超導(dǎo)及超導(dǎo)應(yīng)用

1、超導(dǎo)及超導(dǎo)應(yīng)用第1頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三超導(dǎo)研究獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)情況1913年 H.K.昂尼斯(荷蘭) 在低溫下研究物 質(zhì)的性質(zhì)并制成液態(tài)氦1972年 J.巴丁(美) L.N.庫(kù)珀(美) J.R.斯 萊弗(美) 提出所謂BCS理論的超導(dǎo) 性理論 1973年 B.D.約瑟夫森(英) 關(guān)于固體中隧道現(xiàn) 象的發(fā)現(xiàn),從理論上預(yù)言了超導(dǎo)電流能 夠通過(guò)隧道阻擋層(即約瑟夫森效應(yīng))1987年 J.G.柏諾茲(美) K.A.穆勒(美) 發(fā)現(xiàn) 新的超導(dǎo)材料第2頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三目 錄 一、超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)二、三個(gè)重要的物理參數(shù) 三、超導(dǎo)體

2、的物理特性四、超導(dǎo)的微觀機(jī)制(BCS理論)五、超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用六、高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)七、超導(dǎo)材料八、結(jié)束語(yǔ)第3頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三 1908年，荷蘭物理學(xué)家昂納斯首次成功地把稱為“永久氣體”的氦液化，因而獲得4.2K 的低溫源，為超導(dǎo)發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)備了條件。三年后即1911年，在測(cè)試純金屬電阻率的低溫特性時(shí)，昂納斯又發(fā)現(xiàn)，汞的直流電阻在4.2K時(shí)突然消失，多次精密測(cè)量表明，汞柱兩端壓降為零，他認(rèn)為這時(shí)汞進(jìn)入了一種以零阻值為特征的新物態(tài)，并稱為“超導(dǎo)態(tài)”。昂納斯在1911年12月28日宣布了這一發(fā)現(xiàn)。但此時(shí)他還沒(méi)有看出這一現(xiàn)象的普遍意義，僅僅當(dāng)成是有關(guān)水銀的特殊現(xiàn)象。一

3、、超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)第4頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三荷蘭物理學(xué)家昂納斯(Heike Kamerlingh Onnes) 卡末林昂尼斯(Kamerlingh Onnes)低溫物理學(xué)家1853年9月21日生于荷蘭的格羅寧根，1926年2月21日卒于荷蘭的萊頓因制成液氦和發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象象1913年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)第5頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三金屬Hg電阻隨溫度變化規(guī)律 如圖所示 橫坐標(biāo)表示溫度，縱坐標(biāo)表示在該溫度下汞的電阻與0時(shí)汞的電阻之比：R/R0 R0 ： T=273K的電阻第6頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三超導(dǎo)體的

4、分類 根據(jù)超導(dǎo)體界面能的正負(fù)，我們可以將超導(dǎo)體分為第一類超導(dǎo)體和第二類超導(dǎo)體。大多數(shù)純超導(dǎo)金屬元素的界面能為正，稱為第一類超導(dǎo)體。對(duì)于許多超導(dǎo)合金和少數(shù)幾種純超導(dǎo)金屬元素來(lái)說(shuō)，其界面能為負(fù)，稱為第二類超導(dǎo)體?，F(xiàn)在主要研究的是第二類超導(dǎo)體。在第二類超導(dǎo)體中，又可以根據(jù)由于磁通流動(dòng)而產(chǎn)生電阻（流阻）將其進(jìn)行分類。 第7頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三超導(dǎo)體的分類 在常壓下具有超導(dǎo)電性的元素金屬有32種（如圖元素周期表中青色方框所示）,而在高壓下或制成薄膜狀時(shí)具有超導(dǎo)電性的元素金屬有14種（如圖元素周期表中綠色方框所示） 第8頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24

5、分，星期三第I類超導(dǎo)體 第I類超導(dǎo)體主要包括一些在常溫下具有良好導(dǎo)電性的純金屬，如鋁、鋅、鎵、鎘、錫、銦等，該類超導(dǎo)體的溶點(diǎn)較低、質(zhì)地較軟，亦被稱作“軟超導(dǎo)體”。其特征是由正常態(tài)過(guò)渡到超導(dǎo)態(tài)時(shí)沒(méi)有中間態(tài)，并且具有完全抗磁性。第I類超導(dǎo)體由于其臨界電流密度和臨界磁場(chǎng)較低，因而沒(méi)有很好的實(shí)用價(jià)值。 第9頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三第II類超導(dǎo)體(1)第II類超導(dǎo)體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)時(shí)有一個(gè)中間態(tài) (2)第II類超導(dǎo)體的混合態(tài)中有磁通線存在，而第I類超導(dǎo)體沒(méi)有 (3)第II類超導(dǎo)體比第I類超導(dǎo)體有更高的臨界磁場(chǎng)、更大的臨界電流密度和更高的臨界溫度 第10頁(yè)，共51頁(yè)，

6、2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三第II類超導(dǎo)體分類 第II類超導(dǎo)體根據(jù)其是否具有磁通釘扎中心而分為理想第II類超導(dǎo)體和非理想第II類超導(dǎo)體 第11頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三二、三個(gè)重要的物理參數(shù) 實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)必須具備一定的條件，如溫度 、磁場(chǎng)、電流都必須足夠的低。超導(dǎo)態(tài)的三大臨界條件：臨界溫度、臨界電流和臨界磁場(chǎng)，三者密切相關(guān)，相互制約。 第12頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三三個(gè)重要的物理參數(shù) 臨界溫度(Tc): 超導(dǎo)體電阻突然變?yōu)榱愕臏囟扰R界電流 (Ic) : 超導(dǎo)體無(wú)阻載流的能力是有限的，當(dāng)通過(guò)超導(dǎo)體中的電流達(dá)到某一特定值

7、時(shí)，又會(huì)重新出現(xiàn)電阻，使其產(chǎn)生這一相變的電流稱為臨界電流 臨界磁場(chǎng)(Hc): 逐漸增大磁場(chǎng)到達(dá)一定值后，超導(dǎo)體會(huì)從超導(dǎo)態(tài)變?yōu)檎B(tài)，把破壞超導(dǎo)電性所需的最小磁場(chǎng) 第13頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三臨界溫度(Tc)第14頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三 逐漸增大磁場(chǎng)到達(dá)一定值后，超導(dǎo)體會(huì)從超導(dǎo)態(tài)變?yōu)檎B(tài)，把破壞超導(dǎo)電性所需的最小磁場(chǎng)稱為臨界磁場(chǎng)，記為Hc。有經(jīng)驗(yàn)公式： Hc(T)=Hc(0)(1-T2/Tc2)正常態(tài)HHc(0)TcT超導(dǎo)態(tài)臨界磁場(chǎng)第15頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三 超導(dǎo)體無(wú)阻載流的能力也是有

8、限的，當(dāng)通過(guò)超導(dǎo)體中的電流達(dá)到某一特定值時(shí)，又會(huì)重新出現(xiàn)電阻，使其產(chǎn)生這一相變的電流稱為臨界電流，記為Ic。目前，常用電場(chǎng)描述Ic(V) ，即當(dāng)每厘米樣品長(zhǎng)度上出現(xiàn)電壓為1V時(shí)所輸送的電流。Ic(V)IV失超臨界電流第16頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三三、超導(dǎo)體的物理特性 (1)零電阻現(xiàn)象(Zero Resistance) TTc在超導(dǎo)環(huán)上加磁場(chǎng) (b) TTc圓環(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài) (c) 突然撤去外電場(chǎng)，超導(dǎo)環(huán)中產(chǎn)生持續(xù)電流 第17頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三 (2)邁斯納效應(yīng) 邁斯納效應(yīng)又叫完全抗磁性，1933年邁斯納發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)體一旦進(jìn)

9、入超導(dǎo)狀態(tài)，體內(nèi)的磁通量將全部被排出體外，磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為零，且不論對(duì)導(dǎo)體是先降溫后加磁場(chǎng)，還是先加磁場(chǎng)后降溫，只要進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，超導(dǎo)體就把全部磁通量排出體外。NNS降溫降溫加場(chǎng)加場(chǎng)S注：S表示超導(dǎo)態(tài)N表示正常態(tài)超導(dǎo)體的物理特性2第18頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三 在錫盤上放一條永久磁鐵，當(dāng)溫度低于錫的轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，小磁鐵會(huì)離開錫盤飄然升起，升至一定距離后，便懸空不動(dòng)了，這是由于磁鐵的磁力線不能穿過(guò)超導(dǎo)體，在錫盤感應(yīng)出持續(xù)電流的磁場(chǎng)，與磁鐵之間產(chǎn)生了排斥力，磁體越遠(yuǎn)離錫盤，斥力越小，當(dāng)斥力減弱到與磁鐵的重力相平衡時(shí)，就懸浮不動(dòng)了。觀察邁納斯效應(yīng)的磁懸浮試驗(yàn)第19頁(yè)，共

10、51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三德國(guó)物理學(xué)家邁納斯第20頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三超導(dǎo)體的物理特性(3)二級(jí)相變效應(yīng) 1932年，荷蘭學(xué)者Keesom和Kok發(fā)現(xiàn)，在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的臨界溫度TC處，比熱出現(xiàn)了突變。Keesom-Kok實(shí)驗(yàn)表明，在超導(dǎo)態(tài)，電子對(duì)比熱的貢獻(xiàn)約為正常態(tài)的3倍。 如果發(fā)生相變時(shí)，體積不變化，也無(wú)相變潛熱，而比熱、膨脹系數(shù)等物理量卻發(fā)生變化，則稱這種相變?yōu)槎?jí)相變。正常導(dǎo)體向超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變是一個(gè)二級(jí)相變。第21頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三超導(dǎo)體的物理特性(4)同位素效應(yīng) 同位素效應(yīng)指出超導(dǎo)體的臨界

11、溫度隨同位素質(zhì)量而變化。 同位素效應(yīng)揭示出超導(dǎo)電性與電子和晶格的振動(dòng)有關(guān) 第22頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三超導(dǎo)體的物理特性(5)單電子隧道效應(yīng) 當(dāng)一個(gè)電子在勢(shì)壘中運(yùn)動(dòng)時(shí)，電子可以借助真空，從真空吸收一個(gè)虛光子，使自己的能量增大而越過(guò)勢(shì)壘，電子一旦越過(guò)勢(shì)壘，便將虛光子送還給真空。同時(shí)，電子的能量也返回到原來(lái)的值,量子理論稱它為隧道效應(yīng)。 第23頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三超導(dǎo)體的物理特性(6) 約瑟夫森效應(yīng)（雙電子隧道效應(yīng)） 1962年，約瑟夫森（Josephson）提出，應(yīng)有電子對(duì)通過(guò)超導(dǎo)-絕緣層-超導(dǎo)隧道元件，即一對(duì)對(duì)電子成伴地從

12、勢(shì)壘中貫穿過(guò)去。電子對(duì)穿過(guò)勢(shì)壘可以在零電壓下進(jìn)行，所以約瑟夫森效應(yīng)與單電子隧道效應(yīng)不同，可用實(shí)驗(yàn)對(duì)它們加以鑒別。零電壓下的約瑟夫森效應(yīng)又稱直流約瑟夫森效應(yīng)。此外還有交流約瑟夫森效應(yīng)。它們具有共同的特點(diǎn)，都是雙電子隧道效應(yīng)。 第24頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三四、超導(dǎo)的微觀機(jī)制(BCS理論) 1957 年在伊利諾大學(xué)的 B. D. Bardeen(巴丁)、L. N. Cooper(庫(kù)柏) 及 J. R. Schrieffer(施里弗) 為了正確解釋超導(dǎo)現(xiàn)象，發(fā)表了著名且完整的超導(dǎo)微觀理論（量子理論），稱為 BCS 理論。BCS理論是由美國(guó)物理學(xué)家巴丁、庫(kù)珀和施里弗于

13、1957年首先提出的，并以三位科學(xué)家姓名第一個(gè)大寫字母命名這一理論 第25頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三巴丁、庫(kù)柏、施里弗 巴丁、庫(kù)柏、施里弗獲得了1972年諾貝爾物理獎(jiǎng) 第26頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三BCS理論的三個(gè)觀點(diǎn)1.在一定溫度下，金屬中參與導(dǎo)電的電子結(jié)成庫(kù)珀對(duì)，這是一個(gè)相變過(guò)程；2.庫(kù)珀對(duì)電子凝聚在費(fèi)密面附近；3.費(fèi)密面以上將出現(xiàn)一個(gè)寬度為的能隙。 第27頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三五、超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用 （1）在電力工程方面的應(yīng)用 圖1 超導(dǎo)導(dǎo)線(含2120根微米直徑之鈮鈦合金纖維) 超導(dǎo)輸電在

14、原則上可以做到?jīng)]有焦耳熱的損耗，因而可節(jié)省大量能源；用超導(dǎo)線圈儲(chǔ)存能量在軍事上有重大應(yīng)用，超導(dǎo)線圈用于發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)可以大大提高工作效率、降低損耗，從而導(dǎo)致電工領(lǐng)域的重大變革.第28頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三超導(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。其中超導(dǎo)線圈是超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置的核心部件，它可以是一個(gè)螺旋管線圈或是環(huán)形線圈 第29頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三超導(dǎo)發(fā)電機(jī) 在電力領(lǐng)域，利用超導(dǎo)線圈磁體可

15、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，并且?guī)缀鯖](méi)有能量損失，這種發(fā)電機(jī)便是交流超導(dǎo)發(fā)電機(jī)。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 第30頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三超導(dǎo)限流器 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。超導(dǎo)限流器集檢測(cè)、觸發(fā)和限流于一體，反應(yīng)速度快，正常運(yùn)行時(shí)的損耗很低，能自動(dòng)復(fù)位，克服了常規(guī)熔斷器只能使用一次的缺點(diǎn) 。第31頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三日本超

16、導(dǎo)磁懸浮列車MAGLEV 高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn)車“世紀(jì)號(hào)” （2）超導(dǎo)技術(shù)在交通運(yùn)輸方面的應(yīng)用第32頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三（3）超導(dǎo)技術(shù)在電子工程方面的應(yīng)用 用超導(dǎo)技術(shù)制成各種儀器，具有靈敏度高、噪聲低、反應(yīng)快、損耗小等特點(diǎn)，如用超導(dǎo)量子干涉儀可確定地?zé)?、石油、各種礦藏的位置和儲(chǔ)量，并可用于地震預(yù)報(bào) 圖8 超導(dǎo)量子干涉儀 第33頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三超導(dǎo)數(shù)字電路 超導(dǎo)數(shù)字電路利用約瑟夫森結(jié)在零電壓態(tài)和能隙電壓態(tài)之間的快速轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)二元信息。應(yīng)用約瑟夫森效應(yīng)的器件可以制成開關(guān)元件，其開關(guān)速度可達(dá)10-11秒左右的數(shù)量級(jí)，比半導(dǎo)

17、體集成電路快100倍，但功耗卻要低1000倍左右，為制造亞納秒電子計(jì)算機(jī)提供了一個(gè)途徑第34頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三（4）超導(dǎo)技術(shù)在生物醫(yī)療方面的應(yīng)用 核磁共振斷層掃描儀其原理乃是利用核磁共振原理，觀察體內(nèi)某一種原子核的變化分布(主要是氫原子)，將結(jié)果顯像為人體斷層掃描圖，以觀察身體中病灶組織的變化。圖9 核磁共振斷層掃描儀與人體斷層掃描圖 第35頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三（5）超導(dǎo)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用(a)超導(dǎo)粒子束武器和自由電子激光器 (b)超導(dǎo)電磁炮(c)超導(dǎo)電磁推進(jìn)系統(tǒng)和超導(dǎo)陀螺儀 超導(dǎo)技術(shù)在軍事工業(yè)中也可以發(fā)揮其特有的作

18、用，超導(dǎo)掃雷具就是其中之一。超導(dǎo)掃雷具的工作原理是：超導(dǎo)掃雷具模擬艦船磁場(chǎng)特性，采用兩根大電流電纜在海水中形成電極，并與海水組成閉合電路產(chǎn)生磁場(chǎng)，或者在船上安裝一個(gè)電磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而得以將磁水雷引爆 第36頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三(6)科學(xué)工程和實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用科學(xué)工程和實(shí)驗(yàn)室是超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要方面，它包括高能加速器、核聚變裝置等。高能加速器用來(lái)加速粒子產(chǎn)生人工核反應(yīng)以研究物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是基本粒子物理學(xué)研究的主要裝備。核聚變裝置是人們長(zhǎng)期以來(lái)夢(mèng)想解決能源問(wèn)題的一個(gè)重要方向，其途徑是將氘和氚加熱后，使原子和彌散的電子成為一種等離子狀態(tài)，并且在將這種高溫等離子體

19、約束在適當(dāng)空間內(nèi)的條件下，原子核就能夠越過(guò)電子的排斥而互相碰撞產(chǎn)生核聚變反應(yīng)。在這些應(yīng)用中，超導(dǎo)磁體是高能加速器和核聚變裝置不可缺少的關(guān)鍵部件。 第37頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三(7) 農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用農(nóng)作物種子由于其富含蛋白質(zhì)和有機(jī)酶，在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，能夠影響種子的萌發(fā)、苗期生長(zhǎng)、作物產(chǎn)量和品質(zhì)、遺傳特性等 一般而言，磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)作用時(shí)間對(duì)農(nóng)作物種子的影響比較大，其作用機(jī)制是：磁場(chǎng)基因酶代謝結(jié)構(gòu)與功能。實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)作用的農(nóng)作物種子，其最終產(chǎn)量將能夠提高5-10%。 第38頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三六、高溫超導(dǎo)體的

20、發(fā)現(xiàn)(1)高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn) 自1911年出現(xiàn)第一個(gè)超導(dǎo)體水銀到1973年出現(xiàn)合金超導(dǎo)體鍺三鈮，前后的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)62年，但臨界溫度TC總共只提高了20K左右，平均每年增長(zhǎng)1/3（K）；1964年開始在金屬氧化物中尋找超導(dǎo)材料，到1975年，臨界溫度只達(dá)到13K，遠(yuǎn)不及鍺三鈮。后來(lái)美國(guó)Bell貝爾實(shí)驗(yàn)室一個(gè)叫William.L.Mcmilam（威廉.L. 麥克米蘭）的人提出：金屬超導(dǎo)臨界溫度上限值為30（K），這一斷言使一部分科學(xué)家對(duì)金屬材料失去信心。 1980年后有人開始轉(zhuǎn)向在有機(jī)材料中發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體，美國(guó)霍普金斯研究小組首先合成一種有機(jī)材料（TMTSF）2 X，它在TC =1時(shí)成為超導(dǎo)體。此后短短5

21、年中，有機(jī)超導(dǎo)材料臨界溫度提高到8（K）。盡管有機(jī)超導(dǎo)體的臨界溫度有待大幅度地提高，但有機(jī)材料易加工成型，易于人工合成，價(jià)格便宜，重量輕，故仍具有不可抗拒的誘惑力。 第39頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn) 1986年4月，正當(dāng)提高金屬、合金有機(jī)材料的臨界溫度都遇到困難的時(shí)候，瑞士學(xué)者繆勒和西德學(xué)者柏努茲發(fā)現(xiàn)多相氧化物或稱為陶瓷材料超導(dǎo)，激起人們對(duì)新陶瓷材料的高度熱情，在不到一年時(shí)間內(nèi)，中國(guó)、日本，美國(guó)等競(jìng)相努力，使陶瓷超導(dǎo)體的臨界溫度提高到300K以上。 1987年初，中國(guó)的趙忠賢獲得SrLaCuO的超導(dǎo)臨界溫度為48.6K，短短數(shù)月內(nèi)就又提高至近30

22、0K，平均每月增長(zhǎng)50K！出現(xiàn)了超導(dǎo)史上空前振奮人心的局面。 第40頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三著名高溫超導(dǎo)物理學(xué)家第41頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三(1)高Tc超導(dǎo)體的主要性質(zhì) 1.晶體結(jié)構(gòu)有強(qiáng)低維特點(diǎn)，3個(gè)晶格常數(shù)相差34倍；2.輸運(yùn)系數(shù)具有很大的各向異性；3.磁場(chǎng)穿透深度較大；4.相干長(zhǎng)度較短或者庫(kù)珀對(duì)的空間局域性較強(qiáng)；5.載流子濃度較低，且為空穴型導(dǎo)電；6.隧道實(shí)驗(yàn)表明電子對(duì)存在；7.邁斯納效應(yīng)不完全；8.同位素效應(yīng)弱甚至無(wú)。 第42頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三(1)必須在一個(gè)確定的溫度實(shí)現(xiàn)零電阻

23、轉(zhuǎn)變；(2)在零電阻轉(zhuǎn)變溫度的附近必須觀察到完全抗磁性（邁斯納效應(yīng)）；(3)這一現(xiàn)象必須具有一定的穩(wěn)定性和再現(xiàn)性；(4)這一現(xiàn)象必須為其它實(shí)驗(yàn)室所重復(fù)和驗(yàn)證。 (2)高溫超導(dǎo)體的四項(xiàng)判斷準(zhǔn)則第43頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三(3)高溫超導(dǎo)理論研究現(xiàn)狀1.BCS理論 2.共振價(jià)鍵理論（RVB） 3.雙極化子機(jī)制 4.激子機(jī)制 5.等離子體機(jī)制 6.雜質(zhì)躍遷 盡管如此，也還是沒(méi)有一種理論能得到大家的一致公認(rèn)。誰(shuí)能最后揭開高TC超導(dǎo)之謎，誰(shuí)就將是科學(xué)王國(guó)中的佼佼者 第44頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三(4)高溫超導(dǎo)陶瓷的制作工藝 (1)干法(

24、2)濕法 (3)電子束蒸發(fā) 此外，還有直流磁控濺射和單晶生成等工藝。第45頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)24分，星期三 目前，第一代超導(dǎo)線材鉍氧化物線材已達(dá)到商業(yè)化水平。東京電力公司試制成功長(zhǎng)100米、3相、66千伏的超導(dǎo)電纜，美國(guó)不久也將進(jìn)行100米超導(dǎo)電纜的安裝試驗(yàn)。日本正在加緊研究開發(fā)高性能的超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)限流器和超導(dǎo)蓄電裝置等，預(yù)計(jì)5年后達(dá)到目標(biāo)。日本磁懸浮列車線圈的超導(dǎo)化目前也在計(jì)劃當(dāng)中，預(yù)計(jì)將從明年開始進(jìn)行研究和試制。目前各國(guó)都在積極研究開發(fā)第二代超導(dǎo)線材釔系列線材。其中，包含釔的YBCO (釔鉍銅氧)和包含釹的NBCO(釹鉍銅氧)這兩種線材，由于有更好的磁場(chǎng)特性，將來(lái)有可能成為超導(dǎo)線材的主流。 七、未來(lái)超導(dǎo)材料的發(fā)展1第46頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，