超导材料，常见的超导材料有哪些-pg电子竞技平台

2023-05-30 07:13:01  信息编号：k20230515632315  浏览次数：88

超导材料，是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。

超导是导体在某一温度下，电阻为零的状态。

1911年，荷兰物理学家昂内斯发现，当温度降低至约-268℃时，汞的电阻降为了0。

超导的大门由此被打开。

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。

超导材料的特性
1、零电阻性
超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。

如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。

这种“持续电流”已多次在实验中观察到。

2、完全抗磁性
超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。

超导材料的这种抗磁性又称为迈斯纳效应。

3、约瑟夫森效应
约瑟夫森(josephson)效应是电子能通过两块超导体之间薄绝缘层的量子隧道效应。

约瑟夫森效应应用的实例之一就是利用约瑟夫森结制成的约瑟夫森器件，这种器件具有开关速度快、功耗低等特点，可组成性能优良的计算机元件。

4、同位素效应
超导体的临界温度tc与其同位素质量m有关。

m越大，tc越低，这种现象称为同位素效应。

例如，原子量为199.55的汞同位素，它的te是4.18k；而原子量为203.4的汞同位素，tc为4.146k。

常见的超导材料有哪些
1、超导元素
在常压下有28种元素具有超导电性,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).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.来源：苗博士科普，华强电子网，中诺新材