新能源与分布式发电-超导材料

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1、Super-conducting超导材料超导材料陈刚电力设备电气绝缘国家重点实验室Tel：82668493Email：chainway@mail.xjtu.edu.cnIntroduction"超导"是指某些物体当温度下降至一定温度时，电阻突然趋近于零的现象。具有这种特性的材料称为超导材料。1Introduction零电阻1911年KamerlinghOnnes发现了Hg的超导电性，Tc迈斯纳效应—抗磁性迈斯纳效应又叫完全抗磁性，1933年迈斯纳发现，超导体一旦进入超导状态，体内的磁通量将全部被排出体外，磁感应强度恒为零。不论是先降温

2、后加磁场，还是先加磁场后降温，只要进入超导状态，就把全部磁通量排出体外。2Introduction实现超导必须具备一定的条件。超导态的三大临界条件：临界温度、临界电流和临界磁场，密切相关，相互制约。临界温度(Tc):超导体电阻突然变为零的温度临界电流(I):超导体无阻载流的能力是有限的，当通过超导体中的c电流达到某一特定值时，又会重新出现电阻，使其产生这一相变的电流称为临界电流临界磁场(H):逐渐增大磁场到达一定值后，超导体会从超导态变为c正常态，把破坏超导电性所需的最小磁场BasicTheory第I类超导体界面能为正，只有一个临界

3、磁场。主要包括一些在常温下具有良好导电性的纯金属，如铝、锌、镓、鎘、锡、铟等，该类超导体的溶点较低、质地较软，亦被称作“软超导体”。其特征是由正常态过渡到超导态时没有中间态，并且具有完全抗磁性。12第I类超导体由于其临界电流密度和临界磁场较低，因而没有很好的实用价值。3BasicTheory第II类超导体界面能为负，有两个临界磁场。主要包括许多超导合金和少数几种纯超导金属元素12(1)第II类超导体由正常态转变为超导态时有一个中间态(2)第II类超导体的混合态中有磁通线存在，而第I类超导体没有(3)第II类超导体比第I类超导

4、体有更高的临界磁场、更大的临界电流密度和更高的临界温度Introduction实验电路图4Materials高温超导体从1911年到1986年，75年间从水银的4．2K提高到铌三锗的23．22K，才提高了19K。高温超导体的温度是指临界温度大于23.2K合金、金属氧化物、无机氧化复合物a-NbTi、b-Nb3Sn、c-MgB2、d-YBCO、e-Bi2223Materials高温超导体的四项判断准则(1)必须在一个确定的温度实现零电阻转变；(2)在零电阻转变温度的附近必须观察到完全抗磁性（迈斯纳效应）；(3)这一现象必须具有一定的稳定

5、性和再现性；(4)这一现象必须为其它实验室所重复和验证。5MaterialsMaterials6Materials高温铜氧化物超导体——主要的第二类超导体畸变的层状钙钛矿结构划分为超导结构单元和蓄电库结构单元CuO2双层上的载流子浓度是决定超导电性的关键要素氧含量具有不确定性特别的超导相图YBaCuOLaSrCuO(Tc=90K)(Tc~37K)MaterialsMgB：其超导转变温度达39K。2二硼化镁的发现为研究新一类具有简单组成和结构的高温超导体找到新途径。易合成和加工，容易制成薄膜或线材。7Application1

6、.物理研究应用：磁导体、精密磁体2.大电流应用（强电应用）：发电，输电和储能3.电子学应用（弱电应用）：滤波器，微波器件等4.抗磁性应用：磁悬浮列车和热核聚变反应堆等5.生物医学应用：核磁共振成像技术6.军事应用：定向武器、推进系统等Application超导磁体：（a）探测器磁体（b）输运磁体（c）加速器磁体（d）探测器磁体光学实验磁体8Application超导量子干涉器(SQUID)磁强计极其灵敏的磁场探测仪器，它可以分辨相当于十亿分一的地磁场变化，广泛用于科学研究、生物磁(脑磁、心磁)、无损探伤及大地电磁测量等领域,可确定

7、地热、石油、各种矿藏的位置和储量，并可用于地震预报。灵敏度高、噪声低、反应快、损耗小，如用超导量子干涉仪Application高温超导dc-SQUID9Application强电应用超导发电机利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万～6万高斯，单机发电容量比常规发电机提高5～10倍，达1万兆瓦，而体积却减少1/2，整机重量减轻1/3，发电效率提高50％。超导发电机，拥有两万千瓦的功率300KW超导单极300发电机Application超导电线电缆把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计，目前的铜或铝导线输电，约有15%的电能损

8、耗在输电线路上，光是在中国，每年的电力损失即达1000多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。超导导线(含2120根微米直径的铌钛合金纤维)10Application电缆芯、低温容器、终端和冷却系统