超導材料及其應用ppt課件

1、08級應用物理 超導材料 超導應用汞在液氦附近電阻變化行為 自1911年以后，又發(fā)現(xiàn)了23種純金屬也具有超導性。包 括水銀在內(nèi)，24種純金屬超導材料的臨界溫度范圍為0.19.13K，最高溫度9.13K的是鈮元素。 1952年，發(fā)現(xiàn)了臨界溫度為17K的硅化釩，不久又發(fā)現(xiàn)了臨界溫度為18K的鈮錫合金，這在當時是最高的臨界溫度，以后又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了若干鈮系列合金超導體。 1973 年，科學家發(fā)現(xiàn)了鈮鍺合金，其臨界溫度為23.2K，該紀錄保持了13年。 1986 年，IBM公司的研究人員米勒和貝德諾爾茨發(fā)現(xiàn)了一種銅氧化物具有35K 的高溫超導性，突破了傳統(tǒng)“氧化物陶瓷是絕緣體的觀念，更重要的是改變了從金屬

2、和合金中尋找超導材料的傳統(tǒng)思路 。 1986 年底，美國貝爾實驗室研究的氧化物超導材料，其臨界超導溫度達到40K，液氫的“溫度壁壘被跨越。1987年，中國科學家趙忠賢在釔-鋇-銅-氧系材料上把臨界超導溫度提高到90K以上，液氮的禁區(qū)77K也被突破了，這使超導轉(zhuǎn)變溫度高于液氮的氣化溫度 ，使資源豐富、價格低廉的液氮作為超導體工作的冷卻劑成為可能。人們將這類銅基氧化物超導體叫做高溫超導體。為了與這類新發(fā)現(xiàn)的高溫超導體相區(qū)別，人們把在此以前發(fā)現(xiàn)的超導體稱為低溫超導體。1987年底，鉈-鋇-鈣-銅-氧系材料又把臨界超導溫度的紀錄提高到125K。1993年，人們發(fā)現(xiàn)了超導臨界轉(zhuǎn)變溫度為133K的汞-鋇-

3、鈣-銅-氧系材料。2.2 鉍系高溫超導體(BSCCO) 這是僅次于釔系研究得頗為透徹的高溫超導體。1988年初日本人用便宜的Bi2O3 代替稀土，用鍶、鈣代替鋇在BSCCO系中發(fā)現(xiàn)了新的高溫超導相。以后,美、日都宣布發(fā)現(xiàn)了Tc=110的超導體，經(jīng)研究BSCCO共有Bi2Sr2CaCu2O8(Bi2212) 和(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3O10(Bi2223) 兩個高溫超導相,前者的Tc約80,后者為110。BSCCO 粉具有極好的燒結(jié)特性和超導性能，目前已商品化生產(chǎn)用于制造和開發(fā)鉍系線材。2.3 鉈系高溫超導體(TBCCO) 鉈系高溫超導體是繼釔系、鉍系之后于1988年發(fā)現(xiàn)的第三種高溫超

4、導體。目前已合成出Tl 1212、Tl 1223、Tl 2212 和Tl 2223 四種超導相的粉末。近年來對TBCCO的研究表明,用它們有望獲得高Tc 的薄膜、多晶、厚膜和帶材。2.4其它超導體 如汞系、鑭系、Nb3Sn系及其它。NbTi超導棒材NbTi/Cu多芯復合線NbTi/Cu多芯復合線釔鋇銅氧化物（釔鋇銅氧化物（ YBa2Cu3O7-x ) 超導體超導體 -Robert F. Serverce.Science,295,786(2019). -Robert F. Serverce.Science,295,786(2019). 二硼化鎂超導材料二硼化鎂超導材料超導發(fā)電機，擁有兩萬千瓦的功

5、率超導發(fā)電機，擁有兩萬千瓦的功率1.2 超導電機 超導電機包括發(fā)電機和電動機。由于采用了超導繞組，與常規(guī)電機相比，能夠承載更大的電流從而產(chǎn)生更強的磁場，所以在與常規(guī)電機功率相同的情況下，其體積和重量可以減小到常規(guī)電機的1/5 左右。超導懸浮列車 由于超導體具有完全抗磁性,在車廂底部裝備的超導線圈,路軌上沿途安放金屬環(huán),就構(gòu)成懸浮列車。當列車啟動時,由于金屬環(huán)切割磁力線,將產(chǎn)生與超導磁場方向相反的感生磁場。根據(jù)同性相斥原理,列車受到向上推力而懸浮。超導懸浮列車具有許多的優(yōu)點:由于它是懸浮于軌道上行駛,導軌與機車間不存在任何實際接觸,沒有摩擦,時速可達幾百公里；磁懸浮列車可靠性大,維修簡便,成本低

6、,能源消耗僅是汽車的一半、飛機的四分之一；噪聲小,時速達300 公里/ 小時,噪聲只有65 分貝;以電為動力,沿線不排放廢氣,無污染,是一種綠色的交通工具。超導變壓器 使用超導繞組制成的超導變壓器可以大大地減小變壓器的體積和重量，并杜絕了傳統(tǒng)變壓器可能造成的油污染。由于超導繞組具有較低的損耗，所以運行時也可減少能量損失。 超導儲能裝置 超導儲能裝置是利用超導線圈將電磁能直接儲存起來，需要時再將電磁能返回電網(wǎng)或其它負載的一種電力設施。由于儲能線圈由超導線繞制且維持在超導態(tài)，線圈中所儲存的能量幾乎可以無損耗地永久儲存下去直到需要釋放時為止。超導儲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

7、對用電設備的影響，而且可用于降低甚至消除電網(wǎng)的低頻功率振蕩從而改善電網(wǎng)的電壓和頻率特性，同時還可用于無功和功率因數(shù)的調(diào)節(jié)以改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。超導在加速器上的應用超導在加速器上的應用不僅在過去的幾十年不斷有以超導不僅在過去的幾十年不斷有以超導磁體為核心技術的超導加速器在建磁體為核心技術的超導加速器在建造造, 未來的加速器方案中仍將主要未來的加速器方案中仍將主要采用超導技術方案采用超導技術方案, 超導技術在大超導技術在大型粒子加速器建造中的核心地位仍型粒子加速器建造中的核心地位仍沒有動搖。迄今為止液氦冷卻的鈮沒有動搖。迄今為止液氦冷卻的鈮及其合金仍是最好的選擇及其合金仍是最好的選擇, 但是基但是基于鈮合金的超導磁體和基于高純鈮于鈮合金的超導磁體和基于高純鈮的超導腔性能都已逼近其極限水平的超導腔性能都已逼近其極限水平, 因此因此, 人們對于高溫超導材料以及人們對于高溫超導材料以及最新發(fā)現(xiàn)的最新發(fā)現(xiàn)的MgB