1、高溫超導體的發展、應用及展望姓名：宋星星班級：能動06學號：10031153摘要：自1911年昂內斯用液氦冷卻汞，在4.2K (268.95C )時得到水銀超導體以來，超 導體便引起了眾多科學家的高度關注。超導體中的高溫超導體又以其廣闊的應用前景得到了 國內外科學家的大量研究。高溫超導材料的用途非常廣闊，大概有三大類：強電應用、 弱電應用和抗磁性應用。大電流應用如超導發電、輸電和儲能；電子學應用包括超導 計算機、超導天線、超導微波器件等；抗磁性主要應用于磁懸浮列車和熱核聚變反應 堆等。本文主要從高溫超導體的發展、應用及未來的一些展望對高溫超導體做一個簡 單的探索。相信高溫超導體必將帶來整個科學

2、界的巨大革命。關鍵詞：轉變溫度 高溫超導體 廣闊應用 原子移動概述1911年，荷蘭科學家卡末林一昂內斯用液氦冷卻汞，當溫度下降到4.2K(-268.95 C)時，水銀的電阻完全消失，這種現象稱為超導電性，此溫度稱為臨 界溫度。根據臨界溫度的不同，超導材料可以被分為：高溫超導材料和低溫超導材料。 這里說的雖是高溫，其實仍然是遠低于冰點 0C的，對一般人來說算是極低的溫度。 提高超導體的超導溫度迫在眉睫。高溫超導體指臨界溫度在液氮溫度(77K)以上的超導 體。高溫超導體包括四大類：90K的稀土系、110K的鉍系、125K的鉈系和135K的汞系。 它們都含有銅和氧，因此也總稱為銅氧基超導體。它們具有

3、類似的層狀結晶結構，銅氧層 是超導層。液氮溫度以上釔鋇銅氧超導體的發現，使得普通的物理實驗室具備了進行超導實 驗的條件，因此在全世界引起了一股探索新型高溫超導體的熱潮。發展1986年，科學家發現了第一種高溫超導材一鑭鋇銅氧化物。從此以后，銅基超導 材料成為全世界物理學家的研究熱點。1987年底，我國留美學者盛正直等首先發現了第一 個不含稀土的鉈鋇銅氧高溫超導體。1988年初日本研制成臨界溫度達110K的鉍鍶鈣銅氧 超導體。1988年2月盛正直等又進一步發現了 125K鉈鋇鈣銅氧超導體。1993年法國科學 家發現了 135K的汞鋇鈣銅氧超導體。如果將汞置于高壓條件下，其臨界溫度將能達到 難以置信

4、的164K。令人可喜的超導體在許多領域已經取得了實際應用，例如，釔鋇銅 氧超導體和鉍系超導體已制成了高質量的超導電纜。而鉈鋇鈣銅氧超導薄膜制成的裝置，早 在上世紀末就安裝在移動電話的發射塔中，增加容量，減少斷線和干擾。繼銅基超導材料之后，日本和中國科學家相繼報告發現了一類新的高溫超導材 一鐵 基超導材料。美國科學雜志網站對其進行報道時稱，物理學界認為這是高溫超導研究領 域的一個“重大進展”。鐵基超導體打破了銅基超導體的界限，為人類尋找新的高溫超導體增 添了新的可能。廣闊的超導應用高溫超導材料有著非常廣闊的用途，大致可分為三類：強電應用、弱電應用和抗 磁性應用。大電流應用即前述的超導發電、輸電和

5、儲能；電子學應用包括超導計算機、 超導天線、超導微波器件等；抗磁性主要應用于磁懸浮列車和熱核聚變反應堆等。超導發電機5萬6萬高斯，在電力領域，利用超導線圈磁體可以將發電機的磁場強度提高到 并且幾乎沒有能量損失，這種發電機便是交流超導發電機。超導發電機的單機發電容 量比常規發電機提高510倍，達1萬兆瓦，而體積卻減少1/2，整機重量減輕5萬6萬高斯，磁流體發電機磁流體發電機同樣離不開超導強磁體的幫助。磁流體發電，是利用高溫導電性氣 體（等離子體）作導體，并高速通過磁場強度為5萬6萬高斯的強磁場而發電。磁流 體發電機的結構非常簡單，用于磁流體發電的高溫導電性氣體還可重復利用。超導輸電線路超導材料可

6、以用于制作超導電線和超導變壓器，從而把電力幾乎無損耗地輸送給 用戶。據統計，目前的銅或鋁導線輸電，約有15%的電能損耗在輸電線路上，光是在 中國，每年的電力損失即達1000多億度，這相當于10所大型發電站一年的發電量。 采用超導體輸電，可大大減少損耗，且省去了變壓器和變電所。超導磁懸浮列車利用超導材料的抗磁性，將超導材料放在一塊永久磁體的上方，由于磁體的磁力 線不能穿過超導體，磁體和超導體之間會產生排斥力，使超導體懸浮在磁體上方。利 用這種磁懸浮效應可以制作高速超導磁懸浮列車。上海磁懸浮列車就是一個很好的應 用，這種安全高速低噪音的列車必將帶來運輸行業的革命。超導磁體計算機高速計算機要求集成電

7、路芯片上的元件和連接線密集排列，但密集排列的電路在工作時會發生大量的熱，而散熱是超大規模集成電路面臨的難題。超導計算機中的超 大規模集成電路，其元件間的互連線用接近零電阻和超微發熱的超導器件來制作，不 存在散熱問題，同時計算機的運算速度大大提高。此外，科學家正研究用半導體和 超導體來制造晶體管，甚至完全用超導體來制作晶體管。高溫超導體猜想鑒于舊M阿爾馬登研究中心的科學家已經在1989年成功控制和移動了單個原子，我 們可以采取這樣的方法，先猜想出可能產生高溫超導體的原子組合，然后移動原子進行組合 加工，做出后讓晶體生長，對得到的晶體逐一進行檢驗，便有可能得到高溫超導體。前景展望新的和更高溫度的超導體的探索工作一直在緊張地進行著。因為高溫超導理論還沒有很 好的建立，探索工作的進展是緩慢的。雖然新超導體和更高溫度超導性時有報道，但真正的 新突破還沒有取得。我們相信，隨著科技的進步，人類一定會找到合適的高溫超導體甚至是 常溫超導體。正如屈原所說：“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。”我堅信：曾在銅氧基高 溫超導體領域中取得過驕人成就的炎黃子孫，一定會在實現