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超导材料的现状及发展趋势分析

超导材料的现状及发展方向自1911年荷兰莱顿实验室的卡末林·昂纳斯首次在4.2K时发现水银零电阻现
象即超导现象以来。

人们相继在超导
材料方面取得很多突破,后来在梅斯
勒发现超导体的抗磁性之后, 1934
—1985年后超导物理学理论逐步发
展,超导材料逐步应用于实际科学技
术领域。

但由于种种原因,至今超导
物理学理论也不够完善。

在这一阶段
人们研究的超导材料临界转变温度
较低。

后来进入高温超导研究阶段,高温超导材料指的是:钇系(92 K)、铋系(110 K)、铊系(125 K)和汞系(135 K)以及2001年1月发现的新型超导体二硼化镁(39 K)。

高温超导体属于非理想的第II类超导体。

临界磁场和临界电流且比低温超导体更高。

同时已对高温超导材料进研究开发,氧化物复合超导材料具有耐用和稳定性好的特点。

通过研究浸泡实验表明,超导电性的退化主要来自于杂相及时效过程中的析出相。

为了改善薄膜对环境的敏感性,美国西北大学的Mirkin建议把分子单层表面化学改性引入到高温超导铜氧化合物中。

以铋锶钙铜氧系为第一代高温超导带材,它的可加工性优良,在超导强电应用领域占据重要位置。

但铋系材料的实用临界电流密度较低,并且在77 K的应用磁场也很低。

然而钇钡铜氧化物材料在77 K的超导电性比铋锶钙铜氧材料好的多;但它的可加工性极差,故要做出超导性好的带材通过传统的压力加工和热处理工艺就很难。

随着材料科学工艺技术的发展,近年来一种在轧制金属基带上制造钇钡铜氧超导带材的工艺被称作“第二代”带材。

欧洲国家努力开展高温超导材料工艺及应用研究。

丹麦已批量制造铋系超导带材。

2003年11月我国第一个10m、
10.5kV/1.5kA 三相交流高温超导电缆系统日前在中国科学院电工研究所研制成功,并于成功地进行了试验运行。

2011年5月信赢和公司团队研发的世界最大功率的超导限流器刚成功。

2011年9月25日,特拉维夫大学的研究小组开发出了一种超导体材料——蓝宝石单晶体纤维,可用于高压电缆输电,输电量是相同直径铜线输电量的40倍。

研究人员称这种超导材料将有可能彻底改变电力输送占空间、高损耗的状况。

高温超导材料主要有:膜材(薄膜、厚膜)、块材、线材和带材等类型。

薄膜最常用、最有效的两种镀膜技术是:磁控溅射和脉冲激光沉积。

还有金属有机
物化学气相沉积、分子束外延法、离子束辅助沉积等制备方法。

薄膜主要用于超导量子干涉仪,约瑟夫森结转换器,红外探测器,微波谐振器等。

厚膜制备方法有很多:如热解喷涂和电泳沉积等,而最常用的技术是丝网印刷和刮浆法,高温超导体厚膜主要用于HTS磁屏蔽、微波谐振器、天线等电路互连和电流开关的地方。

块材最初都是用固相法或化学法制得氧化物粉末,然后用机械压块和烧结等粉末冶金工艺获得,主要用于磁悬浮和磁性轴承方面。

线材和带材制备方法有金属包层复合带法,金属芯复合丝法,裸丝或裸带法,用于发电机或动力传输方面,各国研究较多,发展较快。

在电力、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。

超导储能、电缆、限流器、电机等超导电力技术,如果能应用将带来电力工业的重大变革。

在国防工业方面,由于超导技术不可代替的特殊性和优越性,将在扫雷艇、超导电机、电磁武器、传感器、舰船用防弹及导航用高精度超导陀螺仪等领域被广泛应用。

所以提高临界转变温度、临界电流密度和改良其加工性能,制造出理想的更低价格的新一代超导材料就成为超导的发展趋势。

2010年3月7日日本刷新有机超导材料临界温度世界纪录。

个人体会,从超导现象的发现到低温超导,再到高温超导至今已经刚好有100年的发展史了,超导技术具有广阔的发展前景,同时发展高温超导技术是21世纪国际高技术竞争中保持尖端优势的关键所在,如果能让高温超导电缆的产业化、实用化,我国将在世界上占据举足轻重的地位,世界也会因此踏入一个新的革命时代。

然而攻克在这个领域的各种难关,就成为当代科学的一个个的目标。

作为当代理工类大学生,我们应该时时关注当代科学技术的发展,为自己树立一个更高的理想。

1.冯瑞华,姜山.超导材料的发展与研究现状.低温与超导,2007
2.杨公安,蒲永平,王瑾菲等超导材料研究进展及其应用.陶瓷,2009
3.石勇.超导材料的制备与特性研究综述. 2006
4.我国研制成功10米长超导电缆系统
/38/3809/380903/news/20031114/092046.asp
5.国外超导材料技术研发概况
/newsInfo.asp?NID=4126
6.日本刷新有机超导材料临界温度世界纪录
/world/2010-03/07/content_13115411.htm
7.特拉维夫大学开发出一种能提高输电能力40倍以上超导纤维
/gnwkjdt/201111/t20111110_90791.htm。

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