高温超导材料

1、姓名：罗 煌 学号：162060025 1 演示内容演示内容 一、什么是高温超导材料？ 二、高温超导体的研究现状 三、高温超导体的制备技术 四、发展前景 五、总结 一、什么是高温超导体？ n高温超导材料是指具有高临 界的转变温度,并且能在液氮温 度条件下工作的一种超导材料, 这种材料性能非常好,用途非常 广泛。这是一种氧化物材料,氧 化物多是以铜为主要元素,具有 陶瓷的性质。同时,也有不含铜 的高温超导材料,主要是钡钾铋 氧体系。高温超导材料有着其 他普通材料不具有的特性,零电 阻、完全抗磁性、宏观量子效 应这些特殊的性质,使高温超导 材料在生活生产各个领域都得 到了广泛的应用。 研发新的高温

2、超导物质 一、什么是高温超导体？ n如果这种新材料预示着新事物的到来，那么这个世界将很 快看到超导体的实际应用，为医学、技术、运输以及能源 等领域带来改善。 n耐高温超导体在目前的医疗技术中找到了实际应用，比如 说在诊断测试中使用的磁共振成像（MRI）以及超导量子 干涉装置(SQUIDs)。借助电动力悬浮的磁悬浮列车也依靠 耐高温超导材料进行工作。 超导磁悬浮 一、什么是高温超导体？ n高温超导材料温度超导体得天独厚 的特性，使它可能在各种领域得到广泛 的应用。但由于早期的超导体存在于液 氦极低温度条件下，极大地限制了超导 材料的应用。人们一直在探索高温超导 体，从1911年到1986年，75

3、年间从水 银的42K提高到铌三锗的2322K， 才提高了19K。 n 1986年1月，美国国际商用机器公司设 在瑞士苏黎世实验室科学家柏诺兹和缪 勒首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体， 将超导温度提高到30K；紧接着，日本 东京大学工学部又将超导温度提高到 37K；12月30日，美国休斯敦大学宣布， 美籍华裔科学家朱经武又将超导温度提 高到402K。 二、高温超导体的研究现状 1.钇系 （YBCO） 超导体 在目前已知的各种高温超导体中， Y123(YBa2Cu3O7,YBCO)是研究得最为深入的一种。 YBCO 在92K 左右显示出超导电性，且超导相的比 例极高。YBa2Cu3O7-(YBCO

4、)在液氮温区具有高 的临界电流密度（Jc值），在外磁场下具有比Bi系超 导体更好的性能，故其是当前的研究热点之一。 2.铋系超 导体 铋系超导体是仅次于钇系、第二个研究较为透彻的高 温超导体。 2.铋系超 导体 MgB2 是一种新发现的超导材料，2001 年MgB2 超 导体被日本教授秋光纯发现，其晶体结构简单、原 料成本低，超导转变温度为39K，且没有“晶界弱连 接性”，被认为是应用于2040K磁场适中条件下的 最佳超导材料。MgB2超导体是近年来超导材料领域 的研究热点之一。 二、高温超导体的研究现状 4.铊系超 导体 1988年，第三种高温超导体铊系高温超导体被发 现，铊的主要缺点是有毒

5、，吸入、注射和皮肤接触 都会危害健康，90年代以后，人们才对铊系材料的 超导性能有所了解。铊系超导体是具有高转变温度 的超导材料之一，具有多种工艺制备方法，其中Tl- 2223相超导体具有最高Tc 值(1215K)。 5.汞系超 导体 1993 年，人们发现汞系超导体，和铊系超导相同， 汞的毒性同样也影响了HBCCO 的发展。1995年， 名古屋工学院采用溶液纺丝法(Solution spinning)制 备出Hg-1223(HgBa2Ca2Cu3Ox)的超导丝 (250m)，Tc值达127k，Jc(77k,0T)达103A/cm2， 开辟了汞系超导体的制备新途径。 三、高温超导体的制备技术

6、1.超导层的沉积技术超导层的沉积技术 探索超导层的沉积方法的基本考虑是降低大规模生产的成 本，包括：大型工业用激光器的初期成本；管子、窗口、工作 气体和流出物的运行成本；真空系统和HTS靶材成本。 采用MOCVD已制出相当长的线材，性能水平还低于低成 本的MOD技术。采用液相技术进行超导层的涂敷，由于沉积 过程简单，先驱材料利用充分，将先驱物处理成超导态所用炉 子的成本相对低，因此，比气相方法成本低得多。 三、高温超导体的制备技术 2.AMSC的的RABiTSMOD工艺工艺 AMSC进入第二代HTS线材领域是在1995年，目的是在第一 代线材已取得的成绩的基础上，进一步降低超导线材的成本， 提

7、高其性能，以满足随时问推移用户对超导线材的日益增长的 需求。 在LANL，ORNL，斯坦福大学，威斯康星大学和MIT等单位 合作，深入研究了各种工艺之后，AMSC认识到RABiTS MOD工艺从成本和性能上综合了基带和超导体加工两方面最 诱人优势，是低成本，规模制备超导线材的理想技术。 三、高温超导体的制备技术 3.连续工艺连续工艺 早期大多数的第二代线材是短样，从静态到连续工艺是一个 挑战。必须改进所有材料的质量和工艺环境，控制沉积缓冲层 时对线材的加热，掌握在线的拉力，处理好由于层间不同热收 缩产生应力造成的拱形和卷曲。分解和热处理炉，需用多段炉。 AMSC采用RABiTSMOD工艺制造的

8、10 m长第二代高温超 导带材的性能最近已达到250 Acm宽，这是工业规模连续生 产线材的世界纪录，已接近商品化电缆应用的300 Acm宽的 要求。电缆应用感兴趣的4 mm宽带，最新结果为272 Acm 宽，几乎相应为100A，采用双面结构会加倍到220 A，刚高于 目前第一代导体达到的性能。更为重要的是这种带材的均匀性 (标准偏差4)和4卷连续运行的重复能力。 三、高温超导体的制备技术 4.钉扎作用钉扎作用 强化钉扎是达到高电流密度的关键。通过在高温超导材料中 引入与磁通线直径相近的纳米尺度的缺陷，可得到钉扎，为此 AMSC等单位引人了高密度称作“纳米点”的极细小粒子，弥散 分布，提高了在

9、磁场下的电流密度，还找到了在MOD工艺中 引入纳米点的专有途径。纳米点由纳米尺度的氧化钇或YBCO 体系中非超导组分的夹杂组成。 钉扎的另一个重要作用是改善临界电流密度的磁场角度关系， 根据钉扎缺陷的种类和取向，在不同的磁场方向钉扎不同，使 临界电流密度的磁场角度关系平滑一些，这一重要工作仅仅开 始，可以预计会有大的改进，使得第二代线材可以用在比第一 代更高的温度下。 n 超导技术将成为 21 世纪的宠儿，而超导材料也将深 入千家万户。超导技术的发展、应用和普及将会在世界 能源方面发挥不朽的作用，将会为世界每年免去不必要 的边缘耗散。如果能用上超导材料，那每年消耗的能量 将不可估量。如果这些能

10、量被合理地利用起来对人类的 发展不可谓不大，或者每年为这些能量的耗散而投入的 不必要的资金，用于资助那些苦难的、急需救助的国家 与人民，那意义不可谓不大。超导材料的普及必将是一 场材料大革命，其意义并不会亚于其他科技革命。 四、发展前景 n 第一代超导线材铋氧化物线材已达到商业化水平。 东京电力公司试制成功长 100 米、3相、66 千伏的超导 电缆，美国不久也将进行 100 米超导电缆的安装试验。 日本正在加紧研究开发高性能的超导电缆、超导变压器、 超导限流器和超导蓄电装置等，预计 5 年后达到目标。 日本磁悬浮列车线圈的超导化目前也在计划当中，预计 将从明年开始进行研究和试制。目前各国都在

11、积极研究 开发第二代超导线材钇系列线材。其中，包含钇的 YBCO (钇钡铜氧)和包含钕的 NBCO(钕钡铜氧)这两种 线材，由于有更好的磁场特性，将来有可能成为超导线 材的主流。有人预言不久的将来将会出现室温超导体。 四、发展前景 n 超导技术的应用将会越来越广泛地造福人类，对超导 电性机理的进一步的了解，将会对凝聚态物理学的发展 以及相关边缘学科的发展产生极为深远的影响。各国政 府，特别是工业发达国家的政府，对超导研究极力支持， 给以大量投资，这些国家有实力的公司对研究成果迅速 引进，迅速转变为生产力，这些都有利于超导技术的发 展。这也说明，政府、企业与超导专家、研究者，在对 超导将起的作用的看法方面取得了共识。超导技术在 21 世纪必将占有重要地位。 四、发展前景 n 从高温超导材料的研究来看，经过近年我国的努力, 超导材料已经开始大规模地生产利用。我国是较早进入 超导技术研究领域的国