超导材料的进展

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1、超导材料的进展★lvzhu2007（金币+1,VIP+O）:感谢提供！2-1609:031911年，荷兰物理学家卡麦林•昂尼斯首次意外地发现了超导现彖：将水银冷却到接近绝对零度吋，其电虹突然消失。后來他乂发现许多金属（例如铝、锡）和合金都具有与水银和类似的特性：在低温下电阻为冬（这一温度叫超导材料的临界温度），由于它的特殊导电性能，昂尼斯称Z为超导态。总体来说，超导材料的发展经历了一个从简单到复杂，即由一元系到二元系、三元系以至多元系的过程，如图1所示。在1911〜1932年间，以研究元素超导体为主，除Hg外，又发现

2、了Pd、Sn、In、Ta、Nb、Ti等众多的元素超导体。现在已知，在元素周期表中冇50多种元素具冇超导电性。在1932〜1953年间，则发现了许多具有超导电性的合金、以及过渡金属碳化物和氮化物，临界转变温度（Tc）得到了进一步的提高。随后，在1953〜1973年间，发现了一系列A15型（如Nb3Sn,V3Ga,Nb3Ge）超导体，使Tc值上升到23.2Ko1986年以后发现的多元系氧化物超导体使临界温度值在10年的时间里提高到了160K。在高温超导体出现以前，使川在液氮温度下的低温超导材料经过二十余年研究与发展获得了

3、成功°以NbTi、Nb3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像、超导磁体及人型加速器磁体等多个领域获得了应用。但是，由于常规低温超导体的临界温度太低，必须在昂贵复杂的液氨（4.2K）系统中使用，因而严重限制了低温超导应用的发展。1986年高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应用的温度从液氨提高到了液氮温区。同液氨相比，液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极人的方便。另外，高温超导体都具有相当高的上临界场，能够用来产生20T以上的强磁场，这正好克服了常规低温超导

4、材料的不足之处。正因为这些优点，吸引了人最的科学工作者采用最先进的技术装备，对高临界温度超导机制、材料的物理特性、化学性质、合成工艺及显微组织进行了广泛和深入的研究。本文将着重介绍最近10年来在高温超导材料及其应用领域取得的重要进展。高温超导材料进展目前高温超导材料指的是:锂系（92K）、钮系（110K）、铠系（125K）和汞系（135K）以及2001年1月发现的新型超导体二硼化镁（39K）o其屮最有实用前途的是钮系、化系（YBCO）和二硼化镁（MgB2）o氧化物高温超导材料是以铜氧化物为组分的具有钙钦矿层状结构的复

5、杂物质，在止常态它们都是不良导体。同低温超导体相比，高温超导材料具有明显的各向异性，在垂玄和平行于铜氧结构层方向上的物理性质差别很大。高温超导体属于非理想的第II类超导体，且具有比低温超导体更高的临界磁场和临界电流，因此是更接近于实用的超导材料，特别是在低温下的性能比传统超导体高得多。1•高温超导线带材高温超导体在强电方面众多的潜在应用（如：磁体、电缆、限流器、电机等）都需要研究和开发高性能的长线带材（千米量级）。所以，人们先后在YBCO、BSCCO及MgB2线材带化实用化方而做了大量的工作。目前已在Bi系Ag基复合

6、带线材、铁基MgB2线材和柔性金属基Y系带材方面取得了很大进展。A.第一代Bi系高温超导线材BSCCO超导体晶粒的层状化结构使得人们能够利用机械变形和热处理来获得具有较好晶体取向的Bi系线带材，即把Bi（Pb）-Sr-Ca-Cu-0粉装入金属管（Ag或Ag合金）屮进行加工和热处理的方法。经过十儿年的发展，利用这种方法，已经开发出长度为千米级的钮系多芯超导线材。美国、日本、徳国、中国等国己具备牛产儿百米到上千米的批量能力。可以说，钮系高温超导带材的临界电流密度、长度已经基本上达到了电力应用的要求，而其价格对于限流器应用

7、来说也基本满足要求，从血为开展强电应用研究奠定了基础。因此，各国都已大力开展冇关超导磁体、输电电缆、超导变压器和故障限流器等方面的应用研究。B.第二代YBCO高温超导带材由于第一代Bi系带材的高成本以及它的一些性能问题如磁场下临界电流的急剧衰减等，使得基于它的超导技术在工业上的人规模应用前娥变得渺茫。超导界不得不将研究重点转移到开发基于YBCO体系的第二代高温超导带材上來，因为YBCO具有更为优异的磁场下性能，是真正的液氮温区下强电应用的超导材料。少Bi系相比，YBCO的各向异性比较弱，可以在液氮温区附近较高磁场下有

8、较大临界电流密度，但由于品粒间结合较弱，难以采用装管法制备。采用沉积、喷涂等镀膜方法制备铠系超导带材是当前高温超导强电应用材料研究的重点。近年來，采用IBAD/PLD和RABiTS/PLD(MOCVD或MOD)复合技术制备涂层带材已取得重大进展。如日木ISTEC公司已制备出212米长，临界电流达245A的第二代带材。美国、德国等也已制备出百米量