超导材料——当代科学的明珠()

1、, ,是指某些材料被冷却到一定温度下是指某些材料被冷却到一定温度下, , 电流通过时这些材料出电流通过时这些材料出现现, ,即失去电阻的现象即失去电阻的现象, ,同时材料内部失去磁通成为同时材料内部失去磁通成为的物质。相的物质。相应地应地, ,具有超导电性的材料称为具有超导电性的材料称为超导材料在电阻消失前的状态称为常导超导材料在电阻消失前的状态称为常导状态状态, , 电阻消失后的状态称为电阻消失后的状态称为是是21 21 世纪具有战略意义的综合世纪具有战略意义的综合性高新技术，可广泛用于能源、信息、医疗、电力工业、交通、国防、科研及国性高新技术，可广泛用于能源、信息、医疗、电力工业、交通、国

2、防、科研及国防军工等重大工程方面。防军工等重大工程方面。会同会同2020世纪半导体技术一样具有重要意义。世纪半导体技术一样具有重要意义。一方面，高温超导一方面，高温超导线材通电能力超出相同截面积铜导线线材通电能力超出相同截面积铜导线100 100 倍以上，倍以上， 因而在能源领域应用潜力巨大，因而在能源领域应用潜力巨大， 并有可能引发电力系统的革命。另一方面，超导元器件的高灵敏特性使得其在移并有可能引发电力系统的革命。另一方面，超导元器件的高灵敏特性使得其在移动通信、航空航天、资源勘探、医疗诊断以及军事国防等领域有广阔的应用前景。动通信、航空航天、资源勘探、医疗诊断以及军事国防等领域有广阔的应

3、用前景。现代人们的生活、工作离不开现代人们的生活、工作离不开电力必须靠良导体传输。电工手册规定电力必须靠良导体传输。电工手册规定截面额定电流不能超过截面额定电流不能超过5 5A Acmcm2 2，否则过热会导致电线或绝缘层溶解引否则过热会导致电线或绝缘层溶解引起失火等灾难。对远距离输电起失火等灾难。对远距离输电( (只能使用小尺寸导线只能使用小尺寸导线) )必须加高压，使用大电流的必须加高压，使用大电流的机器必须接大截面尺寸的铜导体，这使得铜线绕制的磁体体积庞大！机器必须接大截面尺寸的铜导体，这使得铜线绕制的磁体体积庞大！19081908年年7 7月月1010日荷兰莱顿实验室在物理学家日荷兰莱

4、顿实验室在物理学家领导下将氦液化成功，获得了领导下将氦液化成功，获得了4.254.251.15 1.15 K K的极低温的极低温，从此开创了，从此开创了极低温下物性的研究。极低温下物性的研究。图图7.1 极低温度下汞的电阻与温度关系极低温度下汞的电阻与温度关系 这一发现立即引起全世界范围的震动。后来在这一发现立即引起全世界范围的震动。后来在SnSn、PbPb及不纯汞等金属中也发现及不纯汞等金属中也发现了电阻消失的现象。昂尼斯由于该项具有历史意义的发现而获得了电阻消失的现象。昂尼斯由于该项具有历史意义的发现而获得19131913年度诺贝年度诺贝尔物理学奖。昂尼斯在诺贝尔领奖演说中指出：低温下金属

5、电阻的消失尔物理学奖。昂尼斯在诺贝尔领奖演说中指出：低温下金属电阻的消失“不是逐不是逐渐的，而是突然的渐的，而是突然的”，水银在，水银在-269“-269“进入了一种新状态，由于其特殊导电性能，进入了一种新状态，由于其特殊导电性能，可称为超导态可称为超导态”。因此，人们把这种现象称为。因此，人们把这种现象称为超导现象超导现象，具有超导性质的材料即，具有超导性质的材料即超导体超导体。超导体从此问世于人间。超导体从此问世于人间。超导体开始失去电阻的温度为超导体开始失去电阻的温度为超导临界转变温度（简称临界温度）超导临界转变温度（简称临界温度）T TC C（如图（如图7.17.1示）。示）。超导体的

6、直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称为超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称为零电阻效应。零电阻效应。 导体没有了电阻，电流流经超导体时就不导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中流动。这样就能以极小的功率在线圈中通过流动。这样就能以极小的功率在线圈中通过巨大的电流，从而产生高达几特以至几十特巨大的电流，从而产生高达几特以至几十特的超强磁场，这是人们长期以来梦寐以求的。的超强磁场，这是人们长期以来梦寐以求的。图图7.1 极低温度下汞的电阻极低温度下汞的电阻与温度关系与温度关系 为什么低温下的超导态汞会在弱磁场中失

7、去超导能力呢？为什么低温下的超导态汞会在弱磁场中失去超导能力呢？从从19111911年到年到19121912年，年，尽管发现的超导体的数目在不断增加，但人们还是没有解决这一问题，却尽管发现的超导体的数目在不断增加，但人们还是没有解决这一问题，却一直认一直认为温度是对超导有影响为温度是对超导有影响，而，而磁力线可以穿过超导体磁力线可以穿过超导体, ,如图如图7.27.2( (a)a)所示所示。直到直到19331933年，荷兰的年，荷兰的W.W.迈斯纳和迈斯纳和R.R.奥克森菲尔德奥克森菲尔德两位科学家在测定金属锡和两位科学家在测定金属锡和铅在磁场中冷却到超导温度下的内外磁通量分布时，共同发现了超

8、导体的一个极铅在磁场中冷却到超导温度下的内外磁通量分布时，共同发现了超导体的一个极为重要的性质：为重要的性质：当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，即能当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，即能把原来存在于体内的磁场排挤出去。把原来存在于体内的磁场排挤出去。他们对围绕球形导体（单晶锡）的磁场分布他们对围绕球形导体（单晶锡）的磁场分布进行了实验测试，结果惊奇地发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围的磁场都突进行了实验测试，结果惊奇地发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围的磁场都突然发生了变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了。于是，人们将这种然发生了变化，磁力线似乎一下

9、子被排斥到超导体之外去了。于是，人们将这种当金属变成超导体时磁力线自动排出金属之外而超导体内的磁感应强度为零现象当金属变成超导体时磁力线自动排出金属之外而超导体内的磁感应强度为零现象（如（如图图7.27.2所示），称为所示），称为“迈斯纳效应迈斯纳效应”。 图图7.3 7.3 赵忠贤（中）与缪勒和柏诺兹在一起；图赵忠贤（中）与缪勒和柏诺兹在一起；图7.4 7.4 赵忠贤与科研小组在一起赵忠贤与科研小组在一起 超导领域取得了突破性发现超导领域取得了突破性发现, , 历史进入高温超导时代。历史进入高温超导时代。19871987年获得了年获得了92K (92K (氮的氮的沸点为沸点为7K)7K)的超

10、导材料的超导材料, , 继铜基超导材料后继铜基超导材料后, 2008 , 2008 年日本和中国科学家相继报告发现了一类新年日本和中国科学家相继报告发现了一类新的高温超导材料的高温超导材料, , 这是高温超导研究领域的一个这是高温超导研究领域的一个20082008年年2 2月月, , 东京工业大学教授细野秀雄的研究小组合成了氟掺杂杉氧铁砷化合物。该化合物是一东京工业大学教授细野秀雄的研究小组合成了氟掺杂杉氧铁砷化合物。该化合物是一种由绝缘的氧化斓层和导电的砷铁层交错层叠而成的结晶化合物，纯粹的这种物质没有超种由绝缘的氧化斓层和导电的砷铁层交错层叠而成的结晶化合物，纯粹的这种物质没有超导性能导性

11、能, , 但如把化合物中的一部分氧离子转换成氟离子但如把化合物中的一部分氧离子转换成氟离子, , 它就开始表现出超导性它就开始表现出超导性, , 且在且在26K 26K ( (247247) ) 时具超导特性。时具超导特性。领导的科研小组又报告领导的科研小组又报告, , 氟掺杂杉氧铁砷化合物在氟掺杂杉氧铁砷化合物在临界温度临界温度43k (43k (230.15230.15) ) 时也变成超导体。时也变成超导体。领导的领导的科研小组报告科研小组报告, , 氟掺杂镨氧铁砷化合物的高温超导临界温度可达氟掺杂镨氧铁砷化合物的高温超导临界温度可达52K (52K (221.15221.15 ) )。4

12、 4月月1313日该科研小组又有新发现日该科研小组又有新发现: : 氟掺杂杉氧铁砷化合物假如在压力环境下产生作用氟掺杂杉氧铁砷化合物假如在压力环境下产生作用, , 其超导其超导临界温度可进一步提升至临界温度可进一步提升至55K(55K(2 18.152 18.15) ) 。此外。此外, , 领导的科研小组领导的科研小组还报告还报告, , 锶掺杂镧氧铁砷化合物的超导临界温度为锶掺杂镧氧铁砷化合物的超导临界温度为25k (25k (248 .15248 .15) )。在于在于 材料在一定温度以下，材料在一定温度以下，称为材料的称为材料的。在。在一定温度下具有零电阻超导电现象的材料，称为一定温度下具

13、有零电阻超导电现象的材料，称为。由于超导体的转变温度还与外部环。由于超导体的转变温度还与外部环境条件有关，定义在外部环境条件（电流，磁场和应力等）维持在足够低的数值时，测得的境条件有关，定义在外部环境条件（电流，磁场和应力等）维持在足够低的数值时，测得的超导转变温度称为超导转变温度称为。 如果用磁场在超导环中引发感性电流如果用磁场在超导环中引发感性电流, , 这一电流可毫不衰减地维持下去。这种这一电流可毫不衰减地维持下去。这种“持续电流持续电流”已多次在实验中观察到。已多次在实验中观察到。 1933 1933 年，年，（W.MeissnerW.Meissner）发现：当置于）发现：当置于磁场中

14、的导体通过冷却过渡到超导态时，原来进入此导体中的磁力线会一下子被完全排斥到磁场中的导体通过冷却过渡到超导态时，原来进入此导体中的磁力线会一下子被完全排斥到超导体之外，超导体内磁感应强度变为零，这表明超导体是完全抗磁体，这个现象称为超导体之外，超导体内磁感应强度变为零，这表明超导体是完全抗磁体，这个现象称为。 在低于在低于T TC C 的任一温度的任一温度T T下，当外加磁场下，当外加磁场强度强度H H 小于某一临界值小于某一临界值H HC C 时，超导态可以保持；当时，超导态可以保持；当HH大于大于HHC C 时，超导态会被突然破坏而时，超导态会被突然破坏而转变成正常态。转变成正常态。超导材料

15、性能由临超导材料性能由临界温度界温度T TC C 和临界磁场和临界磁场H HC C 两个参数决定，高于临界值时是一般导体，低于此数值时成为超导两个参数决定，高于临界值时是一般导体，低于此数值时成为超导体。人们从零电阻现象出发，一直把超导体和完全导体体。人们从零电阻现象出发，一直把超导体和完全导体( (或称无阻导体或称无阻导体) )完全等同起来，完全完全等同起来，完全导体中不能存在电场即导体中不能存在电场即E=0E=0。 当施加一外磁场时，在样品内不出现净磁通量密度的特性称为当施加一外磁场时，在样品内不出现净磁通量密度的特性称为这与完全导这与完全导体性质迥然不同，这种体性质迥然不同，这种。 超导

16、体的临界温度超导体的临界温度T TC C 与其同位素质量与其同位素质量M M 有关。有关。这称为这称为例如，原子量为例如，原子量为199.55199.55的汞同位素，它的的汞同位素，它的T TC C是是4.18K4.18K，而原子，而原子量为量为203.4203.4的汞同位素，的汞同位素，T TC C为为4.146 K4.146 K。M M 与与T TC C有近似关系：有近似关系：T TC C M M1/2 1/2 常常数。数。 这种现象称为这种现象称为，相应的装置称为相应的装置称为 当通以低于临界电流值当通以低于临界电流值I I0 0 时，在绝缘薄层上的电压为零；但当电流时，在绝缘薄层上的电

17、压为零；但当电流IIII0 0 时，时，会从超导态转变为正常态，出现电压降，呈现有阻态，同时直流电流变成高频会从超导态转变为正常态，出现电压降，呈现有阻态，同时直流电流变成高频交流电并向外辐射电磁波。这种器件具有显著的非线性电阻特性，可制成高灵交流电并向外辐射电磁波。这种器件具有显著的非线性电阻特性，可制成高灵敏度的磁敏感器件，应用在超高速计算机等场合。这些特性构成了超导材料在敏度的磁敏感器件，应用在超高速计算机等场合。这些特性构成了超导材料在科技领域越来越引人注目的各类应用的依据。科技领域越来越引人注目的各类应用的依据。示出了实验所得电阻率示出了实验所得电阻率 ，所加磁场强度所加磁场强度H

18、H，导体的电流密度导体的电流密度J J与温与温度度T T的关系。的关系。 图图7.6(a)7.6(a)是汞在液氦温度附近电阻的变化行为。由图可是汞在液氦温度附近电阻的变化行为。由图可见，见，T T有一特征值有一特征值T TC C。当当T TT TC C时，导体的时，导体的=0=0，具有超具有超导性。当导性。当T TT TC C时，导体的时，导体的OO，即失去超导性。图中即失去超导性。图中汞的汞的T TC C = 4.20K = 4.20K 。从正常态从正常态( (电阻态电阻态) )过渡到过渡到( (零电阻态零电阻态) )的转的转变叫做正常变叫做正常超导转变，转变时的超导转变，转变时的温度温度T

19、 TC C称为这种称为这种超导超导体的临界温度体的临界温度。显然。显然T TC C高，有利于超导体的应用。高，有利于超导体的应用。应当说明，应当说明，T TC C是在外部磁场、电流、应力和辐射等条是在外部磁场、电流、应力和辐射等条件维持足够低时，电阻突然为零时的温度。件维持足够低时，电阻突然为零时的温度。除温度外，足够强的磁场也能破坏超导态。除温度外，足够强的磁场也能破坏超导态。使超导态转变成使超导态转变成正常态的最小磁场强度正常态的最小磁场强度H HC C(T)(T)叫做此温度下该超导体的临界磁叫做此温度下该超导体的临界磁场。场。绝对零度下的临界磁场记作绝对零度下的临界磁场记作H HC C(

20、O)(O)。经验证明经验证明HHC C(T)(T)与与T T具有如下关系：具有如下关系： H HC C(T) = H(T) = HC C(O)1(T/T(O)1(T/TC C) )2 2 超导体的超导体的HTHT关系如图关系如图7.6(b)7.6(b)所示，一般可近似表示为抛所示，一般可近似表示为抛物线关系。物线关系。如果施加磁场给正处于超导态的超导体后，可使如果施加磁场给正处于超导态的超导体后，可使其电阻恢复正常，即磁场可以破坏超导态。也就是说，其电阻恢复正常，即磁场可以破坏超导态。也就是说，磁场磁场的存在可以使临界温度降低，磁场越大，临界温度也越低的存在可以使临界温度降低，磁场越大，临界温

21、度也越低。对于所有的金属，对于所有的金属，H HC CTT曲线几乎有相同的形状，其经验公曲线几乎有相同的形状，其经验公式为式为 H HC C(T) = H(T) = HO O1(T/T1(T/TC C) )2 2 (H (HO O为经验系数为经验系数) )利用这个性质，可以制成超导体的电子学元件。利用这个性质，可以制成超导体的电子学元件。实验证明当超导电流超过某临界值实验证明当超导电流超过某临界值J JC C时，也可以使金属从超导态恢复到正常时，也可以使金属从超导态恢复到正常态。态。J JC C 称为临界电流密度称为临界电流密度，临界电流密度临界电流密度J JC C本质上是超导体在产生超导态时

22、临本质上是超导体在产生超导态时临界磁场的电流，也就是界磁场的电流，也就是超导态允许流动的最大电流密度超导态允许流动的最大电流密度。若若T TT TC C并有外加磁场并有外加磁场H HH H C C时，时，J JC C = f = f（T T，H H）即临界电流密度是温度和即临界电流密度是温度和磁场的函数，如磁场的函数，如图图7.67.6（C C）所示。所示。J JC C实质是无阻负载的最大电流密度。实质是无阻负载的最大电流密度。也可用临界电流也可用临界电流I IC C表示（超导体中如果通入足够强的电流，超导电性也会遭到表示（超导体中如果通入足够强的电流，超导电性也会遭到破坏，此时的电流称为临界

23、电流）。破坏，此时的电流称为临界电流）。总之，要使超导体处于超导状态，必须将条件控制在总之，要使超导体处于超导状态，必须将条件控制在T TC C、HHC C、J JC C（或或I IC C）三三个临界参数之下，不满足任何一个条件，超导状态都会立即消失。个临界参数之下，不满足任何一个条件，超导状态都会立即消失。是三者是三者的关系图，临界面以下为超导态，其余为常态。的关系图，临界面以下为超导态，其余为常态。 迄今，迄今，如钨的临界温，如钨的临界温度为度为0.012K0.012K，锌为，锌为0.75K0.75K，铝为，铝为1.196K1.196K，铅，铅( (PbPb) )为为7.193K7.193

24、K，其中，其中材材 料料TC/ KHC2/(kAm-1)材材 料料TC/ KHC2/(kAm-1)Mo-33Re10.82228Pb-50Bi 8.4 2387Mo-50Re12.62149NbN17.011141Nb-25Ti 9.85809V3Si17.0 Nb-60Ti 9.39152V3Ga16.819099Nb-60Ti-4Ta 9.99868Nb3Al18.823873Nb-70Ti-5Ta 9.810186Nb3Sn18.1 1950Nb-25Zr11.0 7242Nb3Al0.75Ge0.2521.033422Nb-75Zr10.862628 Pb-35Bi 8.7 2069

25、超导合金或化合物，可使超导材料的临界温度提高。例如铌钛合金超导合金或化合物，可使超导材料的临界温度提高。例如铌钛合金NbTiNbTi，其，其TcTc为为9.3K9.3K，铌锆合金铌锆合金( (NbZrNbZr) )，TcTc=10.8K=10.8K，NbNb3 3SnSn，TcTc=18.1K=18.1K。到目前为止，。到目前为止，TcTc最高的超导化合物是最高的超导化合物是 Nb3Ge, Nb3Ge, TcTc=23.22K=23.22K。20012001年，日本的人发现一年，日本的人发现一种很简单的化合物种很简单的化合物。 母母 相相高高 TC 相相导电类型导电类型最高的最高的TC/KLa

26、2CuO4La2-xAXCuO4(A:Sr,Ba,Ca)p36R2CuO4 *R2-XMXCuO4-y(M:Th,Ce)n25BaBiO3Ba1-xKxBiO3p30RBa2Cu3O6.5P95 YBa2Cu4O8P80BiRSrCuO R:稀土稀土Bi2Sr2(CaxR1-X)nCun+1O2N+6P112TlRBaCuO R:稀土稀土Tl2Ba2(CaxR1-X)nCun+1O2n+6 TlBa2(CaxR1-X)nCun+1O2n+5Pp125Pb2SrRCu3O8Pb2Sr2Ca1-xRxCu3O8+P7019871987年年2 2月美国和中国相继报道了月美国和中国相继报道了TcTc超

27、过了超过了98K98K的的超导体，这种材料就是钇、钡、铜和氧的化合物（超导体，这种材料就是钇、钡、铜和氧的化合物（YBaYBa2 2CuCu3 3O O7878），此后对超导材料的研究主要是以），此后对超导材料的研究主要是以Y Y系超导体展开的，系超导体展开的，。19871987到到19881988年，年，BiSrCuOBiSrCuO、BiSrCaCuOBiSrCaCuO、TlBaCaCuOTlBaCaCuO等系列更高临界温度的超导体相继被发现等系列更高临界温度的超导体相继被发现，19931993年后，年后，Chu CWChu CW在高压下合成了临界温度高达在高压下合成了临界温度高达164K1

28、64K的的HgBaCaCuOHgBaCaCuO高温超导体，它是目前公认的具高温超导体，它是目前公认的具最高最高TcTc的超导材料。此时高温超导体均为铜基氧化物的超导材料。此时高温超导体均为铜基氧化物，比如，比如(RE)Ba(RE)Ba2 2CuCu3 3O O7-x7-x，BiBi2 2SrSr2 2CaCan-1n-1CuCun nOO2 2，TlTl2 2BaBa2 2CaCan-1n-1CuCun nO O2n+42n+4，HgBaHgBa2 2CaCan-1n-1CuCun nOO2n+2+x2n+2+x。20082008年年2 2月，日、中科学家相继报告发现了一类月，日、中科学家相继

29、报告发现了一类新高温超导材料新高温超导材料, , 这是这是 东京工业大学教授细野秀雄研究组合成了氟掺杂杉氧铁砷化合物，东京工业大学教授细野秀雄研究组合成了氟掺杂杉氧铁砷化合物，它是一种由绝缘氧化镧层和导电的砷铁层交错层叠而成的结晶化合物。纯粹的这它是一种由绝缘氧化镧层和导电的砷铁层交错层叠而成的结晶化合物。纯粹的这种物质无超导性能种物质无超导性能, , 但如把化合物中的一部分氧离子转换成氟离子但如把化合物中的一部分氧离子转换成氟离子, , 它就开始现出它就开始现出超导性超导性, , 且在且在26K (-24726K (-247) ) 时具超导特性。时具超导特性。 中国科技大陈仙辉小组中国科技大

30、陈仙辉小组又将氟掺杂杉氧铁砷化合物在临界温度又将氟掺杂杉氧铁砷化合物在临界温度43k (-230.1543k (-230.15) ) 时也变成超导体。时也变成超导体。 中科院物理所赵忠贤小组将氟掺杂镨氧铁砷化合物的高温超导临界温度达中科院物理所赵忠贤小组将氟掺杂镨氧铁砷化合物的高温超导临界温度达52K (-221.1552K (-221.15) )。氟掺杂杉氧铁砷化合物在压力环境下产生作用氟掺杂杉氧铁砷化合物在压力环境下产生作用, , 其超导临界温度可进一步提至其超导临界温度可进一步提至5 5 K (-218.155 5 K (-218.15) )。此外。此外, , 锶掺杂镧氧铁砷化合物的超导

31、临界温度为锶掺杂镧氧铁砷化合物的超导临界温度为25k (-248.1525k (-248.15) )。对推广常温超导的实际应用具对推广常温超导的实际应用具重大意义。重大意义。19571957年由物理学家巴丁（年由物理学家巴丁（BardeenBardeen）、库伯（）、库伯（CooperCooper）和施里弗（）和施里弗（SchriefferSchrieffer）提出的关于呈现超导电性的微观解释，故称）提出的关于呈现超导电性的微观解释，故称。当。当T TTCTC时，自由电子时，自由电子不能完全无序运动，由于晶格振动作用，有一部分正常电子会两两形成一个电量不能完全无序运动，由于晶格振动作用，有一部

32、分正常电子会两两形成一个电量为为2e2e的库伯电子对（的库伯电子对（T=0T=0时，电子全部形成库伯对）。当库伯电子对与晶格相互时，电子全部形成库伯对）。当库伯电子对与晶格相互作用时，两电子的动量可彼长此消，但他们的总动量始终保持不变。因此电子对作用时，两电子的动量可彼长此消，但他们的总动量始终保持不变。因此电子对的的2e2e几乎不受晶格的散射作用，宏观上便表现为直流电阻为零。几乎不受晶格的散射作用，宏观上便表现为直流电阻为零。超导电性来源于电子间通过声子作媒介所产生的相互吸引作用，当这种作用超超导电性来源于电子间通过声子作媒介所产生的相互吸引作用，当这种作用超过电子之间的库仑排斥作用时，电子

33、会形成束缚对，即库伯电子对，从而出现超过电子之间的库仑排斥作用时，电子会形成束缚对，即库伯电子对，从而出现超导电性。库伯电子对回到支能隙存在，超导临界场、电磁学性质和热力学性质都导电性。库伯电子对回到支能隙存在，超导临界场、电磁学性质和热力学性质都是库伯电子对作用的结果。元素或合金的超导转变温度与费米面附近电子能态密是库伯电子对作用的结果。元素或合金的超导转变温度与费米面附近电子能态密度度EFEF和电子声子相互作用能和电子声子相互作用能U U有关。有关。因它涉及电子的电荷、自旋和道之间及它们与晶格之间十分因它涉及电子的电荷、自旋和道之间及它们与晶格之间十分强烈的耦合，及电子与电子，电子与声子以

34、及声子之间的互作用等，强烈的耦合，及电子与电子，电子与声子以及声子之间的互作用等，需要用到强关联系统来研究。需要用到强关联系统来研究。 20082008，我国超导除铁器研制成功。，我国超导除铁器研制成功。 在高强度磁场在高强度磁场下，超导体的电流密度超过铜的电流密度，这表明下，超导体的电流密度超过铜的电流密度，这表明不仅对于不仅对于大规模电力工程是重要的，而且对于航海、航空的各种船舶、飞机特大规模电力工程是重要的，而且对于航海、航空的各种船舶、飞机特别理想。美国率先制成别理想。美国率先制成3000 3000 马力的超导电机，我国科学家在马力的超导电机，我国科学家在20 20 世纪世纪80 80

35、 年代末已经制成了超导发电机的模型实验机。年代末已经制成了超导发电机的模型实验机。 发展超导变压器，可提高电力变压器的性能。从经发展超导变压器，可提高电力变压器的性能。从经济上看，济上看，超导材料的低阻抗特性有利于超导材料的低阻抗特性有利于减小变压器的减小变压器的总损耗，高电流密度可以提高电力系统的效率，采用总损耗，高电流密度可以提高电力系统的效率，采用超导变压器将会大大节约能源，减少其运作费用超导变压器将会大大节约能源，减少其运作费用；从从绝缘运行寿命上看，绝缘运行寿命上看，的绕组和固体绝缘材料都运行于深的绕组和固体绝缘材料都运行于深度低温下，度低温下，不存在绝缘老化问题不存在绝缘老化问题，

36、即使在两倍于额定功率下运行也不会影响运行，即使在两倍于额定功率下运行也不会影响运行寿命；寿命；从对电力系统的贡献来看，从对电力系统的贡献来看，正常工作时超导变压器的内限很低，增大了电正常工作时超导变压器的内限很低，增大了电压调节范围，有利于提高电力系统的性能；压调节范围，有利于提高电力系统的性能；从环保角度看，从环保角度看，超导变压器采用液氮超导变压器采用液氮进行冷却，取代了常规变压器所用的强迫油循环冷却或空冷，进行冷却，取代了常规变压器所用的强迫油循环冷却或空冷，降低了噪声，避免降低了噪声，避免了变压器可能引起的火灾危险和由于泄露造成的环境污染。了变压器可能引起的火灾危险和由于泄露造成的环境

37、污染。20022002年年, ,中科院电工研究所还完成了中科院电工研究所还完成了1Om /1.5kA1Om /1.5kA三相高温超导交流输电电缆的研制三相高温超导交流输电电缆的研制。结合高温超导电缆的研制。结合高温超导电缆的研制, , 中科院电工所还进行了高温超导电缆带材电流分布的均匀中科院电工所还进行了高温超导电缆带材电流分布的均匀性问题性问题电缆的电磁屏蔽技术电缆的电磁屏蔽技术电缆的高电压绝缘和终端绝缘技术电缆的高电压绝缘和终端绝缘技术 高温超导高温超导电缆的焊接技术电缆的焊接技术 高温超导电缆的绕制技术高温超导电缆的绕制技术高温超导电缆冷却技术高温超导电缆冷却技术高温超高温超导输电电缆系

38、统监控保护技术以及高温超导带材临界电流和均匀性无接触测量技术等研导输电电缆系统监控保护技术以及高温超导带材临界电流和均匀性无接触测量技术等研究究20 0 5 20 0 5 年年, , 中科院电工所与甘肃长通电缆公司中科院电工所与甘肃长通电缆公司 中科院理化技术研究所等合中科院理化技术研究所等合作作, , 研制出研制出75 m10. sk v/ 1.sk A 75 m10. sk v/ 1.sk A 三相交流高温超导输电电缆三相交流高温超导输电电缆, , 并于并于2 0 5 2 0 5 年底安装在年底安装在甘肃白银长通电缆公司向车间供电运行。甘肃白银长通电缆公司向车间供电运行。20052005年

39、年4 4月月, , 北京云电英纳电缆公司研发出北京云电英纳电缆公司研发出3 3 m 3 5k V /2 kA m 3 5k V /2 kA 三相交流高温超导输电电缆三相交流高温超导输电电缆, ,安装在云南普吉变电站试验运行。安装在云南普吉变电站试验运行。 近年来近年来, 有科学家以有科学家以YBCO陶瓷为材料陶瓷为材料, 做成的做成的 已应用于临床已应用于临床, 通过计算机将信号收集和处理后通过计算机将信号收集和处理后, 绘制出病人的心磁图波形等心电图形绘制出病人的心磁图波形等心电图形, 帮助医生了解病人的情况。仪器成本低帮助医生了解病人的情况。仪器成本低, 效果好效果好, 对冠心病的无创伤诊

40、对冠心病的无创伤诊断、心肌缺血诊断、心肌影像形成等效果良好断、心肌缺血诊断、心肌影像形成等效果良好, 具有很好的应用前景。具有很好的应用前景。 是一项是一项可缩小国内外铝型材加工企业技术水可缩小国内外铝型材加工企业技术水平差距，提高企业产品质量、档次和平差距，提高企业产品质量、档次和利润附加值的创新技术（利润附加值的创新技术（。（）与电磁刹车的原理类似，）与电磁刹车的原理类似， ，由于超导线圈在，由于超导线圈在超导态时运行电阻几乎为零，所以在超导态时运行电阻几乎为零，所以在线圈上大约线圈上大约10W10W的能耗就可以产生棒的能耗就可以产生棒材加热需要的强磁场，超导感应加热材加热需要的强磁场，超导感应加热器全部能耗的器全部能耗的 80%80%都转换到铝棒上了。都转换到铝棒上了。与传统交流感应加热相比，用户反馈与传统交流感应加热相比，用户反馈 目前世界上磁浮列车大致为两种：目前世界上磁浮列车大致为两种：一种以日本为代表，利用磁体排斥力的电动悬浮。一种以日本为代表，利用磁体排斥力的电动悬浮。是把电磁铁安装是把电磁铁安装在车体上，