超導現象

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超導，指導體在某一溫度下，電阻為零的狀態。在實驗中，若導體電阻的測量值低於10-25Ω，可以認為電阻為零。

中文名:超導

外文名:superconductivity

所屬學科:物理學

時 間:1911年

性 能:低溫下失去電阻

應用領域:電子電氣、材料科學等

發現者:海克·卡末林·昂內斯

目錄

超導現象

超導現象出現的基本標誌是零電阻效應和邁斯納效應，但還伴隨着多種特徵的出現。物體在低溫出現超導現象仍然有一些問題沒有弄清，但人們已經知道了很多。首先，有一些低溫超導現象是由於電聲作用，可以用BCS理論做出解釋，而象銅基超導體、重費米子超導體中的超導原因，如今仍在研究之中。由於超導體對環境的要求非常高，如今它還只能在科學家們的實驗室中進行，並不能夠大規模的應用到我們的日常生活中，但科學的發展是永無止境的，科學家們還正朝着提高超導體的溫度以達到將超導應用於生活中，為人類造福。相信隨着科學的發展，超導一定會廣泛地應用與我們的生活。到那時候，例如超導電纜、超導電機、超導儲能器以及粒子加速器和受控熱核反應的超大型強磁體；還有時速高達500多公里的超導磁懸浮列車，無摩擦超導陀螺儀，超導軸承等等。1962年，英國劍橋大學研究生布里安·戴維·約瑟夫森（1940～ 年）的一項重大發現，使超導應用更加令人眼花繚亂。這項發現叫做「約瑟夫森效應」，它使超導體可像半導體那樣做成二極管、三極管和一種奇妙的探測器件——超導量子干涉儀，用於弱磁場測量、超導計算機等微電子領域。可以設想，這些應用一旦實現，世界將改變模樣：超導儲能器收集太陽能，並將它儲藏起來，通過強大的電網完好無損地把電流送往用戶。

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分類與應用

分類

超導材料按其化學成分可分為元素材料、合金材料、化合物材料和超導陶瓷。①超導元素：在常壓下有28種元素具超導電性，其中鈮（Nb）的Tc最高，為9.26K。電工中實際應用的主要是鈮和鉛(Pb，Tc=7.201K)，已用於製造超導交流電力電纜、高Q值諧振腔等。② 合金材料： 超導元素加入某些其他元素作合金成分， 可以使超導材料的全部性能提高。如最先應用的鈮鋯合金(Nb-75Zr)，其Tc為10.8K，Hc為8.7特。繼後發展了鈮鈦合金，雖然Tc稍低了些，但Hc高得多，在給定磁場能承載更大電流。其性能是Nb-33Ti，Tc=9.3K，Hc=11.0特；Nb-60Ti，Tc=9.3K，Hc=12特(4.2K)。如今鈮鈦合金是用於7～8特磁場下的主要超導磁體材料。鈮鈦合金再加入鉭的三元合金，性能進一步提高，Nb-60Ti-4Ta的性能是，Tc=9.9K，Hc=12.4特（4.2K）；Nb-70Ti-5Ta的性能是，Tc=9.8K，Hc=12.8特。③超導化合物:超導元素與其他元素化合常有很好的超導性能。如已大量使用的Nb3Sn，其Tc=18.1K，Hc=24.5特。其他重要的超導化合物還有V3Ga，Tc=16.8K，Hc=24特；Nb3Al，Tc=18.8K，Hc=30特。④超導陶瓷：20世紀80年代初，米勒和貝德諾爾茨開始注意到某些氧化物陶瓷材料可能有超導電性，他們的小組對一些材料進行了試驗，於1986年在鑭－鋇－銅－氧化物中發現了Tc=35K的超導電性。1987年，中國、美國、日本等國科學家在鋇－釔－銅氧化物中發現Tc處於液氮溫區有超導電性，使超導陶瓷成為極有發展前景的超導材料。

應用

超導材料具有的優異特性使它從被發現之日起，就向人類展示了誘人的應用前景。但要實際應用超導材料又受到一系列因素的制約，這首先是它的臨界參量，其次還有材料製作的工藝等問題（例如脆性的超導陶瓷如何製成柔細的線材就有一系列工藝問題）。到80年代，超導材料的應用主要有：①利用材料的超導電性可製作磁體，應用於電機、高能粒子加速器、磁懸浮運輸、受控熱核反應、儲能等；可製作電力電纜，用於大容量輸電（功率可達10000MVA）；可製作通信電纜和天線，其性能優於常規材料。②利用材料的完全抗磁性可製作無摩擦陀螺儀和軸承。③利用約瑟夫森效應可製作一系列精密測量儀表以及輻射探測器、微波發生器、邏輯元件等。利用約瑟夫森結作計算機的邏輯和存儲元件，其運算速度比高性能集成電路的快10-20倍，功耗只有四分之一。