高溫超導(dǎo)材料

1、高溫超導(dǎo)材料摘要：簡(jiǎn)要介紹了高溫超導(dǎo)材料及其發(fā)展歷史， 對(duì)超導(dǎo)材料的發(fā)展現(xiàn)狀和用途進(jìn) 行說(shuō)明，對(duì)目前超導(dǎo)材料的主要研制方法進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：超導(dǎo)材料研究進(jìn)展高溫 應(yīng)用一、高溫超導(dǎo)材料的發(fā)展背景及其發(fā)展歷史高溫超導(dǎo)體通常是指在液氮溫度（77 K）以上超導(dǎo)的材料。人們?cè)诔瑢?dǎo)體被 發(fā)現(xiàn)的時(shí)候（1911年），就被其奇特的性質(zhì)（即零電阻，反磁性，和量子隧道效 應(yīng)）所吸引。但在此后長(zhǎng)達(dá)七十五年的時(shí)間內(nèi)所有已發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)體都只是在極低 的溫度（23 K）下才顯示超導(dǎo)，因此它們的應(yīng)用受到了極大的限制。高溫超導(dǎo)材料一般是指臨界溫度在絕對(duì)溫度 77K以上、電阻接近零的超導(dǎo)材 料，通?？梢栽诹畠r(jià)的液氮（77K）制冷

2、環(huán)境中使用，主要分為兩種：億鋼銅氧 （YBCO和鈿鍬鈣銅氧（BSCCO）億鋼銅氧一般用于制備超導(dǎo)薄膜， 應(yīng)用在電子、 通信等領(lǐng)域；鈿鍬鈣銅氧主要用于線材的制造。1911年，荷蘭萊頓大學(xué)的卡末林昂尼斯意外地發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻到-268.98 ° C寸，汞的電阻突然消失；后來(lái)他又發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類(lèi)似 的低溫下失去電阻的特性，由于它的特殊導(dǎo)電性能，卡末林昂尼斯稱之為超導(dǎo) 態(tài)，他也因此獲得了 1913年諾貝爾獎(jiǎng)。1933年，荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體的另一個(gè)極為重要的 性質(zhì)，當(dāng)金屬處在超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，這一超導(dǎo)體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零， 卻把原來(lái)存在 于體內(nèi)的磁場(chǎng)排擠出去。

3、對(duì)單晶錫球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：錫球過(guò)渡到超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，錫 球周?chē)拇艌?chǎng)突然發(fā)生變化，磁力線似乎一下子被排斥到超導(dǎo)體之外去了，人們將這種現(xiàn)象稱之為“邁斯納效應(yīng)”。自卡麥林昂尼斯發(fā)現(xiàn)汞在4.2K附近的超導(dǎo)電性以來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)的新超導(dǎo) 材料幾乎遍布整個(gè)元素周期表，從輕元素硼、鋰到過(guò)渡重金屬鈾系列等。超導(dǎo)材 料的最初研究多集中在元素、合金、過(guò)渡金屬碳化物和氮化物等方面。至 1973 年，發(fā)現(xiàn)了一系列A15型超導(dǎo)體和三元系超導(dǎo)體，如 Nb3Sn> V3Ga Nb3Ge,其中Nb3Ge超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度（Tc）值達(dá)到23.2K。以上超導(dǎo)材料要用液氮做致冷劑才能呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，因而在應(yīng)用上受到很大限制。1986年

4、柏諾茲和繆勒發(fā)現(xiàn)了 35K超導(dǎo)的鋼銅氧體系。這一突破性發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了更高溫度的一系列稀土 鋼銅氧化物超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)。通過(guò)元素替換，1987年初美國(guó)吳茂昆（朱經(jīng)武）等 和我國(guó)物理所趙忠賢等宣布了 90K億鋼銅氧超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，第一次實(shí)現(xiàn)了液氮溫 度（77 K）這個(gè)溫度壁壘的突破。柏諾茲和繆勒也因?yàn)樗麄兊拈_(kāi)創(chuàng)性工作而榮獲 了 1987年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這類(lèi)超導(dǎo)體由于其臨界溫度在液氮溫度（77K）以上，因此通常被稱為高溫 超導(dǎo)體。液氮溫度以上億鋼銅氧超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，使得普通的物理實(shí)驗(yàn)室具備了進(jìn)行超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的條件，因此全球掀起了一股探索新型高溫超導(dǎo)體的熱潮。1987年底，我國(guó)留美學(xué)者盛正直等首先發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)不含

5、稀土的鎧鋼銅氧高溫超導(dǎo)體。 1988年初日本研制成臨界溫度達(dá)110K的鈿鍬鈣銅氧超導(dǎo)體。1988年2月盛正 直等又進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了 125K鎧鋼鈣銅氧超導(dǎo)體。幾年以后（1993年）法國(guó)科學(xué)家 發(fā)現(xiàn)了 135K的汞鋼鈣銅氧超導(dǎo)體高溫超導(dǎo)體的發(fā)展現(xiàn)狀目前，高溫超導(dǎo)材料指的是：億系（92 K）、鈿系（110 K）、鎧系（125 K）和汞 系（135 K）以及2001年1月發(fā)現(xiàn)的新型超導(dǎo)體二硼化鎂（39 K）。其中最有實(shí)用價(jià)值 的是鈿系、億系（YBCO）口二硼化鎂（MgB2）。氧化物高溫超導(dǎo)材料是以銅氧化物 為組分的具有鈣鈦礦層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜物質(zhì)，在正常態(tài)它們都是不良導(dǎo)體。同低溫超導(dǎo)體相比，高溫超導(dǎo)材料具有

6、明顯的各向異性， 在垂直和平行于銅氧結(jié)構(gòu)層方 向上的物理性質(zhì)差別很大。高溫超導(dǎo)體屬于非理想的第II類(lèi)超導(dǎo)體。且具有比低 溫超導(dǎo)體更高的臨界磁場(chǎng)和臨界電流， 因此是更接近于實(shí)用的超導(dǎo)材料。 特別是 在低溫下的性能比傳統(tǒng)超導(dǎo)體高得多。高溫超導(dǎo)材料已進(jìn)入實(shí)用化的研究開(kāi)發(fā)階段，氧化物復(fù)合超導(dǎo)材料的耐用 （robustness） 和穩(wěn)定性已引起材料科學(xué)家的廣泛重視。由于高溫超導(dǎo)薄膜材料較早進(jìn)入電子學(xué)器件的應(yīng)用領(lǐng)域，很多學(xué)者做了薄膜材料與環(huán)境相關(guān)的穩(wěn)定性和 壽命研究工作。浸泡實(shí)驗(yàn)是一種常用的方法：在不同試劑（水、酒精和丙酮等）、 不同氣氛（干氮、濕氮和流動(dòng)氧等）中做周期循環(huán)和熱時(shí)效疲勞試驗(yàn)。研究表明， 超

7、導(dǎo)電性的退化主要來(lái)自于雜相（第二相）及時(shí)效過(guò)程中的析出相。美國(guó)西北大 學(xué)的Mirkin建議把在其它材料中應(yīng)用已十分廣泛的分子單層表面化學(xué)改性（又稱“自裝配，Self assembly ”）引入到高溫超導(dǎo)銅氧化合物中來(lái)。例如用有機(jī)物 對(duì)YBCO1面進(jìn)行分子單層表面改性，以此改善薄膜對(duì)環(huán)境的敏感性。高溫超導(dǎo)帶材以鈿鍬鈣銅氧（BSCCO/2223原為第一代帶材，它以優(yōu)良的可加 工性而得到了廣泛的開(kāi)發(fā)，并在超導(dǎo)強(qiáng)電應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)重要位置。 但鈿系材料的 實(shí)用臨界電流密度較低，并且在77 K的應(yīng)用磁場(chǎng)也很低。相反，YBCO1料在77 K 的超導(dǎo)電性遠(yuǎn)優(yōu)于BSCCO料；然而它的可加工性卻極差，傳統(tǒng)的壓力加工

8、和熱 處理工藝難以做出超導(dǎo)性好的帶材。近年來(lái)隨著材料科學(xué)工藝技術(shù)的發(fā)展,一種在軋制（rolling）金屬基帶上制造YBC超導(dǎo)帶材的工藝溫度開(kāi)爾文忖料種類(lèi)受到極大重視， 并被冠以 “下一代”高溫超導(dǎo)帶材或13SHg12TI3Ba30Ca30Cu45O127銅氧化物超導(dǎo)體“第一代”帶材。有兩種基 本技術(shù)方案：（1）以美國(guó)橡110Bi2Sr2Ca2Cu30iO(BSCCO)樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）為代表的一個(gè)力殺，稱作92¥Ba2Cu3O7(YBC0)軋制雙取向金屬基帶法（RABiTS）。會(huì)上 Spech計(jì)附17液態(tài)氮的沸點(diǎn)了基帶的退火織構(gòu)穩(wěn)定性43SmFeAs(OF)鐵基超導(dǎo)體分析，并

9、在1m長(zhǎng)的取1可金屬 基帶上用激光沉積YBCO卜 延膜。歐洲以德國(guó)、丹麥等為 代表，努力開(kāi)展高溫超導(dǎo)材 料，藝及應(yīng)用研究。丹麥的41CeFeAsfO.F)26LaFeAsfO.F)20液態(tài)氫的沸點(diǎn)18Nt)3Sn金屬低溫超導(dǎo)體10NbTiNKE批量制造鈿系超導(dǎo)帶4.2Hg函材。長(zhǎng)10m 2000 A的超導(dǎo)電力電纜正在研制中，下一步開(kāi)發(fā)三相、50100 m俞電電纜。西門(mén)子公司計(jì)劃到2003年制成20 MVA勺超導(dǎo) 變壓器。用于電子學(xué)方面探傷的RF-SQUI吸衛(wèi)星通訊用高溫超導(dǎo)濾波器也在試制 之中。高溫超導(dǎo)材料的制備工藝為適應(yīng)各種應(yīng)用的要求，高溫超導(dǎo)材料主要有：膜材（薄膜、厚膜）、塊材、線材和帶材

10、等類(lèi)型。1、薄膜高溫超導(dǎo)體薄膜是構(gòu)成高溫超導(dǎo)電子器件的基礎(chǔ)，制備出優(yōu)質(zhì)的高溫超導(dǎo)薄 膜是走向器件應(yīng)用的關(guān)鍵。高溫超導(dǎo)薄膜的制備幾乎都是在單晶襯底（如SrTiO 3 > LaA?；騇gO上進(jìn)行薄膜的氣相沉積或外延生長(zhǎng)的。經(jīng)過(guò)十年的研究， 高溫超導(dǎo)薄膜的制備技術(shù)已趨于成熟，達(dá)到了實(shí)用化水平 （Jc>106 Ac-m：T=77K）。目前，最常用、最有效的兩種鍍膜技術(shù)是：磁控濺射 （MS）和脈 沖激光沉積（PLD）。這兩種方法各有其獨(dú)到之處，磁控濺射法是適合于大面積沉 積的最優(yōu)生長(zhǎng)法之一。脈沖激光沉積法能簡(jiǎn)便地使薄膜的化學(xué)組成與靶的化學(xué)組 成達(dá)到一致，并且能控制薄膜的厚度。2、厚膜高溫超導(dǎo)

11、體厚膜主要用于HTS?屏蔽、微波諧振器、天線等。它與薄膜的區(qū) 別不僅僅是膜的厚度，還有沉積方式上的不同。其主要不同點(diǎn)在以下三個(gè)方面： (1)通常，薄膜的沉積需要使用單晶襯底；(2)沉積出的薄膜相對(duì)于襯底的晶向而 言具有一定的取向度；(3) 一般薄膜的制造需要使用真空技術(shù)。獲得厚膜的方法 有很多：如熱解噴涂和電泳沉積等，而最常用的技術(shù)是絲網(wǎng)印刷和刮漿法， 這兩 種方法在電子工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。3、線材、帶材超導(dǎo)材料在強(qiáng)電上的應(yīng)用，要求高溫超導(dǎo)體必須被加工成包含有超導(dǎo)體和一 種普通金屬的復(fù)合多絲線材或帶材。 但陶瓷高溫超導(dǎo)體本身是很脆的，因此不能 被拉制成細(xì)的線材。在眾多的超導(dǎo)陶瓷線材的制備方

12、法中， 鈿系陶瓷粉體銀套管 軋制法(Ag PIT)是最成熟并且比較理想的方法。 而壓制出鈿系帶材的臨界電流密 度比通過(guò)滾軋技術(shù)制備出帶材的臨界電流密度要高得多。4、塊材最初的氧化物超導(dǎo)體都是用固相法或化學(xué)法制得粉末， 然后用機(jī)械壓塊和燒 結(jié)等通常的粉末冶金工藝獲得塊材，制備方法比較簡(jiǎn)單。但 Tc達(dá)到了一定的高 度，而載流能力Jc太低，則不能滿足應(yīng)用的要求，因此必須要提高其臨界電流密度。經(jīng)過(guò)多年的研究，采用定向凝固技術(shù)制備出的無(wú)大角度晶界的 YBa2Cu3O7 塊材，其Jc值可達(dá)105A m (77 K)。三、高溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用綜合目前超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展情況，超導(dǎo)技術(shù)可以在以下行業(yè)得到應(yīng)用和拓展：

13、1、電力超導(dǎo)技術(shù)與電力技術(shù)的結(jié)合將給電力行業(yè)的發(fā)、 輸、配電帶來(lái)革命性的改變， 電力行業(yè)是超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)最重要的應(yīng)用場(chǎng)所與市場(chǎng)。 超導(dǎo)技術(shù)在電力中的應(yīng)用主要包 括：1)高溫超導(dǎo)電纜現(xiàn)有電纜的擴(kuò)容問(wèn)題一直困擾著城市電力的發(fā)展。 傳統(tǒng)的城市地下輸電電纜 存在著通量小、損耗大、對(duì)土壤和地下水有熱污染及油污染、土建費(fèi)用高等問(wèn)題， 城市電力擴(kuò)容變得越來(lái)越困難。高溫超導(dǎo)電纜具有體積小、造價(jià)低、高節(jié)能、無(wú) 污染等優(yōu)點(diǎn)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，終將替代傳統(tǒng)電纜。高溫超導(dǎo)電纜的大規(guī)模應(yīng)用能夠極大地提高電力輸電系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本。目前國(guó)際上高溫超導(dǎo)電纜的總體發(fā)展趨勢(shì)是研制大容量、低交流損耗、超長(zhǎng)高溫超導(dǎo)

14、電纜。據(jù)專(zhuān)家估計(jì)，高溫超導(dǎo)電纜最有可能率先實(shí)現(xiàn)實(shí)用化和商業(yè) 化。2）超導(dǎo)電機(jī)：電動(dòng)機(jī)是最常用的電氣設(shè)備，但傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)耗電量極大。美國(guó)工業(yè)界專(zhuān)家估計(jì)，1,000馬力以上的工業(yè)用電動(dòng)機(jī)大約要消耗美國(guó)能源的25%。與常規(guī)電機(jī)相比，超導(dǎo)電機(jī)具有節(jié)能性好、體積小、單機(jī)容量大、造價(jià)及運(yùn)營(yíng)成本低、穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。供給同樣的功率，超導(dǎo)電機(jī)的尺寸是常規(guī)電機(jī)的1/3，制造成本可降低40%，電流損耗可減少50%，運(yùn)行成本可降低50%。 美國(guó)能源部估計(jì)，高溫超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)的低損耗每年可減少數(shù)十億美元的運(yùn)行費(fèi)用。在軍事上戰(zhàn)艦應(yīng)用高溫超導(dǎo)電機(jī)，其艦船體積重量更小，空間布置更靈活，推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行更

15、加可靠，效率更高，控制更方便，調(diào)速性能更好，能大大提高隱蔽性，達(dá)到高速安靜運(yùn)行，具有重要的軍事意義。3）超導(dǎo)變壓器：常規(guī)變壓器有許多缺點(diǎn)，如負(fù)載損耗高、重量和尺寸大、過(guò)負(fù)載能力低、沒(méi)有限流能力、油污染及壽命短等。在美國(guó)， 變壓器的總裝機(jī)容量約為總發(fā)電量的3-4 倍，其電力系統(tǒng)的網(wǎng)損約為總發(fā)電量的7.34%，其中25%為變壓器損失。相比較而言，超導(dǎo)變壓器體積小、重量輕、電壓轉(zhuǎn)換能量效率高、火災(zāi)環(huán)境事故機(jī)率低、無(wú)油污染等優(yōu)點(diǎn)，在提高電力系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行性能、降低成本、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境等方面有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。4）超導(dǎo)限流器：限流器（FCL）是一種提高電網(wǎng)穩(wěn)定性的電力設(shè)備。隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)

16、的質(zhì)量要求越來(lái)越高，而傳統(tǒng)的限流器很難在短時(shí)間內(nèi)對(duì)電網(wǎng)的脈沖電流起到限制作用。高溫超導(dǎo)限流器正好禰補(bǔ)了傳統(tǒng)限流器的缺點(diǎn)，其限流時(shí)間可小于百微秒級(jí)，能快速和有效地起到限流作用。超導(dǎo)限流器是利用超導(dǎo)體的超導(dǎo)態(tài)-常態(tài)轉(zhuǎn)變的物理特性來(lái)達(dá)到限流要求，它可同時(shí)集檢測(cè)、觸發(fā)和限流于一身，被認(rèn)為是當(dāng)前最好的而且也是唯一的行之有效的短路故障限流裝置。1989 年以來(lái)，美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、瑞士和日本等都相繼開(kāi)展了高溫超導(dǎo)限流器的研究。當(dāng)前，國(guó)際上適應(yīng)配電系統(tǒng)的高溫超導(dǎo)限流器的技術(shù)性能已經(jīng)接近應(yīng)用的水平，但大體上仍處在示范試驗(yàn)階段。5）超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置超導(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

17、網(wǎng)或其他負(fù)載的一種電力設(shè)施。由于儲(chǔ)能線圈由超導(dǎo)線繞制且維持在超導(dǎo)態(tài)， 線圈中所儲(chǔ)能幾乎無(wú)損耗地永久儲(chǔ)存下去直到需要釋放時(shí)為止。超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置不僅可用于調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的峰谷或解決電網(wǎng)瞬間斷電對(duì)用電設(shè)備的影響，而且可用于降低或消除電網(wǎng)的低頻功率震蕩從而改善電網(wǎng)的電壓和頻率特性，同時(shí)還可用于無(wú)功和功率因數(shù)的調(diào)節(jié)以改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2、醫(yī)療1）核磁共振人體成像儀（MRI ） ：MRI 是通過(guò)探測(cè)人體各個(gè)器官在磁場(chǎng)下感應(yīng)出的不同信號(hào)來(lái)診斷病變的一種設(shè)備。傳統(tǒng)的MRI 采用常規(guī)磁體,磁場(chǎng)小,很難探測(cè)到初期的病變，同時(shí)，其主磁場(chǎng)處于封閉的磁體空洞內(nèi)，掃描時(shí)需將受檢者置于與外界隔絕的狹小空間，易使人產(chǎn)生幽閉恐

18、怖癥，大大影響了該設(shè)備的廣泛應(yīng)用，低溫超導(dǎo)磁體因此被廣泛應(yīng)用于 MRI 中。由于低溫超導(dǎo)的液氦溫度要求，其運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用很高。一些國(guó)家加快了高溫超導(dǎo)MRI 的研究， 1998年， Oxford 磁體技術(shù)公司和西門(mén)子公司合作研制了一個(gè)用于人體MRI 的高溫超導(dǎo)磁體。3、運(yùn)輸1）磁懸浮列車(chē)：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)交通運(yùn)輸?shù)囊笤絹?lái)越高，高速列車(chē)應(yīng)運(yùn)而生。與現(xiàn)有的鐵路、公路、 水路和航空四種傳統(tǒng)運(yùn)輸方式相比，超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)具有高速、安全、噪音低和占地小等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)理想的交通工具。使用 Bi 系高溫超導(dǎo)線材的超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)，懸浮間隙大，速度高，相對(duì)于低溫超導(dǎo)的磁懸浮列車(chē)而言，制冷費(fèi)用低，制冷設(shè)備

19、簡(jiǎn)單。英納公司和清華大學(xué)應(yīng)用超導(dǎo)研究中心合作開(kāi)展高溫超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的研究，目前已取得較大突破，并且已經(jīng)申請(qǐng)了高溫超導(dǎo)磁懸浮專(zhuān)利。4、 IT行業(yè)1）超導(dǎo)計(jì)算機(jī)：高速計(jì)算機(jī)要求集成電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(shí)會(huì)發(fā)生大量的熱，而散熱是超大規(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)模集成電路，其元件間的互連線用接近零電阻和超微發(fā)熱的超導(dǎo)器件來(lái)制作，不存在散熱問(wèn)題，同時(shí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度大大提高。此外，科學(xué)家正研究用半導(dǎo)體和超導(dǎo)體來(lái)制造晶體管，甚至完全用超導(dǎo)體來(lái)制作晶體管。2）超導(dǎo)開(kāi)關(guān)：超導(dǎo)開(kāi)關(guān)可以分為電阻開(kāi)關(guān)和電感開(kāi)關(guān)。電阻開(kāi)關(guān)是利用超導(dǎo)體以下性能：若改變磁場(chǎng)、電流和溫度

20、三個(gè)參量的任一個(gè)，就可以使它從零電阻態(tài)轉(zhuǎn)變到有阻狀態(tài)。 例如， 用冷子管作開(kāi)關(guān)，就是利用一個(gè)完全超導(dǎo)的控制元件所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，通過(guò)使門(mén)元件發(fā)生超導(dǎo)- - -正常轉(zhuǎn)變來(lái)控制門(mén)元件的電阻而制成。這種開(kāi)關(guān)的低電阻態(tài)為零，高電阻態(tài)典型的是毫歐姆數(shù)量級(jí)，所以，開(kāi)關(guān)比是無(wú)限大。電感開(kāi)關(guān)的原理是：不是像線圈、線等電路元件的電感，可用來(lái)將靠近它的超導(dǎo)體作正常態(tài)和超導(dǎo)態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，或移動(dòng)電路元件附近的超導(dǎo)表面，使它發(fā)生相同轉(zhuǎn)變，制成開(kāi)關(guān)。由于超導(dǎo)體的特殊性能，超導(dǎo)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)速度可達(dá)納秒。5、超導(dǎo)磁分離裝置：磁分離器在物質(zhì)的提純、分離方面具有舉足輕重的作用。傳統(tǒng)的磁分離器由于很難產(chǎn)生高磁場(chǎng)，其應(yīng)用受到了很大的限制。

21、高溫超導(dǎo)線材具有比銅線高100倍的通流能力,用它制成的磁分離器很容易得到高磁場(chǎng)強(qiáng)度和高磁場(chǎng)梯度,解決了許多用傳統(tǒng)磁分離器分離不了物質(zhì)的分離問(wèn)題，并且能節(jié)約大量能源，與傳統(tǒng)磁分離器相比，節(jié)能效率提高90%。我國(guó)高嶺土儲(chǔ)量占世界的70%，高溫超導(dǎo)磁分離器的發(fā)展將給我國(guó)高嶺土工業(yè)帶來(lái)突破性發(fā)展。同時(shí)， 高溫超導(dǎo)磁分離器能大大提高一次污水處理能力，將給環(huán)保工業(yè)帶來(lái)一場(chǎng)革命。綜合以上分析可以看出，超導(dǎo)線材作為一種新型材料，將廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)、軍事技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生和各種高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，其前景有可能如當(dāng)年的晶體管取代電子管一樣，世界將勢(shì)必迎來(lái)一個(gè)嶄新的超導(dǎo)時(shí)代。高溫超導(dǎo)線材及其應(yīng)用產(chǎn)品有著廣闊的市場(chǎng)

22、前景。四、 目前超導(dǎo)材料研究面臨的問(wèn)題超導(dǎo)材料有著廣闊的應(yīng)用前景，但要用超導(dǎo)材料來(lái)改進(jìn)現(xiàn)有的科技工程又決非易事。 科學(xué)家和工程師們所遇到的困難是如何使超導(dǎo)材料實(shí)用化，即提高臨界轉(zhuǎn)變溫度、臨界電流密度和改良其加工性能，制造出理想的超導(dǎo)材料。目前面臨的主要問(wèn)題如下：1、提高臨界電流密度目前， 高溫超導(dǎo)材料的最突出的問(wèn)題是在外加磁場(chǎng)下，臨界電流密度偏低。超導(dǎo)薄膜，一般是在弱磁場(chǎng)中工作，Jc值（10 6A/era ）基本可滿足電子器件的 要求。但體材和線（帶）材的Jc值還遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)用化所要求的水平，特別是在有外加磁場(chǎng)時(shí)，Jc急劇下降?？茖W(xué)家對(duì)影響Jc的原因和解決辦法進(jìn)行了大量研究。 許多科學(xué)家都認(rèn)為，

23、影響Jc的主要原因是：（1）晶界間的弱連結(jié)；（2）晶粒中的 磁力線運(yùn)動(dòng).1）弱連結(jié)造成弱連結(jié)的原因及弱連結(jié)的性質(zhì)尚不十分清楚。一般認(rèn)為是由于生成的晶體結(jié)構(gòu)不佳、在晶界處存在位錯(cuò)、晶界處化學(xué)成份的改變及結(jié)晶的細(xì)微裂紋等原因使通道上的電流受阻。解決的方法是使結(jié)晶沿 ab導(dǎo)電層（CuO層）的方向擇優(yōu)生長(zhǎng)， 采用長(zhǎng)時(shí)問(wèn)退火、熔融織構(gòu)法或定向凝固法等制備大平行板式結(jié)晶。這種排成直線的多晶消除了在電流方向上的弱連結(jié)，解決了各向異性的問(wèn)題2）磁力線運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)磁通釘扎力可解決磁力線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，有效的磁通釘扎需要有足夠的釘扎中心, 其尺寸要與超導(dǎo)相干長(zhǎng)度相匹配。增強(qiáng)磁通釘扎力的方法有中子輻照、相分解、引入

24、彌散相、化學(xué)摻雜等，其作用都是引入釘扎中心。實(shí)驗(yàn)證 明，中子或質(zhì)子輻照后，Jc可提高幾十倍到近百倍實(shí)際上，很難把弱連接和磁通蠕 動(dòng)完壘割裂開(kāi)來(lái)， 對(duì)于超導(dǎo)實(shí)用化來(lái)說(shuō)， 都是迫切需要解決的問(wèn)題。2、制備長(zhǎng)線材在實(shí)際應(yīng)用中，超導(dǎo)線材占有很大比重，困此，制備性能滿足要求的高溫超 導(dǎo)線（帶）材是重點(diǎn)研究課題之。陶瓷超導(dǎo)物質(zhì)的脆性是其固有的特性，但也不是不可克服的?，F(xiàn)在常用辦法 是將高溫超導(dǎo)粉末裝入有廷性的金屬套管中，然后進(jìn)行多道次拉拔。一般可采用 銅或銀包套，阻銀包套為最佳。因?yàn)楦邷爻瑢?dǎo)化合物對(duì)氧含最十分敏感，在氧氣 氛下拉拔，氧氣要通過(guò)金屬包套滲透到高溫超導(dǎo)化合物內(nèi)部。銀的透氣性較好， 又有好的延展性，所現(xiàn)在多使用銀套管（或稱銀鞘球）為了增加韌性，也可以往超 導(dǎo)粉末中摻人一定量的金屬粉末（如銀粉）。有許多方法可制各線材，如溶膠一凝 膠法、紡絲法、芯線滌布法、真空鍍膜法、濺射法、化學(xué)氣相沉積法等等。所有 方法制得的線l材長(zhǎng)度都達(dá)不到實(shí)用化的水平。隨著長(zhǎng)度的增加，高溫超導(dǎo)的Jc降低。同時(shí)應(yīng)該看到，線材的長(zhǎng)度不是孤立的 問(wèn)題，它與高溫超導(dǎo)材料的合成、加工、連接等多種因素密切相關(guān)。3、經(jīng)濟(jì)效益高溫超導(dǎo)材料研究剛剛起步，經(jīng)濟(jì)效益尚未提到議事日程， 而對(duì)于實(shí)用化來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)效益是必須考慮的問(wèn)題 近兩年超導(dǎo)材料的制備成本已顯著下降，例 如，億系超導(dǎo)薄膜1989年的售價(jià)是1000300或元/片,現(xiàn)在降