1、第1章 超導(dǎo)材料1.1概述1911年 荷蘭物理學(xué)家 昂尼斯 汞 : 超導(dǎo)態(tài) TC4.2 K R=0 1913獲得Nobel 獎(jiǎng)1、超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展、超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展1911年年 卡茂林卡茂林昂尼斯意外地發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻昂尼斯意外地發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻到到268.98時(shí)，汞的電阻突然消失；后來(lái)他時(shí)，汞的電阻突然消失；后來(lái)他發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類似發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性的低溫下失去電阻的特性 1913年年 卡茂林卡茂林昂尼斯在諾貝爾領(lǐng)獎(jiǎng)演說(shuō)中指昂尼斯在諾貝爾領(lǐng)獎(jiǎng)演說(shuō)中指出：低溫下金屬電阻的消失出：低溫下金屬電阻的消失“不是逐漸的，不是逐漸的，而是

2、突然的而是突然的”，水銀在，水銀在4.2K進(jìn)入了一種新?tīng)钸M(jìn)入了一種新?tīng)顟B(tài)，由于它的特殊導(dǎo)電性能，可以稱為超導(dǎo)態(tài)，由于它的特殊導(dǎo)電性能，可以稱為超導(dǎo)態(tài)態(tài)” 邁斯納效應(yīng)又叫完全抗邁斯納效應(yīng)又叫完全抗磁性，磁性，1933年邁斯納發(fā)現(xiàn)，年邁斯納發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)體一旦進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，超導(dǎo)體一旦進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，體內(nèi)的磁通量將全部被排體內(nèi)的磁通量將全部被排出體外，磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為出體外，磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為零，且不論對(duì)導(dǎo)體是先降零，且不論對(duì)導(dǎo)體是先降溫后加磁場(chǎng)，還是先加磁溫后加磁場(chǎng)，還是先加磁場(chǎng)后降溫，只要進(jìn)入超導(dǎo)場(chǎng)后降溫，只要進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，超導(dǎo)體就把全部磁狀態(tài)，超導(dǎo)體就把全部磁通量排出體外。通量排出體外。NNS降溫降溫加場(chǎng)

3、加場(chǎng)S注：注：S表示超導(dǎo)態(tài)表示超導(dǎo)態(tài)N表示正常態(tài)表示正常態(tài)（2）邁斯納效應(yīng)）邁斯納效應(yīng)邁斯納效應(yīng)可以用磁懸浮實(shí)驗(yàn)來(lái)演示邁斯納效應(yīng)可以用磁懸浮實(shí)驗(yàn)來(lái)演示.當(dāng)我們將永當(dāng)我們將永久磁鐵慢慢落向超導(dǎo)體時(shí)久磁鐵慢慢落向超導(dǎo)體時(shí),磁鐵會(huì)被懸浮在一定的磁鐵會(huì)被懸浮在一定的高度上而不觸及超導(dǎo)體高度上而不觸及超導(dǎo)體.其原因是其原因是,磁感應(yīng)線無(wú)法穿磁感應(yīng)線無(wú)法穿過(guò)具有完全抗磁性的導(dǎo)體過(guò)具有完全抗磁性的導(dǎo)體,因而磁場(chǎng)受到畸變而產(chǎn)因而磁場(chǎng)受到畸變而產(chǎn)生向上的浮力生向上的浮力. 邁斯納效應(yīng)的意義在于否定了把超導(dǎo)體看作理想導(dǎo)體，還指明超導(dǎo)態(tài)是一個(gè)熱力學(xué)平衡的狀態(tài)，與怎樣進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)的途徑無(wú)關(guān)，從物理上進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到超導(dǎo)電性

4、是一種宏觀的量子現(xiàn)象。僅從超導(dǎo)體的零電阻現(xiàn)象出發(fā)得不到邁斯納效應(yīng)，同樣用邁斯納效應(yīng)也不能描述零電阻現(xiàn)象，因此，邁斯納效應(yīng)和零電阻性質(zhì)是超導(dǎo)態(tài)的兩個(gè)獨(dú)立的基本屬性，衡量一種材料是否具有超導(dǎo)電性必須看是否同時(shí)具有零電阻和邁斯納效應(yīng)。1.2 超導(dǎo)的微觀圖像1.2.1 同位素效應(yīng) 1950年麥克斯韋(EMaxwell)和雷諾R.A. Raynold)各自獨(dú)立地測(cè)量了水銀同性素的臨界轉(zhuǎn)變溫度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著水銀同位素質(zhì)量的增高，臨界溫度降低。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后得到原子質(zhì)量M和臨界溫度Tc的簡(jiǎn)單關(guān)系 MaTc常數(shù) a =0.500.031.2.2 超導(dǎo)能隙電阻：電子在加速過(guò)程中遇到晶格的散射超導(dǎo)電性產(chǎn)生的可

5、能根源：電子和晶格點(diǎn)陣 之間的相互作用 T0K 下的正常態(tài)和超導(dǎo)態(tài)電子能譜1.2.3 電子聲子的相互作用1 聲子：每一個(gè)簡(jiǎn)正波的能量量子。物質(zhì)2 電子聲子的相互作用圖1-2 電子使正離子位移從而吸引其它電子圖1-3 由聲子傳遞的電子電子相互作用示意圖1.2.4 庫(kù)柏電子對(duì)庫(kù)柏證明： 當(dāng)電子間存在這種凈的吸引作用時(shí)，費(fèi)米面附近 存在一個(gè)動(dòng)量大小相等而方向相反且自旋相反的兩電子束縛態(tài)，記為(k k )；它的能量比兩個(gè)獨(dú)立的電子的總能量低，這種束縛態(tài)電子對(duì)稱為庫(kù)柏對(duì)。庫(kù)柏電子對(duì)是現(xiàn)代超導(dǎo)理論的基礎(chǔ)。1.2.5 相干長(zhǎng)度 皮帕德(ABPippard）證明，當(dāng)一個(gè)電子從金屬的正常區(qū)移動(dòng)到超導(dǎo)區(qū)時(shí)，其波函

6、數(shù)不能從它的正常態(tài)值突然轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的值，這種轉(zhuǎn)變只能發(fā)生在一個(gè)距離上，被稱為相干長(zhǎng)度。它描述了配對(duì)電子間的距離。幾種物質(zhì)在0K下的超導(dǎo)相干長(zhǎng)度1.2.6 B.C.S 理論1957 年 巴丁、庫(kù)柏、施里弗形成庫(kù)柏對(duì)的條件1.3超導(dǎo)體的臨界參數(shù)1 臨界溫度 Tc2 臨界磁場(chǎng) Hc Hc=Hc0(1-T2/Tc2) (T Tc)圖1-43 臨界電流 Ic Ic1/2 a Hc 圖1-5 超導(dǎo)態(tài)與正常態(tài)的混合狀態(tài) 1.3 超導(dǎo)體的分類超導(dǎo)體的分類 1.3.1 低溫超導(dǎo)體低溫超導(dǎo)體 臨界溫度在液氦溫度以下的超導(dǎo)體稱為低溫超導(dǎo)體。隨后人們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了錫、鉛等多種金屬元素和許多合金以及化合物都具有超導(dǎo)現(xiàn)象

7、，但臨界溫度一直很低（在液氦溫度以下）。經(jīng)過(guò)多年的努力，如今人們已經(jīng)可以使大部分金屬元素都具有超導(dǎo)電性。在采用了特殊技術(shù)后（如高壓技術(shù)，低溫下沉淀成薄膜的技術(shù)，極快速冷卻等），以前那些認(rèn)為不能變成超導(dǎo)體的金屬元素也已經(jīng)在一定狀態(tài)下使它們實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)態(tài)。 1元素超導(dǎo)體 常壓下，在目前所能達(dá)到的低溫范圍內(nèi)，已發(fā)現(xiàn)具有超導(dǎo)電性的金屬元素有28種。其中過(guò)渡族元素18種，如Ti，V，Zr，Nb，Mo，Tc，W，Re等。非過(guò)渡族元素10種，如Bi，Al，Sn，Cd，Pb等。按臨界溫度高低排列，Nb居首位，臨界溫度9.24K；其次是人造元素Tc,為7.8K，第三是Pb，7.197K，第四是La，6.00K。然

8、后是V，5.4K；Ta，4.47K；Hg，4.15K。以下依次為Sn、In、Ti、Al。研究發(fā)現(xiàn)，在施以30萬(wàn)大氣壓的條件下超導(dǎo)元素的最高臨界溫度可達(dá)13K。2 合金超導(dǎo)體3 化合物超導(dǎo)材料 化合物超導(dǎo)體與合金超導(dǎo)體相比，臨界溫度和臨界磁場(chǎng)(Hc2)都較高，至1986年，Nb3Ge的Tc=23.2K，為超導(dǎo)材料中最高。一般超過(guò)l0T的超導(dǎo)磁體只能用化合物系超導(dǎo)材料制造。復(fù)合法制復(fù)合法制Nb3Sn,V3Ga線材線材超導(dǎo)體R=0 (優(yōu)點(diǎn)) 缺點(diǎn) ：代價(jià)大B=0研究方向：TC1911-1986 4.2K 23.2KLaBaCuO 化合物在35K下的超導(dǎo)現(xiàn)象HgBa2Cun-1O2n+2.5 n=3

9、TC=134K超導(dǎo)體臨界溫度隨年代的變化 由于超導(dǎo)材料的應(yīng)用非常廣泛，人們總由于超導(dǎo)材料的應(yīng)用非常廣泛，人們總是渴望得到高臨界溫度的超導(dǎo)體，遺憾是渴望得到高臨界溫度的超導(dǎo)體，遺憾的是，純金屬的超導(dǎo)臨界溫度都在的是，純金屬的超導(dǎo)臨界溫度都在10 K以下。以下。1987年，美籍華人科學(xué)家朱經(jīng)武年，美籍華人科學(xué)家朱經(jīng)武發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了93K的超導(dǎo)材料；一個(gè)星期后，的超導(dǎo)材料；一個(gè)星期后，中國(guó)科學(xué)院物理研究所的趙忠賢宣布獲中國(guó)科學(xué)院物理研究所的趙忠賢宣布獲得了得了100 K以上的超導(dǎo)體，并公布為釔以上的超導(dǎo)體，并公布為釔-鋇鋇-銅銅-氧，從此，高溫超導(dǎo)材料問(wèn)世。氧，從此，高溫超導(dǎo)材料問(wèn)世。 目前氧化物高溫

10、超導(dǎo)材料體系較多，目前氧化物高溫超導(dǎo)材料體系較多，典 型 的 有 釔 系 （典 型 的 有 釔 系 （ 9 2 K ） 、 鉍 系） 、 鉍 系（110K）、鉈系（）、鉈系（125K）和汞系）和汞系（135K）以及）以及2001年年1月發(fā)現(xiàn)的新型月發(fā)現(xiàn)的新型超 導(dǎo) 體 二 硼 化 鎂超 導(dǎo) 體 二 硼 化 鎂 ( 3 9 K ） 。1986年年1月月 在美國(guó)國(guó)際商用機(jī)器公司設(shè)在瑞士蘇黎世實(shí)在美國(guó)國(guó)際商用機(jī)器公司設(shè)在瑞士蘇黎世實(shí)驗(yàn)室中工作的科學(xué)家柏諾茲和繆勒，首先發(fā)現(xiàn)鋇鑭銅驗(yàn)室中工作的科學(xué)家柏諾茲和繆勒，首先發(fā)現(xiàn)鋇鑭銅氧化物是高溫超導(dǎo)體，將超導(dǎo)溫度提高到氧化物是高溫超導(dǎo)體，將超導(dǎo)溫度提高到30K

11、；緊接；緊接著，日本東京大學(xué)工學(xué)部又將超導(dǎo)溫度提高到著，日本東京大學(xué)工學(xué)部又將超導(dǎo)溫度提高到37K。 1987年年1月初月初 日本川崎國(guó)立分子研究所將超導(dǎo)溫度提高到日本川崎國(guó)立分子研究所將超導(dǎo)溫度提高到43K；不久日本綜合電子研究所又將超導(dǎo)溫度提高到不久日本綜合電子研究所又將超導(dǎo)溫度提高到46K和和53K。中國(guó)科學(xué)院物理研究所由趙忠賢、陳立泉領(lǐng)導(dǎo)。中國(guó)科學(xué)院物理研究所由趙忠賢、陳立泉領(lǐng)導(dǎo)的研究組，獲得了的研究組，獲得了48.6K的鍶鑭銅氧系超導(dǎo)體，并看到的鍶鑭銅氧系超導(dǎo)體，并看到這類物質(zhì)有在這類物質(zhì)有在70K發(fā)生轉(zhuǎn)變的跡象。發(fā)生轉(zhuǎn)變的跡象。1987年年2月月16日日 美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)宣布，朱

12、經(jīng)武與吳茂昆美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)宣布，朱經(jīng)武與吳茂昆獲得轉(zhuǎn)變溫度為獲得轉(zhuǎn)變溫度為98K的超導(dǎo)體的超導(dǎo)體1987年年2 2月月2424號(hào)中國(guó)物理學(xué)家趙忠賢獲得號(hào)中國(guó)物理學(xué)家趙忠賢獲得110110K的超導(dǎo)材料；的超導(dǎo)材料； 1987年年3月月3日，日本宣布發(fā)現(xiàn)日，日本宣布發(fā)現(xiàn)123K超導(dǎo)體。超導(dǎo)體。 1987年年3月月12日日 中國(guó)北京大學(xué)成功地用液氮進(jìn)行超導(dǎo)磁懸浮中國(guó)北京大學(xué)成功地用液氮進(jìn)行超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)。 高溫超導(dǎo)體的特征 高溫氧化物超導(dǎo)體，從結(jié)構(gòu)上都是從鈣鈦礦結(jié)構(gòu)演變而來(lái)，目前共有4種典型的高Tc氧化物系列，即La-Sr-Cu-O (Tc 35K)，Y-Ba-Cu-O(Tc =90K)；

13、Bi-Sr-Ca-Cu-O(Tc 80K)；Ti-Ba-Ca-Cu-O(Tc 120K)。YBa2Cu3O6x的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 高溫超導(dǎo)體在結(jié)構(gòu)和物性方面具有以下特征：高溫超導(dǎo)體在結(jié)構(gòu)和物性方面具有以下特征：(1)(1)晶體結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的低維特點(diǎn)，三個(gè)晶格晶體結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的低維特點(diǎn)，三個(gè)晶格常數(shù)往往相差常數(shù)往往相差3 34 4倍；倍；(2)(2)輸運(yùn)系數(shù)輸運(yùn)系數(shù)( (電導(dǎo)率、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等熱導(dǎo)率等) )具有明顯的各向異性；具有明顯的各向異性；(3)(3)磁場(chǎng)穿磁場(chǎng)穿透深度遠(yuǎn)大于相干長(zhǎng)度，是第二類超導(dǎo)體；透深度遠(yuǎn)大于相干長(zhǎng)度，是第二類超導(dǎo)體；(4)(4)載流子濃度低，且多為空穴型導(dǎo)電；載流子濃度低

14、，且多為空穴型導(dǎo)電；(5)(5)同位素效應(yīng)不顯著；同位素效應(yīng)不顯著；(6)(6)邁斯納效應(yīng)不完全；邁斯納效應(yīng)不完全；(7)(7)隧道實(shí)驗(yàn)表明能隙存在，且為庫(kù)柏型配對(duì)。隧道實(shí)驗(yàn)表明能隙存在，且為庫(kù)柏型配對(duì)。其它新型超導(dǎo)體 C60：有較大的發(fā)展?jié)摿Γ捎谒鼜椥暂^大，比質(zhì)地脆硬的氧化物陶瓷易于加工成型，而且它的臨界電流、臨界磁場(chǎng)和相干長(zhǎng)度均較大，這些特點(diǎn)使C60超導(dǎo)體更有望實(shí)用化。 C60被譽(yù)為21世紀(jì)新材料的”明星”，這種材料已展現(xiàn)了機(jī)械、光、電、磁、化學(xué)等多方面的新奇特性和應(yīng)用前景。有人預(yù)言巨型C240、C540合成如能實(shí)現(xiàn)，還可能成為室溫超導(dǎo)體新型MgB2超導(dǎo)線帶材2001年1月，日本科學(xué)家發(fā)

15、現(xiàn)了臨界轉(zhuǎn)變溫度為39 K的MgB2超導(dǎo)體，引起了全世界的廣泛關(guān)注。綜合制冷本錢和材料本錢，MgB2超導(dǎo)體在2030 K，低場(chǎng)條件下應(yīng)用具有明顯的價(jià)格上風(fēng)，尤其是在工作磁場(chǎng)12 T的核磁共振成像MRI磁體領(lǐng)域。這也是國(guó)際MgB2超導(dǎo)體應(yīng)用研究持續(xù)升溫的關(guān)鍵原因之一。1.4 超導(dǎo)磁體的應(yīng)用超導(dǎo)磁體的應(yīng)用 過(guò)去在供電線路上啟動(dòng)一個(gè)大的常規(guī)電磁體耗電過(guò)多甚至?xí)挂粋€(gè)城市的燈光變暗。利用超導(dǎo)磁體就沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題了，一個(gè)五萬(wàn)高斯的中型常規(guī)電磁體可重達(dá)20噸，而超導(dǎo)磁體只不過(guò)幾十公斤。造成重量差別如此懸殊的主要原因是由于超導(dǎo)線的載流能力比普通導(dǎo)線高出成百上千倍的緣故，另外由于電阻產(chǎn)生熱量的緣故，常規(guī)電磁體在

16、磁場(chǎng)太高時(shí)，由于大電流產(chǎn)生的熱量也較大，會(huì)導(dǎo)致電線絕緣體的熔解，這就造成了一個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度最高限的問(wèn)題。超導(dǎo)磁體發(fā)熱量小，所以沒(méi)有這個(gè)限制，同時(shí)體積和質(zhì)量也較小，因此有很大的優(yōu)勢(shì)。超導(dǎo)磁體的誕生為物理學(xué)技術(shù)帶來(lái)了重大的革新。在核物理、高能物理的研究中起到越來(lái)越重要的作用。科學(xué)研究中用超導(dǎo)體制造的離子加速器體積更小，加速效果也更好。發(fā)電機(jī)的輸出容量與磁感應(yīng)強(qiáng)度、電樞電流密度成正比，用銅鐵等制成常規(guī)電機(jī)由于受磁化電荷的飽和強(qiáng)度所限，磁感應(yīng)強(qiáng)度難以大幅增加。若采用超導(dǎo)材料，磁感應(yīng)強(qiáng)度可提高5-15倍，而載流能力可以提高10-100倍。這樣超導(dǎo)電機(jī)的輸出功率就可以大大增加，同時(shí)電機(jī)重量也可以大大減輕。另外

17、超導(dǎo)磁體的完全抗磁性還被應(yīng)用于磁懸浮列車中，使列車通過(guò)抗磁作用懸浮空中，從而減小阻力增加運(yùn)行時(shí)速。總之超導(dǎo)材料在變壓器、空間技術(shù)、受控?zé)岷朔磻?yīng)以及計(jì)算機(jī)方面等很多方面都能起到重大的作用，可見(jiàn)超導(dǎo)技術(shù)有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用空間。 超導(dǎo)發(fā)電機(jī)在電力領(lǐng)域，利用超導(dǎo)線圈磁體可以將發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng)度提高到5萬(wàn)6萬(wàn)高斯，超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的單機(jī)發(fā)電容量比常規(guī)發(fā)電機(jī)提高510倍，達(dá)1萬(wàn)兆瓦，而體積卻減少1/2，整機(jī)重量減輕1/3，發(fā)電效率提高50。 超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，擁有兩萬(wàn)千瓦的功率300KW超導(dǎo)單極發(fā)電機(jī) 完全導(dǎo)電性的運(yùn)用完全導(dǎo)電性的運(yùn)用 超導(dǎo)體的零電阻性在電能輸送、能源的節(jié)約上的運(yùn)用仍然是最主要的運(yùn)用之一。當(dāng)前為了降低

18、費(fèi)用，長(zhǎng)距離輸電主要采用高壓架空（HVOH）線路。現(xiàn)在實(shí)際運(yùn)行的線路最高電壓是單相765KV。隨著電壓的增加和功率水平的提高，在人口密集的大城市里這樣的通道是很不經(jīng)濟(jì)，甚至是不可能的。然而超導(dǎo)電纜比任何技術(shù)上的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手有較高的功率密度和較低成本超導(dǎo)輸電線路 超導(dǎo)材料還可以用于制作超導(dǎo)電線和超導(dǎo)變壓器，從而把電力幾乎無(wú)損耗地輸送給用戶。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前的銅或鋁導(dǎo)線輸電，約有15%的電能損耗在輸電線路上，光是在中國(guó)，每年的電力損失即達(dá)1000多億度。若改為超導(dǎo)輸電，節(jié)省的電能相當(dāng)于新建數(shù)十個(gè)大型發(fā)電廠。超導(dǎo)導(dǎo)線(含2120根微米直徑之鈮鈦合金纖維)電纜芯、低溫容器、終端和冷卻系統(tǒng)四個(gè)部分高溫超導(dǎo)電纜的

19、國(guó)際市場(chǎng)在2010年達(dá)到15億美元鉍系高溫超導(dǎo)直流電纜 超導(dǎo)變壓器超導(dǎo)電機(jī)超導(dǎo)限流器是利用超導(dǎo)體的超導(dǎo)/正常態(tài)轉(zhuǎn)變特性，有效限制電力系統(tǒng)故障短路電流，能夠快速和有效地達(dá)到限流作用的一種電力設(shè)備。 專家們預(yù)言，就高溫超導(dǎo)體在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用而言，最先得到實(shí)際應(yīng)用的將可能是超導(dǎo)限流器。并預(yù)計(jì)，超導(dǎo)限流器的國(guó)際市場(chǎng)在2010年左右將可望達(dá)到35億美元超導(dǎo)限流器超導(dǎo)儲(chǔ)能超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置是利用超導(dǎo)線圈將電磁能直接儲(chǔ)存起來(lái)，需要時(shí)再將電磁能返回電網(wǎng)或其它負(fù)載的一種電力設(shè)施。一般由超導(dǎo)線圈、低溫容器、制冷裝置、變流裝置和測(cè)控系統(tǒng)幾個(gè)部件組成。優(yōu)點(diǎn)：1. 可長(zhǎng)期無(wú)損耗地儲(chǔ)存能量，其轉(zhuǎn)換效率可達(dá)95%； 2.可通過(guò)

20、采用電力電子器件的變流器實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的連接，響應(yīng)速度快（毫秒級(jí)）； 3. 由于其儲(chǔ)能量與功率調(diào)制系統(tǒng)的容量可獨(dú)立地在大范圍內(nèi)選取，可建成所需的大功率和大能量系統(tǒng)； 4. 除了真空和制冷系統(tǒng)外沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部分，使用壽命長(zhǎng)； 5.在建造時(shí)不受地點(diǎn)限制，維護(hù)簡(jiǎn)單、污染小。目前美國(guó)、日本、德國(guó)等一些發(fā)達(dá)國(guó)家在超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置方面的研究上投入了大量的人力和物力，并且有許多在建的超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置。2010年全世界對(duì)超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置的需求在15億美元左右。超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置抗磁性應(yīng)用超導(dǎo)磁懸浮列車-零高度的飛行器 超導(dǎo)材料的另一重要特征是具有完全的抗磁性。若把超導(dǎo)材料放在一塊永久磁體之上，由于磁體的磁力不能穿過(guò)超導(dǎo)體，磁體和超導(dǎo)體

21、之間就會(huì)產(chǎn)生斥力，使超導(dǎo)體懸浮在磁體上方。利用這種磁懸浮效應(yīng)可以制作高速超導(dǎo)磁懸浮列車。在列車車輪旁邊安裝小型超導(dǎo)磁體，在列車向前行駛時(shí)，超導(dǎo)磁體則向軌道產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)，并和安裝在軌道兩旁的鋁環(huán)相互作用，產(chǎn)生一種向上浮力，消除車輪與鋼軌的摩擦力，起到加快車速的作用。高溫超導(dǎo)體在懸浮列車上應(yīng)用的研究集中在日本。超導(dǎo)在運(yùn)載上的其他應(yīng)用可能還有用作輪船動(dòng)力的超導(dǎo)電機(jī)、電磁空間發(fā)射工具及飛機(jī)懸浮跑道。德國(guó)磁懸浮列車 1999年月，日本研制的超導(dǎo)磁懸浮列車時(shí)速已達(dá)552公里，創(chuàng)世界鐵路時(shí)速最高紀(jì)錄。實(shí)驗(yàn)性行駛 西南交通大學(xué)研制成功的超導(dǎo)磁懸浮列車，最高設(shè)計(jì)時(shí)速達(dá)500公里 2002年4月5日我國(guó)第一條磁

22、懸浮列車試驗(yàn)線在長(zhǎng)沙建成通車，設(shè)計(jì)時(shí)速150公里 核聚變反應(yīng)堆“磁封閉體”利用超導(dǎo)體產(chǎn)生的巨大磁場(chǎng)，應(yīng)用于受控制熱核反應(yīng)。核聚變反應(yīng)時(shí)，內(nèi)部溫度高達(dá)1億-2億，沒(méi)有任何常規(guī)材料可以包容這些物質(zhì)。而超導(dǎo)體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)可以作為“磁封閉體”，將熱核反應(yīng)堆中的超高溫等離子體包圍、約束起來(lái)，然后慢慢釋放，從而使受控核聚變能源成為21世紀(jì)前景廣闊的新能源。中國(guó)科學(xué)院合肥等離子體物理研究所超導(dǎo)托卡馬克HT-7巨大的電感線圈 原子彈爆炸蘑菇云 另外，超導(dǎo)磁體在醫(yī)學(xué)上的重要應(yīng)用是核磁共振成像技術(shù)，可分辨早期腫瘤癌細(xì)胞等，還可做心電圖，腦磁圖、肺磁圖，研究氣功原理等。利用超導(dǎo)體介子發(fā)生器可以治療癌癥，利用超導(dǎo)磁體

23、可以治療腦血管腫瘤。生物科學(xué)上的應(yīng)用人頭顱核磁共振成像超導(dǎo)技術(shù)在軍事上有廣泛的應(yīng)用前景超導(dǎo)計(jì)算機(jī)：超導(dǎo)計(jì)算機(jī)應(yīng)用于C3I指揮系統(tǒng)，可使作戰(zhàn)指揮能力迅速改善提高；超導(dǎo)探測(cè)器：利用超導(dǎo)器件對(duì)磁場(chǎng)和電磁輻射進(jìn)行測(cè)量，靈敏度非常高，可用于探測(cè)地雷、潛艇，還可制成十分敏感的磁性水雷。超導(dǎo)紅外毫米波探測(cè)器不僅靈敏度高，而且頻帶寬，探測(cè)范圍可覆蓋整個(gè)電磁頻譜，填補(bǔ)現(xiàn)有探測(cè)器不能探測(cè)亞毫米波段信號(hào)的空白。利用超導(dǎo)器件制造的大型紅外焦平面陣列探測(cè)器，可以探測(cè)隱身武器，將大大提高軍事偵察能力。 大功率發(fā)動(dòng)機(jī)：這種發(fā)動(dòng)機(jī)具有能量大、損耗小、重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)，可用作飛機(jī)、艦艇等的動(dòng)力裝置。 超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)：利用超導(dǎo)材