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超导技术
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==超导现象==
超导现象出现的基本标志是 [[ 零电阻效应 ]] 和 [[ 迈斯纳效应 ]] ,但还伴随着多种特征的出现。 [[ 物体 ]] 在低温出现超导现象仍然有一些问题没有弄清,但人们已经知道了很多。首先,有一些低温超导现象是由于电声作用,可以用BCS理论做出解释,而象铜基 [[ 超导体 ]] 、重费米子超导体中的超导原因,如今仍在研究之中。由于超导体对环境的要求非常高,如今它还只能在 [[ 科学家 ]] 们的 [[ 实验室 ]] 中进行,并不能够大规模的应用到我们的日常生活中,但科学的发展是永无止境的,科学家们还正朝着提高超导体的温度以达到将超导应用于生活中,为 [[ 人类 ]] 造福。相信随着科学的发展,超导一定会广泛地应用与我们的生活。到那时候,例如 [[ 超导电缆 ]] 、 [[ 超导电机 ]] 、超导储能器以及 [[ 粒子加速器 ]] 和受控 [[ 热核反应 ]] 的超大型强磁体; ; 还有时速高达500多公里的超导 [[ 磁悬浮列车 ]] ,无摩擦超导 [[ 陀螺仪 ]] ,超导 [[ 轴承 ]] 等等。1962年, [[ 英国 ]][[ 剑桥大学 ]] 研究生布里安•戴维•约瑟夫森(1940~ 年)的一项重大发现,使超导应用更加令人眼花缭乱。这项发现叫做" “ 约瑟夫森效应" ” ,它使超导体可像 [[ 半导体 ]] 那样做成 [[ 二极管 ]] 、 [[ 三级管 ]] 和一种奇妙的探测器件-- [[ 超导量子干涉仪 ]] ,用于弱磁场测量、 [[ 超导计算机 ]] 等 [[ 微电子 ]] 领域。可以设想,这些应用一旦实现,世界将改变模样:超导储能器收集 [[ 太阳能 ]] ,并将它储藏起来,通过强大的 [[ 电网 ]] 完好无损地把 [[ 电流 ]] 送往用户。
==分类与应用==
===分类===
超导材料按其 [[ 化学成分 ]] 可分为 [[ 元素 ]][[ 材料 ]] 、 [[ 合金 ]] 材料、 [[ 化合物 ]] 材料和 [[ 超导陶瓷 ]] 。①超导元素:在常压下有28种元素具超导电性,其中 [[ 铌]](Nb)的Tc最高,为9.26K。 [[ 电工 ]] 中实际应用的主要是铌和 [[ 铅]](Pb,Tc=7.201K),已用于制造超导交流电力电缆、高Q值谐振腔等。② 合金材料: 超导元素加入某些其他元素作合金成分, 可以使超导材料的全部性能提高。如最先应用的 [[ 铌锆合金]](Nb-75Zr),其Tc为10.8K,Hc为8.7特。继后发展了 [[ 铌钛合金 ]] ,虽然Tc稍低了些,但Hc高得多,在给定 [[ 磁场 ]] 能承载更大电流。其性能是Nb-33Ti,Tc=9.3K,Hc=11.0特;Nb-60Ti,Tc=9.3K,Hc=12特(4.2K)。如今铌钛合金是用于7~8特磁场下的主要超导磁体材料。铌钛合金再加入 [[ 钽 ]] 的三元合金,性能进一步提高,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超导化合物:超导元素与其他元素化合常有很好的超导性能。如已大量使用的Nb3Sn,其Tc=18.1K,Hc=24.5特。其他重要的超导化合物还有V3Ga,Tc=16.8K,Hc=24特;Nb3Al,Tc=18.8K,Hc=30特。④超导陶瓷:20世纪80年代初,米勒和贝德诺尔茨开始注意到某些 [[ 氧化物 ]] 陶瓷材料可能有 [[ 超导电性 ]] ,他们的小组对一些材料进行了试验,于1986年在镧-钡-铜-氧化物中发现了Tc=35K的超导电性。1987年, [[ 中国 ]] 、 [[ 美国 ]] 、 [[ 日本 ]] 等国 [[ 科学家 ]] 在钡-钇-铜氧化物中发现Tc处于 [[ 液氮 ]] 温区有超导电性,使超导陶瓷成为极有发展前景的超导材料。
===应用===
超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起,就向人类展示了诱人的应用前景。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约,这首先是它的临界参量,其次还有材料制作的 [[ 工艺 ]] 等问题(例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺问题)。到80年代,超导材料的应用主要有:①利用材料的超导电性可制作 [[ 磁体 ]] ,应用于 [[ 电机 ]] 、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等;可制作 [[ 电力电缆 ]] ,用于大容量输电( [[ 功率 ]] 可达10000MVA);可制作 [[ 通信电缆 ]] 和 [[ 天线 ]] ,其性能优于常规材料。②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。③利用 [[ 约瑟夫森效应 ]] 可制作一系列精密 [[ 测量仪表 ]] 以及 [[ 辐射 ]][[ 探测器 ]] 、 [[ 微波 ]] 发生器、 [[ 逻辑元件 ]] 等。利用约瑟夫森结作 [[ 计算机 ]] 的逻辑和存储元件,其运算速度比高性能 [[ 集成电路 ]] 的快10-20倍, [[ 功耗 ]] 只有四分之一。 ==参考文献==