1、.超導(dǎo)現(xiàn)象簡(jiǎn)介超導(dǎo)現(xiàn)象 ：某些物質(zhì)在溫度降低到一定值時(shí)電阻會(huì)完全消失， 這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)電性。超導(dǎo)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、 軍事技術(shù)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)與醫(yī)療衛(wèi)生等具有重大價(jià)值。具有超導(dǎo)電性的物質(zhì)稱為超導(dǎo)材料或超導(dǎo)體。 超導(dǎo)材料包括金屬低溫超導(dǎo)材料、陶瓷高溫超導(dǎo)材料和有機(jī)超導(dǎo)材料等。發(fā)展概況：超導(dǎo)電性是荷蘭科學(xué)家 H.K. 昂尼斯 1911 年發(fā)現(xiàn)的，他在做低溫實(shí)驗(yàn)時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)汞線冷卻到 4ZK時(shí)電阻突 然消失了。隨后科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)許多金屬、合金和金屬間化合物也具有這種特性。 1933 年，德國(guó)人 W.邁斯納發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體具有高抗磁性，使磁力線不能透人，人們稱之為邁斯 納效應(yīng)。 1957 年美國(guó)人 J.

2、巴丁、 LN.庫(kù)泊、 J.R. 施里弗共同提出超導(dǎo)微觀理論 (BCS理 論 ) 。1962 年，英國(guó)人 BD.約瑟夫森從理論上預(yù)言超導(dǎo)電流能夠穿過(guò)一層極薄的絕緣體進(jìn)入另一超導(dǎo)體，形成隧道超導(dǎo)電流。這 種約瑟夫森效應(yīng)隨后為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。 1986 年初，美國(guó)國(guó)際商用機(jī)器公司蘇黎世研究所的 K.A. 馬勒和 J.G. 貝諾斯發(fā)現(xiàn)，鋇鋼銅 氧化合物在 30K 時(shí)呈現(xiàn)超導(dǎo)電性。 這種陶瓷超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)， 為超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展開辟了新的途徑。 1986 年以前發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)材料是良導(dǎo)體金屬、合金和金屬間化合物，其臨界溫度最高不過(guò) 232K，而馬勒和貝諾斯發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo) 材料卻是氧化物，臨界溫度比低溫超導(dǎo)體高得多， 對(duì)

3、超導(dǎo)研究具有劃時(shí)代的意義， 世界各國(guó)對(duì)此都十分重視。 1987 年中國(guó)成立了超導(dǎo)技術(shù)專家委員會(huì)和國(guó)家超導(dǎo)技術(shù)聯(lián)合研究開發(fā)中心，統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)全國(guó)的超導(dǎo)研究工作 ; 同年 7 月美國(guó)總統(tǒng)提出總統(tǒng)超導(dǎo)倡議，要求政府采取必要措施支持高溫超導(dǎo)研究 ; 日本政府和民間企業(yè)、 大學(xué)制訂了 共同開發(fā)超導(dǎo)材料的計(jì)劃。各國(guó)超導(dǎo)科學(xué) 家以陶瓷材料為對(duì)象尋找高臨界溫度的超 導(dǎo)材料，形成了一股世界性的超導(dǎo)研究熱，憶鋇銅氧化合物、秘鋸鈣銅氧化合物、鉑鋇鈣銅氧化合物等高溫超導(dǎo)材料不斷涌現(xiàn)。自 1986 年以來(lái)，中國(guó)在高溫超導(dǎo)技術(shù)攻關(guān)中取得了一系列重大成就， 在某些領(lǐng)域達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。 超導(dǎo)材料特性超導(dǎo)材料最重要的特性是完全

4、電導(dǎo)性和完全抗磁性。完全電導(dǎo) 性是指在一定的溫度條件下超導(dǎo)體的電阻為零， 在這種狀態(tài)下， 超導(dǎo)體不僅可以無(wú)損耗地輸送電流， 而且在儲(chǔ)存電能時(shí)也不會(huì)有損失。 完全抗磁性是指材料一旦進(jìn)人超導(dǎo)狀態(tài)，磁力線就不能穿過(guò)超導(dǎo)體， 其內(nèi)部磁通量等于零。 這兩個(gè)特性是衡量;.一種材料是否屬于超導(dǎo)體的標(biāo)準(zhǔn)。超導(dǎo)材料的另一個(gè)特性是具有約瑟夫森效應(yīng)或超導(dǎo)隧道效應(yīng)，即在兩塊超導(dǎo)體之間置一絕緣層( 厚度約 10 埃) ，這時(shí)的絕緣層會(huì)成為一個(gè)“弱”超導(dǎo)體，電流可在其中通過(guò)。判斷超導(dǎo)材料性能的指標(biāo)是臨界溫度 (Tc) 、臨界磁場(chǎng) (Hc) 和臨界電流 (tc) 。臨界溫度是指物質(zhì)從有電阻變?yōu)闊o(wú)電阻的溫度 ; 臨界磁場(chǎng)是指

5、在一定的溫度和無(wú)電流存在的情況下，超導(dǎo)體超導(dǎo)電性消失時(shí)的磁場(chǎng)閡值 ; 臨界電流是指能使超導(dǎo)體由超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)的電流密度值。 Tc、 Hc 和 Ic 數(shù)值越大，超導(dǎo)體的性能越好。超導(dǎo)技術(shù)以及潛在應(yīng)用 ： 超導(dǎo)技術(shù)是研究物質(zhì)在超導(dǎo)狀態(tài)下的性質(zhì)、功能以及超導(dǎo)材料、超導(dǎo)器件的研制、 開發(fā)和應(yīng)用的技術(shù)， 是應(yīng)用價(jià)值和巨大開發(fā)前景的高技術(shù)，它在軍事上的潛在應(yīng)用可分為強(qiáng)磁和弱磁兩大類。 超導(dǎo)強(qiáng)磁技術(shù)主要是利用超導(dǎo)材料能夠產(chǎn)生很高的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)， 據(jù)此將可制成超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置、 超導(dǎo)電機(jī)和電磁推進(jìn)裝置。 超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置。這種儲(chǔ)能裝置將可長(zhǎng)時(shí)期儲(chǔ)存大量的能量，然后根據(jù)需要加以釋放。大型超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng) ( 儲(chǔ)能 101

6、2 焦耳 ) 將可作為陸基自由電子激光器或天基定向能武器的功率源。 超導(dǎo)電機(jī)。 這種電機(jī)的體積和質(zhì)量將比常規(guī)電機(jī)顯著縮小， 功率成倍增長(zhǎng)， 效率大大提高， 可為武器裝備提供動(dòng)力。電磁推進(jìn)裝置。用超導(dǎo)強(qiáng)磁材料制 造的電磁推進(jìn)裝置，把電能直接轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)力，將能以很高的速度推進(jìn)大質(zhì)量的物體， 在軍事上用作艦艇的動(dòng)力裝置，可消除傳動(dòng)噪聲， 提高隱蔽性 ; 也可用作電磁炮的動(dòng)力裝置。 超導(dǎo)弱磁技術(shù)的理論基礎(chǔ)是約瑟夫森效應(yīng)。 利用這種效應(yīng)制成的超導(dǎo)電子器件， 將具有功耗低、 噪聲小、靈敏度高、反應(yīng)速度快等特點(diǎn)，可進(jìn)行高精度、弱信號(hào)的電磁視 l 量，也司一用作超高速電子計(jì)算機(jī)元器件等。 主要的超導(dǎo)電子器件有

7、: 超導(dǎo)弱磁探 壩 lj 器件。超導(dǎo)量子干涉儀、電磁傳感器和磁強(qiáng)計(jì)等，對(duì)磁場(chǎng)和電磁輻射的靈敏度比常規(guī)器件高得多，可用于軍事偵察。超導(dǎo)計(jì) 算機(jī)。采用約瑟夫森器件的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)， 運(yùn)算速度將比普通計(jì)算機(jī)快幾十倍， 功耗減少到千分之一以下， 散熱性能很好。超導(dǎo)高頻探測(cè)器。如超導(dǎo)紅外探測(cè)器、參量放大器、混頻器、功率放大器等，將使空間監(jiān)視、通信、導(dǎo)航、氣象和武器系統(tǒng)的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)利用常規(guī)器件時(shí)的性能。發(fā)展趨勢(shì)超導(dǎo)技術(shù)總的發(fā)展趨勢(shì)是，加強(qiáng)超導(dǎo)機(jī)理和應(yīng)用技術(shù)的研究， 探索臨界溫度更高、 性能更優(yōu)良的新超導(dǎo)材料。 關(guān)鍵問(wèn)題之一是進(jìn)一步探明超導(dǎo)材料特別是高溫超導(dǎo)材料的性能和物理特性，另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是高;.溫超導(dǎo)材

8、料的合成與加工。 超導(dǎo)突破液氮溫區(qū)， 給超導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)和理論帶來(lái)一系列問(wèn)題，新的高溫超導(dǎo)材料大多具有各向異性、 脆性以及難加工等特點(diǎn)， 要達(dá)到實(shí)用化，必須在材料的合成和加工技術(shù)上取得突破，解決性能穩(wěn)定化、薄膜化、集成化、線材化和批量化生產(chǎn)等難題。 把超導(dǎo)體禾 ! 半導(dǎo)體集成電路結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)體與半導(dǎo)體器件一體化，也是國(guó)際上重點(diǎn)發(fā)展方向之一。超導(dǎo)材料 ：無(wú)論是低臨界溫度超導(dǎo)材料還是 1986 年以后發(fā)現(xiàn)的高臨界溫度超導(dǎo)材料，都離不開低溫條件。 所不同的是前者必須工作在液體氦的環(huán)境中， 而后者大多數(shù)只需在液體氮的條件下。利用氣體的液化是創(chuàng)造一個(gè)低溫環(huán)境的重要手段。其中低溫超導(dǎo)材料是具有低臨界轉(zhuǎn)

9、變溫度（Tc 30K），在液氦溫度條件下工作的超導(dǎo)材料。分為金屬、合金和化合物。具有實(shí)用價(jià)值的低溫超導(dǎo)金屬是Tc 為9.3K已制成薄膜材料用于弱電領(lǐng)域。 合金系低溫超導(dǎo)材料是以NbNb(鈮 ) ，為基的二元或三元合金組成的 相固溶體， Tc 在 9K 以上。最早研究的是 NbZr合金，在此基礎(chǔ)上又出現(xiàn)了NbTi 合金。 NbTi 合金的超導(dǎo)電性和加工性能均優(yōu)于NbZr 合金，其使用已占低溫超導(dǎo)合金的95左右。 NbTi 合金可用一般難熔金屬的加工方法加工成合金， 再用多芯復(fù)合加工法加工成以銅（或鋁）為基體的多芯復(fù)合超導(dǎo)線，最后用冶金方法使其最終合金由 單相轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袕?qiáng)釘扎中心的兩相（）合金，以滿足使用要求。化合物低溫超導(dǎo)材料有NbN(Tc16K)、Nb3Sn(Tc18.1K) 和 V3 Ga（Tc16.8K）。NbN多以薄膜形式使用，由于其穩(wěn)定性好，已制成實(shí)用的弱電元器件。Nb3Sn 是脆性化合物，它和V3Ga可以純銅或青銅合金為基體材料，采用固態(tài)擴(kuò)散法制備。為了提高Nb3Sn（ V3Ga）的超導(dǎo)性能和改善其工藝性能，有時(shí)加入一些合金元素，如Ti 、Mg等。低溫超導(dǎo)材料已得到廣泛應(yīng)用。在強(qiáng)電磁場(chǎng)中，NbTi 超導(dǎo)材料用作高能物理的加速器、探測(cè)器、等離子體磁約束、超導(dǎo)儲(chǔ)能、超導(dǎo)電機(jī)及醫(yī)用磁共振人體成像