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什么是室温超导？( 二 )

室温超导


1960年，管惟炎先生回国，在低温研究室开展超导体的相关研究，五年后，其课题组成功制得中国首个强磁场超导磁体，取得突破性进展 。
70年代末，中国超导领域发展初具规模，中外交流的开展使得国际经验共享日渐增多，以赵忠贤先生为代表的一大批有志之士出国进修，不断拓宽中国超导领域的国际视野 。1986年，自柏诺兹和缪勒实现30K的突破性进展后，一直坚信“结构不稳定性可以导致高临界温度”赵忠贤先生通过掺杂锶在SrLaCuO多相系统上实现48.6K的转变温度；朱经武和吴茂昆两位华裔科学家也通过类似的方式实现了39K的转变温度 。此后，中国乃至全世界都开始了高温超导领域的研究热潮，中国数十所高校和研究所均开始投入高温超导研究工作 。
四、超导材料的分类
超导材料分为低温超导材料和高温超导材料 。
1.低温超导材料
低温超导材料是具有低临界转变温度(Tc<30K=在液氦温度条件下工作)的超导材料，分为金属、合金和化合物 。具有实用价值的低温超导金属是Nb(铌)，Tc为9.3K已制成薄膜材料用于弱电领域 。合金系低温超导材料是以Nb为基的二元或三元合金组成的β相固溶体，Tc在9K以上 。
低温超导材料一般都需在昂贵的液氦环境下工作，由于液氦制冷的方法昂贵且不方便，故低温超导体的应用长期得不到大规模的发展 。低温超导材料的应用分为：强电应用，主要包括超导在强磁场中的应用和大电流输送；弱电应用，主要包括超导电性在微电子学和精密测量等方面的应用 。
2.高温超导材料
高温超导体材料(HTS)具有超导电性和抗磁性两个重要特性 。要让超导体得到现实的应用，首先要有容易找到的超导材料 。即主要研究方向就是寻找能在较高温度下存在的超导体材料 。
高温超导材料用途非常广泛，大致可分三大类：大电流应用、电子学应用和抗磁性应用 。大电流应用是由于超导材具有零电阻和完全的抗磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得的稳定强磁场 。超导体的基本特性之一是当它处于超导态时具有理想的导电性，同时由于其载流能力远远强于常规导体，因此，利用超导体可以传输大电流和产生强磁场，并且没有电阻热损耗 。
电工设备的基本特点是大电流、强磁场和高电压，因此在电工设备中使用超导材料可以减少电气损耗、提高效率、缩小体积、减轻重量、降低成本，还可以提高装置的极限容量 。显然，超导材料的应用给电工技术带来了质的飞跃，许多过去无法实现的电工设备由于采用超导技术而成为现实，或即将成为现实 。
我国电力资源和负荷分布不均，因此长距离、低损耗的输电技术显得十分迫切 。超导材料由于其零电阻特性以及比常规导体高得多的载流能力，可以输送极大的电流和功率而没有电功率损耗 。据统计，按目前情况，如果将铜或铝导改为超导体，光是在中国节省电能相当于新建数十个大型发电厂 。超导材料在这些方面的应用是最诱人的 。
五、超导材料的性能特点
1.完全导电性
实验研究表明，当温度下降到某一临界温度时，超导体出现电阻突变为零的特性称为完全导电性，也叫零电阻效应 。
2.完全的抗磁性
1933年，迈斯纳和奥森菲尔德对单晶锡球的磁场分布进行测量，发现不论是先降温后再加磁场，还是先加磁场后降温，只要锡球温度达到超导临界温度Tc，磁力线似乎被完全排斥到超导体之外 。只要T＜Tc，超导体内的磁感应强度总和为零，即超导体具有完全抗磁性 。
3.约瑟夫逊效应
电子等微观粒子具有波粒二象性，当两块金属被一层厚度为几十至几百A的绝缘介质隔开时，电子等都可穿越势垒而运动 。加电压后，可形成隧道电流，这种现象称为隧道效应 。把上述装置中的两块金属换成超导体后，当其介质层厚度减少到30A左右时，由超导电子对的长程相干效应也会产生隧道效应，称为约瑟夫逊效应 。
4.临界性
超导材料具有临界温度、临界磁场和临界电流密度等，只有小于它的临界值才能体现出它的超导性能，一旦超出，就会失去超导性 。此外，还有相干长度 。导向只有在一定的尺度之下，才能保持住它的超导性能 。
六、超导材料的应用现状
超导材料已然成为21世纪具有战略意义的国之重器，是各国科技革命的突破重点 。我们难以估量超导技术的普及会给国家和社会带来多少经济效益，综合国力会迈上多少台阶，但我们能说，超导技术“可以改变世界” 。


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