模式是双铜氧层的特殊表征还是“普遍”现象的困惑并未得到彻底解决 　　理想的候选者应该是典型的高温超导晶体，结构尽可能简单，只具有单铜氧层困难在于，由于中子与物质的相互作用很弱，只有足够大的晶体才可能进行中子散射实验随着中子散射技术的成熟，对晶体尺寸的要求已降低到0.1厘米3的量级晶体生长技术的进步，也使Tl2Ba2CuO6＋δ单晶体的尺寸进入毫米量级，而它正是一个理想的候选者科学家把300个毫米量级的Tl2Ba2CuO6＋δ单晶以同一标准按晶体学取向排列在一起，构成一个“人造”单晶，“提前”达到了中子散射的要求经过近两个月散射谱的搜集与反复验证，终于以确凿的实验数据显示在这样一个近乎理想的高温超导单晶上也存在磁共振模式。

这一结果说明磁共振模式是高温超导的一个普遍现象而La2－xSrxCuO4＋δ体系上磁共振模式的缺席只是“普遍”现象的例外，这可能与其结构的特殊性有关 　　关于磁共振模式及其与电子间相互作用的理论和实验研究一直是高温超导领域的热点之一，上述结果将引起许多物理学家的关注与兴趣 　　20世纪80年代是超导电性的探索与研究的黄金年代1981年合成了有机超导体，1986年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡、镧、铜、氧的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4，其临界温度约为35K由于陶瓷性金属氧化物通常是绝缘物质，因此这个发现的意义非常重大，缪勒和柏诺兹因此而荣获了1987年度诺贝尔物理学奖 　　1987年在超导材料的探索中又有新的突破，美国休斯顿大学物理学家朱经武小组与中国科学院物理研究所赵忠贤等人先后研制成临界温度约为90K的超导材料YBCO（钇钡铜氧） 1988年　　1988年初日本研制成临界温度达110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超导体至此，人类终于实现了液氮温区超导体的梦想，实现了科学史上的重大突破这类超导体由于其临界温度在液氮温度（77K）以上，因此被称为高温超导体 　　自从高温超导材料发现以后，一阵超导热席卷了全球。

科学家还发现铊系化合物超导材料的临界温度可达125K，汞系化合物超导材料的临界温度则高达135K如果将汞置于高压条件下，其临界温度将能达到难以置信的164K 1997年　　1997年，研究人员发现，金铟合金在接近绝对零度时既是超导体同时也是磁体1999年科学家发现钌铜化合物在45K时具有超导电性由于该化合物独特的晶体结构，它在计算机数据存储中的应用潜力将是非常巨大的 2007年　　自２００７年１２月开始，中国科学院物理研究所的陈根富博士已投入到镧氧铁砷非掺杂单晶体的制备中今年２月１８日，日本东京工业大学的细野秀雄教授和他的合作者在《美国化学会志》上发表了一篇两页的文章，指出氟掺杂镧氧铁砷化合物在零下247.15℃时即具有超导电性在长期研究中保持着跨界关注习惯的陈根富和王楠林研究员立即捕捉到了这一消息的价值，王楠林小组迅速转向制作掺杂样品，他们在一周内实现了超导并测量了基本物理性质 　　几乎与此同时，物理所闻海虎研究组通过在镧氧铁砷材料中用二价金属锶替换三价的镧，发现有临界温度为零下248.15℃以上的超导电性 2008年　　2008年３月２５日和３月２６日，中国科学技术大学陈仙辉组和物理所王楠林组分别独立发现临界温度超过零下233.15℃的超导体，突破麦克米兰极限，证实为非传统超导。

　　2008年３月２９日，中国科学院院士、物理所研究员赵忠贤领导的小组通过氟掺杂的镨氧铁砷化合物的超导临界温度可达零下２２１.１５℃，４月初该小组又发现无氟缺氧钐氧铁砷化合物在压力环境下合成超导临界温度可进一步提升至零下２１８.１５℃ 编辑本段超导技术与昂尼斯持久电流实验　　为了证实（超导体）电阻为零，科学家将一个铅制的圆环，放入温度低于Tc=7.2K的空间，利用电磁感应使环内激发起感应电流结果发现，环内电流能持续下去，从1954年3月16日始，到1956年9月5日止，在两年半的时间内的电流一直没有衰减，这说明圆环内的电能没有损失，当温度升到高于Tc时，圆环由超导状态变正常态，材料的电阻骤然增大，感应电流立刻消失，这就是著名的昂尼斯持久电流实验 编辑本段超导技术谈　　1911年，荷兰莱顿大学的卡茂林-昂尼斯意外地发现，将汞冷却到-268.98℃时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡茂林-昂尼斯称之为超导态卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖　 　　这一发现引起了世界范围内的震动在他之后，人们开始把处于超导状态的导体称之为“超导体”。

超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中流大的电流，从而产生超强磁场    超导磁流体推进船1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质，当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应” 　　后来人们还做过这样一个实验：在一个浅平的锡盘中，放入一个体积很小但磁性很强的永久磁体，然后把温度降低，使锡盘出现超导性，这时可以看到，小磁铁竟然离开锡盘表面，慢慢地飘起，悬空不动　 　　迈斯纳效应有着重要的意义，它可以用来判别物质是否具有超导性 　　为了使超导材料有实用性，人们开始了探索高温超导的历程，从1911年至1986年，超导温度由水银的4.2K提高到23.22K（绝对零度代号为 K = -273℃）86年1月发现钡镧铜氧化物超导温度是30度，12月30日，又将这一纪录刷新为40.2K，87年1月升至43K，不久又升至46K和53K，2月15日发现了98K超导体，很快又发现了14℃下存在超导迹象，高温超导体取得了巨大突破，使超导技术走向大规模应用。

　 　　超导材料和超导技术有着广阔的应用前景超导现象中的迈斯纳效应使人们可以到用此原理制造超导列车和超导船，由于这些交通工具将在无摩擦状态下运行，这将大大提高它们的速度和安静性能超导列车已于70年代成功地进行了载人可行性试验，1987年开始，日本国开始试运行，但经常出现失效现象，出现这种现象可能是由于高速行驶产生的颠簸造成的超导船已于1992年1月27日下水试航，目前尚未进入实用化阶段利用超导材料制造交通工具在技术上还存在一定的障碍，但它势必会引发交通工具革命的一次浪潮　 　　超导材料的零电阻特性可以用来输电和制造大型磁体。