磁性材料與超導(dǎo)材料PPT課件

1、具有強(qiáng)磁性的材料稱為磁性材料。具有強(qiáng)磁性的材料稱為磁性材料。 磁性材料具有能量轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)或改變能量狀態(tài)的功能，磁性材料具有能量轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)或改變能量狀態(tài)的功能， 是重要的功能材料。是重要的功能材料。 磁性材料廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通訊、自動(dòng)化、音像磁性材料廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通訊、自動(dòng)化、音像 、電視、儀器和儀表、航空航天、農(nóng)業(yè)、生物與醫(yī)療等技術(shù)、電視、儀器和儀表、航空航天、農(nóng)業(yè)、生物與醫(yī)療等技術(shù) 領(lǐng)域。領(lǐng)域。 n 5000年前：天然磁石年前：天然磁石(Fe3O4) n 2300年前：天然磁石，年前：天然磁石，“司南司南”，指南儀，指南儀 n 1086年：年：沈括沈括，夢(mèng)溪筆談夢(mèng)溪筆談，指南針，指

2、南針 n 1119年：年：朱或朱或，萍洲可談萍洲可談，羅盤，航海，羅盤，航海 n 1405-1432年：年：鄭和鄭和，指南儀，航海，指南儀，航海 n 1488-1521年：年：哥倫布，伽馬，麥哲倫哥倫布，伽馬，麥哲倫，指南，指南 儀，航海發(fā)現(xiàn)儀，航海發(fā)現(xiàn) 磁學(xué)發(fā)展史磁學(xué)發(fā)展史 u 十七世紀(jì)：英國(guó)，威廉十七世紀(jì)：英國(guó)，威廉.吉伯吉伯 ，磁體磁體 u 十八世紀(jì)：法國(guó)，庫侖，十八世紀(jì)：法國(guó)，庫侖， 庫侖定律庫侖定律 u 十九世紀(jì)十九世紀(jì) 1820年：丹麥，年：丹麥，奧斯特奧斯特，電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，電流產(chǎn)生磁場(chǎng) 1831年：英國(guó)，年：英國(guó)，法拉第法拉第，電磁感應(yīng)現(xiàn)象，電磁感應(yīng)現(xiàn)象 1873年：英國(guó)，年：英

3、國(guó)，麥克斯韋麥克斯韋，統(tǒng)一電磁理論，統(tǒng)一電磁理論 1899年：法國(guó)，年：法國(guó)，居里居里，居里溫度，磁性轉(zhuǎn)變，居里溫度，磁性轉(zhuǎn)變 u 二十世紀(jì)二十世紀(jì) 1905：法國(guó)，：法國(guó)，郎之萬郎之萬基于統(tǒng)計(jì)力學(xué)理論解釋了順磁性隨溫度的基于統(tǒng)計(jì)力學(xué)理論解釋了順磁性隨溫度的 變化。變化。 1907：法國(guó)，：法國(guó)，外斯外斯提出分子場(chǎng)理論，擴(kuò)展了郎之萬的理論。提出分子場(chǎng)理論，擴(kuò)展了郎之萬的理論。 1921：奧地利，：奧地利，泡利泡利提出玻爾磁子作為原子磁矩的基本單位。提出玻爾磁子作為原子磁矩的基本單位。 美國(guó)，美國(guó)，康普頓康普頓提出電子也具有自旋相應(yīng)的磁矩。提出電子也具有自旋相應(yīng)的磁矩。 1928：英國(guó)，：英國(guó)，

4、狄拉克狄拉克用相對(duì)論量子力學(xué)完美地解釋了電子的內(nèi)稟用相對(duì)論量子力學(xué)完美地解釋了電子的內(nèi)稟 自旋和磁矩，并與德國(guó)物理學(xué)家自旋和磁矩，并與德國(guó)物理學(xué)家海森伯海森伯一起證明了靜電起源的交一起證明了靜電起源的交 換力的存在，換力的存在，奠定了現(xiàn)代磁學(xué)的基礎(chǔ)奠定了現(xiàn)代磁學(xué)的基礎(chǔ)。 1936：蘇聯(lián)，：蘇聯(lián)，郎道郎道完成了巨著完成了巨著“理論物理學(xué)教程理論物理學(xué)教程”，其中包含全，其中包含全 面而精彩地論述面而精彩地論述現(xiàn)代電磁學(xué)現(xiàn)代電磁學(xué)和和鐵磁學(xué)鐵磁學(xué)的篇章。的篇章。 1936-1948：法國(guó)，：法國(guó)，奈耳奈耳提出提出反鐵磁性和亞鐵磁性反鐵磁性和亞鐵磁性的概念和理論。的概念和理論。 1967：奧地利，：

5、奧地利，斯奈特斯奈特在量子磁學(xué)的指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)了磁能積空前高在量子磁學(xué)的指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)了磁能積空前高 的的稀土磁體稀土磁體(SmCo5)，從而，從而揭開了永磁材料發(fā)展的新篇章揭開了永磁材料發(fā)展的新篇章。 1974：第二代稀土永磁：第二代稀土永磁Sm2Co17問世。問世。 1982：第三代稀土永磁：第三代稀土永磁Nd2Fe14B問世。問世。 1990：原子間隙磁體：原子間隙磁體Sm-Fe-N問世。問世。 1991：德國(guó)，：德國(guó)，克內(nèi)勒克內(nèi)勒提出了雙相復(fù)合磁體交換作用的理論基礎(chǔ)，提出了雙相復(fù)合磁體交換作用的理論基礎(chǔ)， 指出了納米晶磁體的發(fā)展前景指出了納米晶磁體的發(fā)展前景。 按化學(xué)組成分類按化學(xué)組成分類 金

6、屬磁性材料、非金屬金屬磁性材料、非金屬(鐵氧體鐵氧體)磁性材料磁性材料 按磁化率大小分類按磁化率大小分類 順磁性、反磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性順磁性、反磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性 按功能分類按功能分類 軟磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩磁材料、旋磁軟磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩磁材料、旋磁 材料、壓磁材料、材料、壓磁材料、 泡磁材料、磁光材料、磁記錄材料泡磁材料、磁光材料、磁記錄材料 宏觀磁體由許多具有固有磁矩的原子組成。宏觀磁體由許多具有固有磁矩的原子組成。 當(dāng)原子磁矩同向平行排列時(shí)，宏觀磁體對(duì)外當(dāng)原子磁矩同向平行排列時(shí)，宏觀磁體對(duì)外顯示顯示的磁的磁 性最強(qiáng)。性最強(qiáng)。 當(dāng)原子

7、磁矩紊亂排列時(shí)，宏觀磁體對(duì)外當(dāng)原子磁矩紊亂排列時(shí)，宏觀磁體對(duì)外不顯示不顯示磁性。磁性。 宏觀磁體單位體積在某一方向的磁矩稱為宏觀磁體單位體積在某一方向的磁矩稱為 磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度M： M = 原子 原子/V 任何物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下，除了任何物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下，除了外磁場(chǎng)外磁場(chǎng)H外，由外，由 于物質(zhì)內(nèi)部原子磁矩的有序排列，還要產(chǎn)生一個(gè)于物質(zhì)內(nèi)部原子磁矩的有序排列，還要產(chǎn)生一個(gè)附加附加 的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)M。 在物質(zhì)內(nèi)部外磁場(chǎng)和附加磁場(chǎng)的總和稱為在物質(zhì)內(nèi)部外磁場(chǎng)和附加磁場(chǎng)的總和稱為磁感應(yīng)強(qiáng)磁感應(yīng)強(qiáng) 度度B。 B = o(H+M) o - 真空磁導(dǎo)率真空磁導(dǎo)率 = M / H - 磁化率磁化率 = B /

8、 H - 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率 鐵磁性物質(zhì)鐵磁性物質(zhì) 具有極高的磁化率，磁化具有極高的磁化率，磁化 易達(dá)到飽和的物質(zhì)。易達(dá)到飽和的物質(zhì)。 如如Fe，Co， Ni， Gd等金等金 屬及其合金稱為鐵磁性物質(zhì)。屬及其合金稱為鐵磁性物質(zhì)。 磁矩的排列與磁性的關(guān)系磁矩的排列與磁性的關(guān)系 鐵磁性鐵磁性 m= 10-2 106 磁場(chǎng)磁場(chǎng) 亞鐵磁性物質(zhì)亞鐵磁性物質(zhì) 磁矩的排列與磁性的關(guān)系磁矩的排列與磁性的關(guān)系 亞鐵磁性亞鐵磁性 m= 10-2 106 磁場(chǎng)磁場(chǎng) 如鐵氧體如鐵氧體(M2+Fe23+O4)等，等， 是一些復(fù)雜的金屬化合物，比鐵磁體是一些復(fù)雜的金屬化合物，比鐵磁體 更常見。更常見。 它們相鄰原子的磁矩反向平

9、行，但彼它們相鄰原子的磁矩反向平行，但彼 此的強(qiáng)度不相等，具有高磁化率和居此的強(qiáng)度不相等，具有高磁化率和居 里溫度。里溫度。 順磁性物質(zhì)順磁性物質(zhì) 存在未成對(duì)電子存在未成對(duì)電子 永久磁矩。永久磁矩。La， Pr，MnAl，F(xiàn)eSO47H2O， Gd2O3 ；在居里溫度以上的鐵磁；在居里溫度以上的鐵磁 性金屬性金屬Fe, Co, Ni等。等。 居里溫度居里溫度 由鐵磁性或亞鐵磁性轉(zhuǎn)由鐵磁性或亞鐵磁性轉(zhuǎn) 變?yōu)轫槾判缘呐R界溫度稱為居里溫變?yōu)轫槾判缘呐R界溫度稱為居里溫 度度(Tc)。 順磁性順磁性 m=10-6 10-5 磁場(chǎng)磁場(chǎng) 反磁性物質(zhì)反磁性物質(zhì) 不存在未成對(duì)不存在未成對(duì) 電子電子 沒有永久磁矩

10、。惰性氣沒有永久磁矩。惰性氣 體，不含過渡元素的離子晶體體，不含過渡元素的離子晶體 ，共價(jià)化合物和所有的有機(jī)化，共價(jià)化合物和所有的有機(jī)化 合物，某些金屬和非金屬。合物，某些金屬和非金屬。 磁矩的排列與磁性的關(guān)系磁矩的排列與磁性的關(guān)系 反磁性反磁性 m= -10-5 -10-6 磁場(chǎng)磁場(chǎng) 反鐵磁性物質(zhì)反鐵磁性物質(zhì) FeO， FeF3，NiF3，NiO，MnO， 各種錳鹽以及部分鐵氧體各種錳鹽以及部分鐵氧體 ZnFe2O4等，它們相鄰原子等，它們相鄰原子 的磁矩反向平行，而且彼的磁矩反向平行，而且彼 此的強(qiáng)度相等，沒有磁性。此的強(qiáng)度相等，沒有磁性。 反鐵磁性反鐵磁性 m= 10-2 10-5 磁場(chǎng)

11、磁場(chǎng) 磁矩的排列與磁性的關(guān)系磁矩的排列與磁性的關(guān)系 硬硬磁性材料磁性材料 外磁場(chǎng)撤去后，不易去磁，具有外磁場(chǎng)撤去后，不易去磁，具有很強(qiáng)的剩磁很強(qiáng)的剩磁 應(yīng)用：永磁體應(yīng)用：永磁體 軟軟磁性材料磁性材料 外磁場(chǎng)撤去后，容易去磁，外磁場(chǎng)撤去后，容易去磁，沒有明顯的剩磁沒有明顯的剩磁 應(yīng)用：電磁鐵應(yīng)用：電磁鐵 退磁退磁 原來有磁性的物體，失去磁性的現(xiàn)象原來有磁性的物體，失去磁性的現(xiàn)象 方法：方法： （1 1）高溫）高溫 （2 2）劇烈振動(dòng)）劇烈振動(dòng) （3 3）逐漸減弱的交變磁場(chǎng)的作用）逐漸減弱的交變磁場(chǎng)的作用 稀土永磁材料稀土永磁材料 鈷鈷基永磁材料基永磁材料 鐵鐵基永磁材料基永磁材料: :代表是代表

12、是R-Fe-BR-Fe-B，如，如NdFeBNdFeB 1:51:5型型 R-CoR-Co，R R代表稀土，如：代表稀土，如：SmCoSmCo5 5 2:17型 R-Co，R代表稀土，如：Sm2Co17 下面下面重點(diǎn)介紹一下永磁重點(diǎn)介紹一下永磁 NdFeBNdFeB，其典型合金成份為，其典型合金成份為NdNd15 15Fe Fe8 8B B77 77 19831983年日本住友特種金屬公司和美國(guó)年日本住友特種金屬公司和美國(guó)GMGM公司幾乎同時(shí)研制出公司幾乎同時(shí)研制出NdFeBNdFeB合金。后來合金。后來 又用又用CoCo替代部分替代部分FeFe，提高居里溫度；用，提高居里溫度；用DyDy或或

13、TbTb取代部分取代部分Nd Nd ，提高矯頑力，改善磁，提高矯頑力，改善磁 體的高溫性能。這類稀土永磁材料的體的高溫性能。這類稀土永磁材料的性能特點(diǎn)是性能特點(diǎn)是：磁能積比非稀土永磁大：磁能積比非稀土永磁大4 4倍以倍以 上上, ,因此在相同磁能積條件下因此在相同磁能積條件下, ,使用稀土永磁可縮小體積使用稀土永磁可縮小體積, ,便于設(shè)備、儀表小型化、便于設(shè)備、儀表小型化、 輕量化；矯頑力是鐵氧體的輕量化；矯頑力是鐵氧體的3-53-5倍倍, ,利用此性質(zhì)可以制作較薄的磁體利用此性質(zhì)可以制作較薄的磁體; ;剩磁與剩磁與 AlNiCoAlNiCo相當(dāng)相當(dāng), ,比鐵氧體高二倍。比鐵氧體高二倍。 目前

14、目前, ,稀土永磁的應(yīng)用已遍及電動(dòng)機(jī)械、電器儀表與電音設(shè)備，如揚(yáng)聲器、傳稀土永磁的應(yīng)用已遍及電動(dòng)機(jī)械、電器儀表與電音設(shè)備，如揚(yáng)聲器、傳 感器；磁軸承和強(qiáng)力磁選機(jī)；電子及離子束控制裝置，如磁控制管和粒子加速器；感器；磁軸承和強(qiáng)力磁選機(jī)；電子及離子束控制裝置，如磁控制管和粒子加速器； 醫(yī)療保鍵，如核磁共振層析儀、心臟起博器及磁療設(shè)備等。整個(gè)西方世界產(chǎn)量的一醫(yī)療保鍵，如核磁共振層析儀、心臟起博器及磁療設(shè)備等。整個(gè)西方世界產(chǎn)量的一 半用于硬盤驅(qū)動(dòng)器用電機(jī)。半用于硬盤驅(qū)動(dòng)器用電機(jī)。 （6 6） 磁性功能材料磁性功能材料 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域 我國(guó)磁性材料的生產(chǎn)在國(guó)際上占有重要的地位我國(guó)磁性材料的生產(chǎn)在國(guó)際上

15、占有重要的地位. .其中其中, ,永磁鐵氧體的產(chǎn)量達(dá)永磁鐵氧體的產(chǎn)量達(dá) 111110104 4, ,居世界首位居世界首位; ;軟磁鐵氧體產(chǎn)量軟磁鐵氧體產(chǎn)量4 410104 4, ,居世界前列居世界前列; ;稀土永磁產(chǎn)量稀土永磁產(chǎn)量43004300 , ,居世界第二居世界第二. . 但是但是, ,目前我國(guó)生產(chǎn)的磁性材料基本上是低性能、低附加值材料目前我國(guó)生產(chǎn)的磁性材料基本上是低性能、低附加值材料, ,與發(fā)達(dá)國(guó)家存在與發(fā)達(dá)國(guó)家存在 較大的差距，產(chǎn)值與產(chǎn)量不相稱較大的差距，產(chǎn)值與產(chǎn)量不相稱 我國(guó)磁性材料的產(chǎn)量與需求我國(guó)磁性材料的產(chǎn)量與需求 在傳統(tǒng)工業(yè)中的應(yīng)在傳統(tǒng)工業(yè)中的應(yīng) 用用 磁性材料的應(yīng)磁性材料

16、的應(yīng) 用用 生物界和醫(yī)學(xué)界的生物界和醫(yī)學(xué)界的 磁應(yīng)用磁應(yīng)用 軍事領(lǐng)域的磁應(yīng)用軍事領(lǐng)域的磁應(yīng)用考古天文地址采礦界領(lǐng)域考古天文地址采礦界領(lǐng)域 的磁應(yīng)用的磁應(yīng)用 磁盤存儲(chǔ)磁盤存儲(chǔ) 所謂磁存儲(chǔ)就是以記錄磁場(chǎng)方向的方式或磁場(chǎng)的有無來儲(chǔ)存資料。所謂磁存儲(chǔ)就是以記錄磁場(chǎng)方向的方式或磁場(chǎng)的有無來儲(chǔ)存資料。 數(shù)據(jù)在磁片上以磁化的點(diǎn)來表示，數(shù)據(jù)在磁片上以磁化的點(diǎn)來表示， 被磁化的點(diǎn)代表被磁化的點(diǎn)代表1 1，沒有被磁化的點(diǎn)代表，沒有被磁化的點(diǎn)代表0 0 電飯鍋電飯鍋 日常使用的電飯鍋利用了磁性材料的居里點(diǎn)的特性。在電飯鍋的底部中央裝了一塊磁鐵和一塊居 里點(diǎn)為105的磁性材料。當(dāng)鍋里的水分干了以后，食品的溫度將從10

17、0度上升。當(dāng)溫度到達(dá)大約105度 時(shí)，由于被磁鐵吸住的磁性材料的磁性消失，磁鐵就對(duì)它失去了吸力，這時(shí)磁鐵和磁性材料之間的彈 簧就會(huì)把它們分開，同時(shí)帶動(dòng)電源開關(guān)被斷開，停止加熱。 電磁爐 電磁爐的內(nèi)部有一個(gè)金屬線圈，當(dāng)電流通過線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。這一隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)導(dǎo)致電磁爐的內(nèi)部有一個(gè)金屬線圈，當(dāng)電流通過線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。這一隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)導(dǎo)致 在金屬煲內(nèi)產(chǎn)生一感應(yīng)電場(chǎng)。金屬煲內(nèi)的電子受電場(chǎng)影響進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。由于有電阻，電子運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)放在金屬煲內(nèi)產(chǎn)生一感應(yīng)電場(chǎng)。金屬煲內(nèi)的電子受電場(chǎng)影響進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。由于有電阻，電子運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)放 出大量熱能，這些熱能便可用作煮食。出大量熱能，這些熱能便可用作煮食。 金屬

18、煲的電阻必須足夠大，才能產(chǎn)生足夠的熱量，所以一般只能選用鐵和不銹鋼煲，銅煲就金屬煲的電阻必須足夠大，才能產(chǎn)生足夠的熱量，所以一般只能選用鐵和不銹鋼煲，銅煲就 不大可能，更不能用玻璃、陶瓷、塑料等。不大可能，更不能用玻璃、陶瓷、塑料等。 特點(diǎn)： 直接發(fā)熱，熱效率高達(dá)90% 爐面無明火，無煙無廢氣 電磁火力強(qiáng)勁，安全可靠 傳統(tǒng)傳統(tǒng) 工業(yè)工業(yè) 在醫(yī)學(xué)上，利用在醫(yī)學(xué)上，利用核磁共振核磁共振可以診斷人可以診斷人 體異常組織，判斷疾病，這就是我們體異常組織，判斷疾病，這就是我們 比較熟悉的核磁共振成像。比較熟悉的核磁共振成像。 利用利用磁性納米材料磁性納米材料表面功能基團(tuán)與可識(shí)表面功能基團(tuán)與可識(shí) 別病兆的

19、功能分子進(jìn)行耦聯(lián)，是實(shí)現(xiàn)磁別病兆的功能分子進(jìn)行耦聯(lián)，是實(shí)現(xiàn)磁 性納米晶體在疾病鑒別診斷中應(yīng)用的最性納米晶體在疾病鑒別診斷中應(yīng)用的最 可行的手段之一?？尚械氖侄沃?。 生物生物 醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué) 電磁炮是把炮彈放在螺線管中，螺線電磁炮是把炮彈放在螺線管中，螺線 管產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)炮彈將產(chǎn)生巨大的推管產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)炮彈將產(chǎn)生巨大的推 動(dòng)力將炮彈射出的一種新型武器動(dòng)力將炮彈射出的一種新型武器“電電 磁式武器磁式武器”。類似的還有電磁導(dǎo)彈等。類似的還有電磁導(dǎo)彈等。 軍事軍事 領(lǐng)域領(lǐng)域 磁性是從宇宙天體到基本粒子普存的學(xué)科磁性是從宇宙天體到基本粒子普存的學(xué)科 地球磁場(chǎng)地球磁場(chǎng) 地球就是一塊巨大的磁鐵，它的地球就是一塊

20、巨大的磁鐵，它的N N極在地理的南極附極在地理的南極附 近，而近，而S S極在地理的北極附近極在地理的北極附近. . 北極光北極光是太陽風(fēng)中的粒子（高是太陽風(fēng)中的粒子（高 能帶電粒子流）和地磁場(chǎng)相互作能帶電粒子流）和地磁場(chǎng)相互作 用的結(jié)果。當(dāng)它們到達(dá)地球時(shí)，用的結(jié)果。當(dāng)它們到達(dá)地球時(shí)， 與地磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，使得這與地磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，使得這 些粒子向南北極運(yùn)動(dòng)和聚集，并些粒子向南北極運(yùn)動(dòng)和聚集，并 且和地球高空的稀薄氣體相碰撞，且和地球高空的稀薄氣體相碰撞， 結(jié)果使氣體分子受激發(fā)，從而發(fā)結(jié)果使氣體分子受激發(fā)，從而發(fā) 光。光。 太陽黑子太陽黑子是太陽上磁場(chǎng)活是太陽上磁場(chǎng)活 動(dòng)非常劇烈的區(qū)域。太

21、陽黑動(dòng)非常劇烈的區(qū)域。太陽黑 子的爆發(fā)對(duì)我們的生活會(huì)產(chǎn)子的爆發(fā)對(duì)我們的生活會(huì)產(chǎn) 生影響，例如使得無線電通生影響，例如使得無線電通 信暫時(shí)中斷等。因此，研究信暫時(shí)中斷等。因此，研究 太陽黑子對(duì)我們有重要意義。太陽黑子對(duì)我們有重要意義。 磁懸浮列車磁懸浮列車 上海上海磁磁懸浮列車懸浮列車 平均時(shí)速平均時(shí)速300300公里公里/ /小時(shí)，最高時(shí)速小時(shí)，最高時(shí)速430430公里公里/ /小時(shí)小時(shí) 磁懸浮列車是運(yùn)用磁鐵“同性相斥，異性相吸”的性質(zhì)，使磁鐵具有抗拒地心引力的能力，使列車 完全脫離軌道而懸浮行駛，成為“無輪”列車。 磁懸浮列車也有兩種相應(yīng)的形式：一種是電磁型，也稱吸力型、常導(dǎo)型。另一種是電動(dòng)

22、型，也稱斥 力型、超導(dǎo)型。 磁懸浮列車原理磁懸浮列車原理 兩種磁懸浮列車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖：(a)電磁型；(b)電動(dòng)型 磁制冷冰箱磁制冷冰箱 磁制冷是一種以磁性材料為工質(zhì)的制磁制冷是一種以磁性材料為工質(zhì)的制 冷技術(shù)冷技術(shù) ，基本原理是借助磁制冷材，基本原理是借助磁制冷材 料的磁熱效應(yīng)即磁制冷材料等溫磁化料的磁熱效應(yīng)即磁制冷材料等溫磁化 時(shí)向外界放出熱量，而等溫退磁時(shí)從時(shí)向外界放出熱量，而等溫退磁時(shí)從 外界吸取熱量，以達(dá)到制冷目的外界吸取熱量，以達(dá)到制冷目的 超導(dǎo)材料是一種超導(dǎo)材料是一種的材料，既能的材料，既能，減，減 少電能因電阻而消耗的能量，還能把少電能因電阻而消耗的能量，還能把起來，供急起來

23、，供急 需時(shí)使用。需時(shí)使用。 自從世界上以自從世界上以作為作為以來，就遇到兩個(gè)令人頭痛以來，就遇到兩個(gè)令人頭痛 的的： 、是在輸送電流時(shí)，不少、是在輸送電流時(shí)，不少而發(fā)熱，白白而發(fā)熱，白白 損失了相當(dāng)?shù)哪芰?。損失了相當(dāng)?shù)哪芰俊?、的電力常常嚴(yán)重不足，而的電力常常嚴(yán)重不足，而的電力又大大富余，的電力又大大富余， 使得發(fā)電機(jī)常常白天超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，深夜時(shí)卻空轉(zhuǎn)，電力白白浪費(fèi)使得發(fā)電機(jī)常常白天超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，深夜時(shí)卻空轉(zhuǎn)，電力白白浪費(fèi) 了。了。 能不能把夜間富余的能不能把夜間富余的起來用以彌補(bǔ)白天電力起來用以彌補(bǔ)白天電力 不足的難題呢不足的難題呢? 自從有了自從有了以來，解決這個(gè)問題就大有希望了。以來，解決

24、這個(gè)問題就大有希望了。 1911年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，金屬的年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，金屬的和它的和它的條件條件 有很大關(guān)系：有很大關(guān)系： 溫度高時(shí)，它的電阻就增加，溫度低時(shí)電阻減少。溫度高時(shí)，它的電阻就增加，溫度低時(shí)電阻減少。 并總結(jié)出一個(gè)并總結(jié)出一個(gè)的理論公式。的理論公式。 當(dāng)時(shí)，荷蘭物理學(xué)家當(dāng)時(shí)，荷蘭物理學(xué)家為檢驗(yàn)為檢驗(yàn)金屬電阻與溫度之間的關(guān)系金屬電阻與溫度之間的關(guān)系 的理論公式的理論公式的正確性，就用的正確性，就用作試驗(yàn)。作試驗(yàn)。 將水銀冷卻到將水銀冷卻到-40時(shí)，亮晶晶的液體水銀變成了固體；然后，時(shí)，亮晶晶的液體水銀變成了固體；然后， 他把水銀拉成細(xì)絲，并繼續(xù)降低溫度，同時(shí)測(cè)量不同溫度下固體水他把水

25、銀拉成細(xì)絲，并繼續(xù)降低溫度，同時(shí)測(cè)量不同溫度下固體水 銀的電阻，當(dāng)溫度降低列銀的電阻，當(dāng)溫度降低列，水銀的，水銀的。 開始他不太相信這一結(jié)果、于是反復(fù)試驗(yàn)，但都是一樣。開始他不太相信這一結(jié)果、于是反復(fù)試驗(yàn)，但都是一樣。 這一發(fā)現(xiàn)轟動(dòng)了世界的物理學(xué)界，后來科學(xué)家把這個(gè)現(xiàn)象叫這一發(fā)現(xiàn)轟動(dòng)了世界的物理學(xué)界，后來科學(xué)家把這個(gè)現(xiàn)象叫 ，把，把稱稱，而把出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象，而把出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象 的溫度稱作超導(dǎo)材料的的溫度稱作超導(dǎo)材料的“臨界溫度臨界溫度”。 昂尼斯和許多科學(xué)家后來又發(fā)現(xiàn)了昂尼斯和許多科學(xué)家后來又發(fā)現(xiàn)了和和 材料。但出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象的臨界溫度大多在材料。但出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象的臨界溫度大多在的的 極低溫，沒有什么

26、經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因?yàn)橹圃爝@種極低的溫度，本身就很極低溫，沒有什么經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因?yàn)橹圃爝@種極低的溫度，本身就很 花錢而又很困難?；ㄥX而又很困難。 為了尋找為了尋找的的的材料，世界上無的材料，世界上無 數(shù)科學(xué)家奮斗了近數(shù)科學(xué)家奮斗了近60年，也沒有取得什么進(jìn)展。年，也沒有取得什么進(jìn)展。 直到直到1973年，英、美一些科學(xué)家才找到一種在年，英、美一些科學(xué)家才找到一種在出現(xiàn)出現(xiàn) 超導(dǎo)現(xiàn)象的超導(dǎo)現(xiàn)象的。此后這一記錄又保持了。此后這一記錄又保持了10多年。多年。 到了到了1986年，在瑞士年，在瑞士IBM公司研究室工作的公司研究室工作的和和從從 別人多次失敗中總結(jié)教訓(xùn)，放棄了在別人多次失敗中總結(jié)教訓(xùn)，放棄了在中尋

27、找超導(dǎo)材料中尋找超導(dǎo)材料 的老觀念，終于發(fā)現(xiàn)一種的老觀念，終于發(fā)現(xiàn)一種材料在材料在這一較這一較 高溫度下出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。這是一個(gè)了不起的成就，因此他們兩人高溫度下出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。這是一個(gè)了不起的成就，因此他們兩人 同時(shí)獲得了同時(shí)獲得了1987年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 此后，美籍華人學(xué)者此后，美籍華人學(xué)者，中國(guó)物理學(xué)家，中國(guó)物理學(xué)家在在 1987年相繼發(fā)現(xiàn)了在年相繼發(fā)現(xiàn)了在 和和時(shí)出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象的時(shí)出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象的 高溫超導(dǎo)材料。高溫超導(dǎo)材料。 不久又發(fā)現(xiàn)不久又發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)合金，在高溫超導(dǎo)合金，在的溫的溫 度就有超導(dǎo)現(xiàn)象。度就有超導(dǎo)現(xiàn)象。 而后而后發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)的合金的超導(dǎo)溫度更合金的超導(dǎo)溫

28、度更 接近室溫，達(dá)接近室溫，達(dá)。 199l年，美國(guó)和日本的科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了球狀碳分子年，美國(guó)和日本的科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了球狀碳分子 在摻在摻、等元素后，也有等元素后，也有。 科學(xué)家預(yù)料，球狀碳分子科學(xué)家預(yù)料，球狀碳分子-60摻雜金屬后，有可能在摻雜金屬后，有可能在 現(xiàn)象，那時(shí)，超導(dǎo)材料就有可能現(xiàn)象，那時(shí)，超導(dǎo)材料就有可能 ，在世界引起一場(chǎng)工業(yè)和技術(shù)革命。，在世界引起一場(chǎng)工業(yè)和技術(shù)革命。 1995年美國(guó)國(guó)立年美國(guó)國(guó)立實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家已經(jīng)把實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家已經(jīng)把 制成柔韌的細(xì)帶狀，由于沒有電阻，其導(dǎo)電性是銅制成柔韌的細(xì)帶狀，由于沒有電阻，其導(dǎo)電性是銅 絲的絲的1200多倍。多倍。 1996年，日本電氣公司制出

29、年，日本電氣公司制出 ，電流密度達(dá)到，電流密度達(dá)到6000A/cm2，這種線材已達(dá)到了實(shí)用，這種線材已達(dá)到了實(shí)用 化的水平?；乃?。 超導(dǎo)材料超導(dǎo)材料工作，可以說是工作，可以說是20世紀(jì)內(nèi)科學(xué)世紀(jì)內(nèi)科學(xué) 技術(shù)上的重大突破，也是超導(dǎo)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)新的里程技術(shù)上的重大突破，也是超導(dǎo)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)新的里程 碑。至今，對(duì)高溫超導(dǎo)材料的研究仍然方興未艾。碑。至今，對(duì)高溫超導(dǎo)材料的研究仍然方興未艾。 1911年，荷蘭物理學(xué)家昂內(nèi)斯年，荷蘭物理學(xué)家昂內(nèi)斯(Onnes H K)在成功地將氦氣液在成功地將氦氣液 化、獲得化、獲得4.2K的的后，開始研究超低溫條件下后，開始研究超低溫條件下 ，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

30、，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)溫度下降至當(dāng)溫度下降至4.2K時(shí)，汞電阻突然消失了！時(shí)，汞電阻突然消失了！這就這就 是超導(dǎo)現(xiàn)象，此時(shí)的溫度稱為是超導(dǎo)現(xiàn)象，此時(shí)的溫度稱為。 是超導(dǎo)體最基本的特性，它意味著是超導(dǎo)體最基本的特性，它意味著 ，使電力的無損耗傳輸成為可能；，使電力的無損耗傳輸成為可能； 同時(shí)，零電阻允許有遠(yuǎn)高于常規(guī)導(dǎo)體的同時(shí)，零電阻允許有遠(yuǎn)高于常規(guī)導(dǎo)體的，可，可 用以形成用以形成或或。 發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)電性后，發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)電性后，即著手用即著手用來繞制來繞制，但出，但出 乎他的意料，超導(dǎo)體在通上不大的電流后，超導(dǎo)電性就被破壞了，乎他的意料，超導(dǎo)體在通上不大的電流后，超導(dǎo)電性就被破壞了， 即即。 此后，又發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體

31、的此后，又發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體的。 Ic和和Hc也是也是超導(dǎo)體的基本特性超導(dǎo)體的基本特性，是實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)體強(qiáng)電應(yīng)用的必要，是實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)體強(qiáng)電應(yīng)用的必要 條件。條件。 Tc）、）、 ）和和 ）是是“約束約束 ”超導(dǎo)現(xiàn)象的三大臨界條件。超導(dǎo)現(xiàn)象的三大臨界條件。 三者具有明顯的相關(guān)性，只有三者具有明顯的相關(guān)性，只有 ，即處于如圖所示的，即處于如圖所示的，才具有超導(dǎo)電性。，才具有超導(dǎo)電性。 三角錐形曲面內(nèi)側(cè)三角錐形曲面內(nèi)側(cè) 超導(dǎo)材料基本物理特性：超導(dǎo)材料基本物理特性： 、和和 三個(gè)臨界值。超導(dǎo)材料只有處在這些臨界三個(gè)臨界值。超導(dǎo)材料只有處在這些臨界 值以下的狀態(tài)時(shí)才顯示超導(dǎo)性，所以值以下的狀態(tài)時(shí)才顯示超導(dǎo)性，所以，

32、實(shí)用性就，實(shí)用性就 強(qiáng)，利用價(jià)值就越高。強(qiáng)，利用價(jià)值就越高。 當(dāng)溫度當(dāng)溫度T以下時(shí)，超導(dǎo)體的電阻突然變?yōu)橐韵聲r(shí)，超導(dǎo)體的電阻突然變?yōu)?零，這就稱為超導(dǎo)體的零，這就稱為超導(dǎo)體的，也稱為，也稱為。 下圖是汞在液氦溫度附近電阻的變化行為。下圖是汞在液氦溫度附近電阻的變化行為。 汞在液氦溫度附近電阻的變化行為汞在液氦溫度附近電阻的變化行為 超導(dǎo)臨界溫度超導(dǎo)臨界溫度Tc雖然雖然 與樣品純度無關(guān)與樣品純度無關(guān),但是越但是越 均勻純凈的樣品超導(dǎo)轉(zhuǎn)變均勻純凈的樣品超導(dǎo)轉(zhuǎn)變 時(shí)的時(shí)的越尖銳。越尖銳。 指超導(dǎo)體處于外界磁場(chǎng)中，指超導(dǎo)體處于外界磁場(chǎng)中，無法穿透，超導(dǎo)體內(nèi)的無法穿透，超導(dǎo)體內(nèi)的 為零。為零。 1933

33、年，年，(Meissner W)發(fā)現(xiàn)，只要溫度低于超導(dǎo)臨界發(fā)現(xiàn)，只要溫度低于超導(dǎo)臨界 溫度，則置于溫度，則置于就始終保持其就始終保持其，外，外 部磁場(chǎng)的磁力線統(tǒng)統(tǒng)被排斥在超導(dǎo)體之外。部磁場(chǎng)的磁力線統(tǒng)統(tǒng)被排斥在超導(dǎo)體之外。 即便是原來處在磁場(chǎng)中的即便是原來處在磁場(chǎng)中的樣品，當(dāng)溫度下降使它變成樣品，當(dāng)溫度下降使它變成 時(shí)，也會(huì)把原來在體內(nèi)的磁場(chǎng)完全排出去，即時(shí)，也會(huì)把原來在體內(nèi)的磁場(chǎng)完全排出去，即 。這一現(xiàn)象被稱為。這一現(xiàn)象被稱為，它是超導(dǎo)體的另一個(gè)獨(dú)立的基本特，它是超導(dǎo)體的另一個(gè)獨(dú)立的基本特 性。性。 超導(dǎo)體內(nèi)超導(dǎo)體內(nèi)總是等于零，即金屬在超導(dǎo)電狀態(tài)的總是等于零，即金屬在超導(dǎo)電狀態(tài)的為為 =M/H

34、=-1, B= 0(1+ )H=0。 超導(dǎo)體內(nèi)的磁化率為超導(dǎo)體內(nèi)的磁化率為-1(M為磁化強(qiáng)度，為磁化強(qiáng)度，B0 0 H) 超導(dǎo)體的完全抗磁性如下圖所示：超導(dǎo)體的完全抗磁性如下圖所示： 液氮環(huán)境下的超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)液氮環(huán)境下的超導(dǎo)實(shí)驗(yàn) 由邁斯納效應(yīng)可知，超導(dǎo)體由邁斯納效應(yīng)可知，超導(dǎo)體可以近似地用可以近似地用“ ”來描述。利用這一特性，可以實(shí)現(xiàn)來描述。利用這一特性，可以實(shí)現(xiàn)。 僅從超導(dǎo)體的僅從超導(dǎo)體的出發(fā)，得不到出發(fā)，得不到。 同樣，用同樣，用也不能描述也不能描述。 因此，因此，邁斯納效應(yīng)邁斯納效應(yīng)和和零電阻性質(zhì)零電阻性質(zhì)是超導(dǎo)態(tài)的是超導(dǎo)態(tài)的 ，衡量一種材料是否具有超導(dǎo)電性必須看是否，衡量一種材料是否具有

35、超導(dǎo)電性必須看是否 零電阻零電阻和和邁斯納效應(yīng)邁斯納效應(yīng)。 根據(jù)上述超導(dǎo)材料的兩個(gè)基本特征，可以看出：根據(jù)上述超導(dǎo)材料的兩個(gè)基本特征，可以看出： 是指某種物質(zhì)冷卻到某一溫度時(shí)是指某種物質(zhì)冷卻到某一溫度時(shí)， 同時(shí)物質(zhì)內(nèi)部同時(shí)物質(zhì)內(nèi)部成為完全抗磁性的物質(zhì)。成為完全抗磁性的物質(zhì)。 超導(dǎo)材料的超導(dǎo)材料的有有、和和元素，在元素周期元素，在元素周期 表上的位置如圖所示。表上的位置如圖所示。 在元素周期表相應(yīng)位置的元素中，有的可由在元素周期表相應(yīng)位置的元素中，有的可由制制 成超導(dǎo)材科，但絕大多數(shù)超導(dǎo)材料是由多種元素構(gòu)成的成超導(dǎo)材科，但絕大多數(shù)超導(dǎo)材料是由多種元素構(gòu)成的、 或或。 下表中列出了代表性的下表中列

36、出了代表性的及及。 超導(dǎo)材料及超導(dǎo)材料及c值值 在上述在上述被發(fā)現(xiàn)后，對(duì)超導(dǎo)電性的被發(fā)現(xiàn)后，對(duì)超導(dǎo)電性的即即 已開始，但直到已開始，但直到20世紀(jì)世紀(jì)50年代建立了年代建立了， 人們才對(duì)金屬超導(dǎo)體的超導(dǎo)行為獲得了滿意的解釋。人們才對(duì)金屬超導(dǎo)體的超導(dǎo)行為獲得了滿意的解釋。 二流體模型二流體模型 倫敦方程倫敦方程 金茲堡金茲堡-朗道理論朗道理論 同位素效應(yīng)同位素效應(yīng) 超導(dǎo)能隙超導(dǎo)能隙 庫柏電子對(duì)庫柏電子對(duì) 相干長(zhǎng)度相干長(zhǎng)度 BCS理論理論 常規(guī)超導(dǎo)體常規(guī)超導(dǎo)體 高溫超導(dǎo)體高溫超導(dǎo)體(HTS) 其它類型超導(dǎo)體其它類型超導(dǎo)體 相對(duì)于相對(duì)于而言，而言，元素元素、合金和化合物合金和化合物的的 (以液氮溫度

37、以液氮溫度77K為界為界)，因此這類超導(dǎo)體被稱為，因此這類超導(dǎo)體被稱為 。 一些元素一些元素具有超導(dǎo)電性能，另外一具有超導(dǎo)電性能，另外一 些元素些元素顯示出超導(dǎo)電性。由于顯示出超導(dǎo)電性。由于 ，所以元素超導(dǎo)體很難實(shí)用化。，所以元素超導(dǎo)體很難實(shí)用化。 在技術(shù)上有重要價(jià)值，它們具有在技術(shù)上有重要價(jià)值，它們具有 和和以及以及。超導(dǎo)合金具有。超導(dǎo)合金具有， ，等優(yōu)點(diǎn)。等優(yōu)點(diǎn)。 最早出售的最早出售的是是Nb-Zr系，用于制造系，用于制造。Nb- Zr合金具有合金具有的特點(diǎn)。的特點(diǎn)。1965年后被年后被、 、的的Nb-Ti所取代。所取代。 目前目前Nb-Ti系合金實(shí)用的線材使用最廣，系合金實(shí)用的線材使用最

38、廣，Nb-Zr-Ti，Nb- Ti-Ta，Nb-Ti-Zr-Ta用于用于磁流體發(fā)電機(jī)磁流體發(fā)電機(jī)。 和和 是最先引起人們的注意的，其次是是最先引起人們的注意的，其次是、 、。 實(shí)際能夠?qū)嵱玫闹挥袑?shí)際能夠?qū)嵱玫闹挥泻秃蛢煞N。其它的化合物兩種。其它的化合物 因因還不能實(shí)用。還不能實(shí)用。 復(fù)合法制備復(fù)合法制備Nb3Sn,V3Ga線材線材 一些復(fù)雜的一些復(fù)雜的具有具有，其臨界溫度，其臨界溫度 超過了超過了77K，可在液氮的溫度下工作，稱為，可在液氮的溫度下工作，稱為。 (C)螢石螢石(F型型)(AX2) (a)巖鹽巖鹽(R型型)(AX) (b)鈣鈦礦鈣鈦礦(P型型)(ABX ) 許多許多是由是由R型、

39、型、P型與型與F型型 依次聯(lián)結(jié)依次聯(lián)結(jié)構(gòu)筑而成，通常都是構(gòu)筑而成，通常都是而而 得，每個(gè)單元中有得，每個(gè)單元中有兩個(gè)以上。兩個(gè)以上。 (a)(Nd1-xSrx)(Nd1-yCey)CuO4-x(b)(La1-xAx)CuO4(A=Ca,Sr,Ba)(c)YBa2Cu4O8 C60具有極高的穩(wěn)定性，當(dāng)具有極高的穩(wěn)定性，當(dāng)C60中中時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)在一些在一些 特定成分上特定成分上可以形成富勒烯結(jié)構(gòu)?？梢孕纬筛焕障┙Y(jié)構(gòu)。 通過與各種堿金屬原子的結(jié)合，通過與各種堿金屬原子的結(jié)合，AxC60的的已經(jīng)提高已經(jīng)提高 到到以上，超導(dǎo)溫度最高以上，超導(dǎo)溫度最高RbCs2C60的臨界轉(zhuǎn)變溫度為的臨界轉(zhuǎn)變

40、溫度為33K。 第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的是是(TMTSF)2PF6，盡管這種有機(jī)鹽的，盡管這種有機(jī)鹽的 只有只有，但是，它的發(fā)現(xiàn)預(yù)示了一個(gè)，但是，它的發(fā)現(xiàn)預(yù)示了一個(gè) 的出現(xiàn)。的出現(xiàn)。 (TMTSF)2PF6 The first organic superconductor discovered. 組成有機(jī)超導(dǎo)體的四類化合物組成有機(jī)超導(dǎo)體的四類化合物： 非晶態(tài)超導(dǎo)體的研究主要包括非晶態(tài)超導(dǎo)體的研究主要包括及其及其 和和及其及其。 它們具有它們具有、等優(yōu)點(diǎn)。等優(yōu)點(diǎn)。 非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的對(duì)其對(duì)其的影響很大，能使有的影響很大，能使有 些物質(zhì)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度些物質(zhì)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc提高，這是由于

41、提高，這是由于非晶態(tài)超導(dǎo)體與晶態(tài)超非晶態(tài)超導(dǎo)體與晶態(tài)超 導(dǎo)體的不同導(dǎo)體的不同所引起的。所引起的。 的性質(zhì)比的性質(zhì)比更為復(fù)雜。更為復(fù)雜。 重費(fèi)米子超導(dǎo)體是重費(fèi)米子超導(dǎo)體是20世紀(jì)世紀(jì)70年代末期發(fā)現(xiàn)的，它年代末期發(fā)現(xiàn)的，它 的的只有只有。 由于這類超導(dǎo)體的由于這類超導(dǎo)體的非常大，是普通金屬的非常大，是普通金屬的 幾百甚至幾千倍。因此，推斷出這類超導(dǎo)體的幾百甚至幾千倍。因此，推斷出這類超導(dǎo)體的比比 重幾百甚至幾千倍，因此稱重幾百甚至幾千倍，因此稱 。 的研究對(duì)于的研究對(duì)于研究有重大意義。研究有重大意義。 20世紀(jì)世紀(jì)70年代，人們發(fā)現(xiàn)年代，人們發(fā)現(xiàn) 具有超導(dǎo)電性。這類超導(dǎo)體表現(xiàn)出具有超導(dǎo)電性。這類

42、超導(dǎo)體表現(xiàn)出的的 復(fù)雜現(xiàn)象，因此又稱為復(fù)雜現(xiàn)象，因此又稱為。 在金屬間化合物在金屬間化合物(RTB)超導(dǎo)體中，以超導(dǎo)體中，以 的的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度最高。 后來人們又制備出后來人們又制備出YNi4B超導(dǎo)體和超導(dǎo)體和YNi2B2C超導(dǎo)體等等，四超導(dǎo)體等等，四 元素元素的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到。 復(fù)合超導(dǎo)材料復(fù)合超導(dǎo)材料 許多許多與與可以進(jìn)行可以進(jìn)行，進(jìn)而形成，進(jìn)而形成 。 可以可以、 、和和等。等。 有有超導(dǎo)電纜超導(dǎo)電纜、復(fù)合線復(fù)合線、復(fù)合帶復(fù)合帶、超導(dǎo)細(xì)線超導(dǎo)細(xì)線復(fù)合線等復(fù)合線等 等，其主要由等，其主要由以及以及、以及高強(qiáng)度以及高強(qiáng)度 和和六部分組成。六部分組成。 人們?cè)?/p>

43、探索具有人們?cè)谔剿骶哂械牡某瑢?dǎo)陶瓷材料超導(dǎo)陶瓷材料方面取得突破，方面取得突破， 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)體系和體系和體系的體系的超導(dǎo)陶瓷材料超導(dǎo)陶瓷材料，實(shí)現(xiàn)了，實(shí)現(xiàn)了液液 氮溫度氮溫度超導(dǎo)。超導(dǎo)。 現(xiàn)在許多人正在研究現(xiàn)在許多人正在研究的超導(dǎo)陶瓷材料。的超導(dǎo)陶瓷材料。 高溫超導(dǎo)材料的用途，大致可分為以下三類：高溫超導(dǎo)材料的用途，大致可分為以下三類： （）（）應(yīng)用（強(qiáng)電應(yīng)用）；應(yīng)用（強(qiáng)電應(yīng)用）； （）（）應(yīng)用（弱電應(yīng)用）；應(yīng)用（弱電應(yīng)用）； （）（）應(yīng)用。應(yīng)用。 主要是指主要是指用于用于、 和和等三方面。等三方面。 包括包括、 等；等； 主要應(yīng)用于主要應(yīng)用于和和等。等。 超導(dǎo)材料最誘人的應(yīng)用是超導(dǎo)材料最誘人的應(yīng)

44、用是、和和。 由于超導(dǎo)材料由于超導(dǎo)材料在超導(dǎo)狀態(tài)下在超導(dǎo)狀態(tài)下具有具有和和，因此只需，因此只需 ，就可以獲得，就可以獲得10萬高斯以上的萬高斯以上的。 而用而用做磁體，要產(chǎn)生這么大的磁場(chǎng)，需要消耗做磁體，要產(chǎn)生這么大的磁場(chǎng)，需要消耗3.5兆瓦的兆瓦的 及及，投資巨大。，投資巨大。 可以制作可以制作: 、 、 在電力領(lǐng)域，利用在電力領(lǐng)域，利用可以將可以將發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng) 強(qiáng)度強(qiáng)度提高到提高到5萬萬6萬高斯，并且?guī)缀跞f高斯，并且?guī)缀?，這種，這種 發(fā)電機(jī)便是發(fā)電機(jī)便是。 超導(dǎo)發(fā)電機(jī)超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的的比比常規(guī)發(fā)電機(jī)常規(guī)發(fā)電機(jī)提高提高5 10倍，達(dá)倍，達(dá)1萬兆瓦，而萬兆瓦，而卻減少卻減少1/2，整機(jī)

45、，整機(jī)減輕減輕 1/3，提高提高50。 、 同樣離不開同樣離不開的幫助。磁流體發(fā)的幫助。磁流體發(fā) 電機(jī)發(fā)電，是利用電機(jī)發(fā)電，是利用（等離子體）作（等離子體）作，并，并 磁場(chǎng)強(qiáng)度為磁場(chǎng)強(qiáng)度為5萬萬6萬高斯的萬高斯的而發(fā)電。而發(fā)電。 磁流體發(fā)電機(jī)的磁流體發(fā)電機(jī)的非常非常，用于磁流體發(fā)，用于磁流體發(fā) 電的電的還可還可。 超導(dǎo)材料還可以用于制作超導(dǎo)材料還可以用于制作和和 ，從而把，從而把幾乎無損耗地幾乎無損耗地給用戶。給用戶。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前的據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前的導(dǎo)線輸電，約有導(dǎo)線輸電，約有15%的電能損的電能損 耗在耗在上，光是在中國(guó)，每年的電力損失即達(dá)上，光是在中國(guó)，每年的電力損失即達(dá)1000 多億度。若

46、改為超導(dǎo)輸電，節(jié)省的電能相當(dāng)于新建數(shù)十個(gè)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。大型發(fā)電廠。 超導(dǎo)材料超導(dǎo)材料在在時(shí)，不會(huì)損耗電力，故用它可時(shí)，不會(huì)損耗電力，故用它可 把作把作可以可以做得很小做得很小。 例如一臺(tái)普通大型發(fā)電機(jī)需用例如一臺(tái)普通大型發(fā)電機(jī)需用1520噸銅絲繞成線圈，如果用噸銅絲繞成線圈，如果用超超 導(dǎo)材料導(dǎo)材料作線圈，只要幾百克就夠了，而發(fā)出的電力卻一樣。因此，作線圈，只要幾百克就夠了，而發(fā)出的電力卻一樣。因此， 是一種極好的是一種極好的和和。 1987年，美國(guó)國(guó)防部為適應(yīng)年，美國(guó)國(guó)防部為適應(yīng)“星球大戰(zhàn)星球大戰(zhàn)”的需要，決定建立的需要，決定建立 一個(gè)一個(gè)。

47、在和平時(shí)期可向居民供電，在。在和平時(shí)期可向居民供電，在 有導(dǎo)彈襲來時(shí)，可有導(dǎo)彈襲來時(shí)，可，用激光摧毀導(dǎo)彈。，用激光摧毀導(dǎo)彈。 因?yàn)橐驗(yàn)闆]有電阻，它的沒有電阻，它的，可以回收，可以回收98的多余的多余 電力，而且電力，而且。一旦需要電力，在。一旦需要電力，在0.3秒秒內(nèi)就可從內(nèi)就可從 中把電流引出來送到任何電網(wǎng)。這對(duì)星球大戰(zhàn)時(shí)中把電流引出來送到任何電網(wǎng)。這對(duì)星球大戰(zhàn)時(shí)所需電力所需電力是非是非 常重要的。常重要的。 美國(guó)已設(shè)計(jì)并著手建造一個(gè)可以儲(chǔ)存美國(guó)已設(shè)計(jì)并著手建造一個(gè)可以儲(chǔ)存500萬千瓦小時(shí)的萬千瓦小時(shí)的。 它的直徑有它的直徑有1568米，儲(chǔ)存的電力足以供幾十萬人口的城市照明用電。米，儲(chǔ)存的電

48、力足以供幾十萬人口的城市照明用電。 超導(dǎo)材料之所以能超導(dǎo)材料之所以能是因?yàn)槭且驗(yàn)椋?只要只要， 。 高速計(jì)算機(jī)要求高速計(jì)算機(jī)要求集成電路集成電路和和密集排密集排 列，但列，但在工作時(shí)會(huì)在工作時(shí)會(huì)，而，而 是超大規(guī)模集成電路面臨的難題。是超大規(guī)模集成電路面臨的難題。 超導(dǎo)計(jì)算機(jī)中的超大規(guī)模超導(dǎo)計(jì)算機(jī)中的超大規(guī)模，其，其用用 和和來制作，不存在散熱問題，同時(shí)來制作，不存在散熱問題，同時(shí) 計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)的大大提高。大大提高。 此外，科學(xué)家正研究用此外，科學(xué)家正研究用來制造來制造晶體管晶體管，甚至，甚至 完全用完全用來制作來制作。 利用超導(dǎo)材料的利用超導(dǎo)材料的，將，將放在一塊放在一塊 的上方，由于磁體

49、的磁力線不能穿過超導(dǎo)體，的上方，由于磁體的磁力線不能穿過超導(dǎo)體，磁體和超導(dǎo)磁體和超導(dǎo) 體之間體之間會(huì)產(chǎn)生會(huì)產(chǎn)生，使超導(dǎo)體，使超導(dǎo)體在磁體上方。利用這在磁體上方。利用這 種種可以制作高速超導(dǎo)磁懸浮列車?？梢灾谱鞲咚俪瑢?dǎo)磁懸浮列車。 磁懸浮列車上的磁懸浮列車上的不是常見的那種永久磁鐵，而是不是常見的那種永久磁鐵，而是 。 電磁鐵外電磁鐵外有一個(gè)用導(dǎo)線繞成的有一個(gè)用導(dǎo)線繞成的，線圈中有電流通，線圈中有電流通 過時(shí)，鐵就產(chǎn)生磁力，只要線圈中一斷電，鐵就立即失去過時(shí)，鐵就產(chǎn)生磁力，只要線圈中一斷電，鐵就立即失去 磁力。磁力。 有兩種，一種是有兩種，一種是繞成的，另一種則是繞成的，另一種則是 用用制成的。

50、制成的。 要想把幾十上百噸的列車懸空浮起來，電磁鐵之間的排斥力起碼要想把幾十上百噸的列車懸空浮起來，電磁鐵之間的排斥力起碼 得有幾十上百噸。得有幾十上百噸。 而電磁鐵之間的而電磁鐵之間的和通過電磁線圈中的和通過電磁線圈中的有直接關(guān)系，也有直接關(guān)系，也 就是說，只有通過很大的電流，才能產(chǎn)生很大的磁力。就是說，只有通過很大的電流，才能產(chǎn)生很大的磁力。 但普通的但普通的，銅導(dǎo)線就會(huì)，銅導(dǎo)線就會(huì)，電流過大，電流過大 時(shí)，還可能使時(shí)，還可能使。所以銅導(dǎo)線通過的電流大小受到限制，例。所以銅導(dǎo)線通過的電流大小受到限制，例 如直徑如直徑1毫米的銅導(dǎo)線，只能通過毫米的銅導(dǎo)線，只能通過6安培左右的電流，否則就會(huì)過

51、熱安培左右的電流，否則就會(huì)過熱 燒毀。燒毀。 為了使為了使，需要，需要， ，這樣就會(huì)使，這樣就會(huì)使本身的重量本身的重量，這對(duì)提高列車的行，這對(duì)提高列車的行 駛速度不利。駛速度不利。 怎樣才能使磁懸浮列車本身的重量減輕，又能讓電磁鐵產(chǎn)生很怎樣才能使磁懸浮列車本身的重量減輕，又能讓電磁鐵產(chǎn)生很 大的磁力呢大的磁力呢?這似乎是一個(gè)難以克服的固難。但自從有了超導(dǎo)材料后，這似乎是一個(gè)難以克服的固難。但自從有了超導(dǎo)材料后， 就克服了這一困難。就克服了這一困難。 因?yàn)橐驗(yàn)?，多大的電流通過它也，多大的電流通過它也 ，也，也。因此，目前世界上許多國(guó)家。因此，目前世界上許多國(guó)家 都在爭(zhēng)先恐后地研究和開發(fā)都在爭(zhēng)先恐

52、后地研究和開發(fā)。 超導(dǎo)磁懸浮列車因?yàn)槌瑢?dǎo)磁懸浮列車因?yàn)?，只有空氣，只有空?產(chǎn)生的阻力，因此時(shí)速可達(dá)到產(chǎn)生的阻力，因此時(shí)速可達(dá)到650公里，和普通的民航飛機(jī)的速公里，和普通的民航飛機(jī)的速 度差不多。度差不多。 如果將如果將裝在裝在中運(yùn)行，速度可達(dá)每小時(shí)中運(yùn)行，速度可達(dá)每小時(shí) 1600公里，比超音速飛機(jī)還快。但建造這種隧道很難，因而不公里，比超音速飛機(jī)還快。但建造這種隧道很難，因而不 易實(shí)現(xiàn)。易實(shí)現(xiàn)。 我國(guó)在我國(guó)在開始研制磁懸浮列車，并在開始研制磁懸浮列車，并在“八五八五”末期研末期研 制出第一輛制出第一輛，它沒有車輪，依靠磁斥力使車體，它沒有車輪，依靠磁斥力使車體 浮起來浮起來左右，用直線電動(dòng)機(jī)推進(jìn)。左右，用直線電動(dòng)機(jī)推進(jìn)。 這輛磁浮列車是由這輛磁浮列車是由制造的，制造的，、 、等等