磁性材料與超導材料課件

第二章磁性材料與超導材料第一節(jié)磁性材料具有強磁性的材料稱為磁性材料。

磁性材料具有能量轉換，存儲或改變能量狀態(tài)的功能，是重要的功能材料。磁性材料廣泛地應用于計算機、通訊、自動化、音像、電視、儀器和儀表、航空航天、農業(yè)、生物與醫(yī)療等技術領域。

5000年前：天然磁石(Fe3O4)

2300年前：天然磁石，“司南”，指南儀

1086年：沈括，《夢溪筆談》，指南針

1119年：朱或，《萍洲可談》，羅盤，航海

1405-1432年：鄭和，指南儀，航海

1488-1521年：哥倫布，伽馬，麥哲倫，指南儀，航海發(fā)現磁學發(fā)展史二十世紀1905：法國，郎之萬基于統(tǒng)計力學理論解釋了順磁性隨溫度的變化。1907：法國，外斯提出分子場理論，擴展了郎之萬的理論。1921：奧地利，泡利提出玻爾磁子作為原子磁矩的基本單位。美國，康普頓提出電子也具有自旋相應的磁矩。1928：英國，狄拉克用相對論量子力學完美地解釋了電子的內稟自旋和磁矩，并與德國物理學家海森伯一起證明了靜電起源的交換力的存在，奠定了現代磁學的基礎。1936：蘇聯，郎道完成了巨著“理論物理學教程”，其中包含全面而精彩地論述現代電磁學和鐵磁學的篇章。1936-1948：法國，奈耳提出反鐵磁性和亞鐵磁性的概念和理論。

1967：奧地利，斯奈特在量子磁學的指導下發(fā)現了磁能積空前高的稀土磁體(SmCo5)，從而揭開了永磁材料發(fā)展的新篇章。1974：第二代稀土永磁Sm2Co17問世。1982：第三代稀土永磁Nd2Fe14B問世。1990：原子間隙磁體Sm-Fe-N問世。1991：德國，克內勒提出了雙相復合磁體交換作用的理論基礎，指出了納米晶磁體的發(fā)展前景。③按功能分類軟磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩磁材料、旋磁材料、壓磁材料、泡磁材料、磁光材料、磁記錄材料

⑵磁化強度M

宏觀磁體由許多具有固有磁矩的原子組成。當原子磁矩同向平行排列時，宏觀磁體對外顯示的磁性最強。當原子磁矩紊亂排列時，宏觀磁體對外不顯示磁性。宏觀磁體單位體積在某一方向的磁矩稱為磁化強度M：

M=∑原子/V在物質內部外磁場和附加磁場的總和稱為磁感應強度B。B=o(H+M)o--真空磁導率=M/H--磁化率=B/H--磁導率

①鐵磁性物質具有極高的磁化率，磁化易達到飽和的物質。如Fe，Co，Ni，Gd等金屬及其合金稱為鐵磁性物質。磁矩的排列與磁性的關系鐵磁性m=10-2~106磁場

⑷磁性的起源②亞鐵磁性物質磁矩的排列與磁性的關系亞鐵磁性m=10-2~106磁場

如鐵氧體(M2+Fe23+O4)等，是一些復雜的金屬化合物，比鐵磁體更常見。它們相鄰原子的磁矩反向平行，但彼此的強度不相等，具有高磁化率和居里溫度。④反磁性物質不存在未成對電子→沒有永久磁矩。惰性氣體，不含過渡元素的離子晶體，共價化合物和所有的有機化合物，某些金屬和非金屬。磁矩的排列與磁性的關系反磁性m=-10-5~-10-6磁場

⑤反鐵磁性物質FeO，FeF3，NiF3，NiO，MnO，各種錳鹽以及部分鐵氧體ZnFe2O4等，它們相鄰原子的磁矩反向平行，而且彼此的強度相等，沒有磁性。反鐵磁性m=10-2~10-5磁場

磁矩的排列與磁性的關系硬磁性材料外磁場撤去后，不易去磁，具有很強的剩磁應用：永磁體軟磁性材料外磁場撤去后，容易去磁，沒有明顯的剩磁應用：電磁鐵退磁原來有磁性的物體，失去磁性的現象方法：（1）高溫（2）劇烈振動（3）逐漸減弱的交變磁場的作用稀土永磁材料鈷基永磁材料鐵基永磁材料:代表是R-Fe-B，如NdFeB1:5型R-Co，R代表稀土，如：SmCo52:17型R-Co，R代表稀土，如：Sm2Co17（6）磁性功能材料應用領域我國磁性材料的生產在國際上占有重要的地位.其中,永磁鐵氧體的產量達11×104ｔ,居世界首位;軟磁鐵氧體產量4×104ｔ,居世界前列;稀土永磁產量4300ｔ,居世界第二.但是,目前我國生產的磁性材料基本上是低性能、低附加值材料,與發(fā)達國家存在較大的差距，產值與產量不相稱.我國磁性材料的產量與需求?磁盤存儲

所謂磁存儲就是以記錄磁場方向的方式或磁場的有無來儲存資料。數據在磁片上以磁化的點來表示，被磁化的點代表1，沒有被磁化的點代表0電飯鍋

日常使用的電飯鍋利用了磁性材料的居里點的特性。在電飯鍋的底部中央裝了一塊磁鐵和一塊居里點為105℃的磁性材料。當鍋里的水分干了以后，食品的溫度將從100度上升。當溫度到達大約105度時，由于被磁鐵吸住的磁性材料的磁性消失，磁鐵就對它失去了吸力，這時磁鐵和磁性材料之間的彈簧就會把它們分開，同時帶動電源開關被斷開，停止加熱。電磁爐

電磁爐的內部有一個金屬線圈，當電流通過線圈時，會產生磁場。這一隨時間變化的磁場導致在金屬煲內產生一感應電場。金屬煲內的電子受電場影響進行運動。由于有電阻，電子運動時會放出大量熱能，這些熱能便可用作煮食。金屬煲的電阻必須足夠大，才能產生足夠的熱量，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。

特點：直接發(fā)熱，熱效率高達90%

爐面無明火，無煙無廢氣電磁火力強勁，安全可靠傳統(tǒng)工業(yè)在醫(yī)學上，利用核磁共振可以診斷人體異常組織，判斷疾病，這就是我們比較熟悉的核磁共振成像。利用磁性納米材料表面功能基團與可識別病兆的功能分子進行耦聯，是實現磁性納米晶體在疾病鑒別診斷中應用的最可行的手段之一。生物醫(yī)學電磁炮是把炮彈放在螺線管中，螺線管產生的磁場對炮彈將產生巨大的推動力將炮彈射出的一種新型武器“電磁式武器”。類似的還有電磁導彈等。軍事領域磁性是從宇宙天體到基本粒子普存的學科地球磁場地球就是一塊巨大的磁鐵，它的N極在地理的南極附近，而S極在地理的北極附近.北極光是太陽風中的粒子（高能帶電粒子流）和地磁場相互作用的結果。當它們到達地球時，與地磁場發(fā)生相互作用，使得這些粒子向南北極運動和聚集，并且和地球高空的稀薄氣體相碰撞，結果使氣體分子受激發(fā)，從而發(fā)光。太陽黑子是太陽上磁場活動非常劇烈的區(qū)域。太陽黑子的爆發(fā)對我們的生活會產生影響，例如使得無線電通信暫時中斷等。因此，研究太陽黑子對我們有重要意義。磁懸浮列車

上海磁懸浮列車平均時速300公里/小時，最高時速430公里/小時磁懸浮列車是運用磁鐵“同性相斥，異性相吸”的性質，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的形式：一種是電磁型，也稱吸力型、常導型。另一種是電動型，也稱斥力型、超導型。磁懸浮列車原理兩種磁懸浮列車系統(tǒng)的結構示意圖：(a)電磁型；(b)電動型

磁制冷冰箱磁制冷是一種以磁性材料為工質的制冷技術，基本原理是借助磁制冷材料的磁熱效應即磁制冷材料等溫磁化時向外界放出熱量，而等溫退磁時從外界吸取熱量，以達到制冷目的

第二節(jié)超導材料超導材料是一種沒有電阻的材料，既能節(jié)約能量，減少電能因電阻而消耗的能量，還能把電流儲存起來，供急需時使用。

自從世界上以電力作為主要動力以來，就遇到兩個令人頭痛的問題：１、是在輸送電流時，不少電力因導線有電阻而發(fā)熱，白白損失了相當的能量。２、白天的電力常常嚴重不足，而深夜的電力又大大富余，使得發(fā)電機常常白天超負荷運轉，深夜時卻空轉，電力白白浪費了。能不能把夜間富余的電力儲存起來用以彌補白天電力不足的難題呢?自從有了超導材料以來，解決這個問題就大有希望了。

一、超導材料的發(fā)展歷程1911年，科學家發(fā)現，金屬的電阻和它的溫度條件有很大關系：溫度高時，它的電阻就增加，溫度低時電阻減少。并總結出一個金屬電阻與溫度之間的關系的理論公式。當時，荷蘭物理學家昂尼斯為檢驗金屬電阻與溫度之間的關系的理論公式的正確性，就用水銀作試驗。將水銀冷卻到-40℃時，亮晶晶的液體水銀變成了固體；然后，他把水銀拉成細絲，并繼續(xù)降低溫度，同時測量不同溫度下固體水銀的電阻，當溫度降低列4K時，水銀的電阻突然變成了零。開始他不太相信這一結果、于是反復試驗，但都是一樣。這一發(fā)現轟動了世界的物理學界，后來科學家把這個現象叫超導現象，把電阻等于零的材料稱超導材料，而把出現超導現象的溫度稱作超導材料的“臨界溫度”。昂尼斯和許多科學家后來又發(fā)現了28種超導元素和8000多種超導化合物材料。但出現超導現象的臨界溫度大多在接近絕對零度的極低溫，沒有什么經濟價值，因為制造這種極低的溫度，本身就很花錢而又很困難。

為了尋找臨界溫度比較高的沒有電阻的材料，世界上無數科學家奮斗了近60年，也沒有取得什么進展。直到1973年，英、美一些科學家才找到一種在23K出現超導現象的鈮鍺合金。此后這一記錄又保持了10多年。

到了1986年，在瑞士IBM公司研究室工作的貝特諾茨和繆勒從別人多次失敗中總結教訓，放棄了在金屬和合金中尋找超導材料的老觀念，終于發(fā)現一種釔鋇銅氧陶瓷氧化物材料在43K這一較高溫度下出現超導現象。這是一個了不起的成就，因此他們兩人同時獲得了1987年的諾貝爾物理學獎。此后，美籍華人學者朱經武，中國物理學家趙忠賢在1987年相繼發(fā)現了在78.5K和98K時出現超導現象的釔鋇銅氧系高溫超導材料。不久又發(fā)現鉍鍶鈣銅氧系高溫超導合金，在110K的溫度就有超導現象。而后朱經武發(fā)現的鉈鋇鈣銅氧系合金的超導溫度更接近室溫，達120K。199l年，美國和日本的科學家又發(fā)現了球狀碳分子Ｃ-60在摻鉀、銫、釹等元素后，也有超導性?？茖W家預料，球狀碳分子Ｃ--60摻雜金屬后，有可能在室溫下出現超導現象，那時，超導材料就有可能像半導體材料一樣，在世界引起一場工業(yè)和技術革命。1995年美國國立洛斯阿拉莫斯實驗室的科學家已經把高溫超導體制成柔韌的細帶狀，由于沒有電阻，其導電性是銅絲的1200多倍。1996年，日本電氣公司制出長一千米的高溫超導線材，電流密度達到6000A/cm2，這種線材已達到了實用化的水平。超導材料在液氮以上溫度工作，可以說是20世紀內科學技術上的重大突破，也是超導技術發(fā)展史上的一個新的里程碑。至今，對高溫超導材料的研究仍然方興未艾。二、超導體的三個臨界參數

1911年，荷蘭物理學家昂內斯(OnnesHK)在成功地將氦氣液化、獲得4.2K的超低溫后，開始研究超低溫條件下金屬電阻的變化，結果發(fā)現：當溫度下降至4.2K時，汞電阻突然消失了！這就是超導現象，此時的溫度稱為超導臨界溫度Tc。

零電阻是超導體最基本的特性，它意味著電流可以在超導體內無損耗地流動，使電力的無損耗傳輸成為可能；同時，零電阻允許有遠高于常規(guī)導體的載流密度，可用以形成強磁場或超強磁場。

發(fā)現超導電性后，昂內斯即著手用超導體來繞制強磁體，但出乎他的意料，超導體在通上不大的電流后，超導電性就被破壞了，即超導體具有臨界電流Ic。此后，又發(fā)現了超導體的臨界磁場Hc。Ic和Hc也是超導體的基本特性，是實現超導體強電應用的必要條件。

臨界溫度（Tc）、臨界電流（Ic）和臨界磁場（Hc）是“約束”超導現象的三大臨界條件。三者具有明顯的相關性，只有當超導體同時處于三個臨界條件以內，即處于如圖所示的三角錐形曲面內側，才具有超導電性。

三角錐形曲面內側超導電性的T--I--H臨界面超導材料基本物理特性：臨界溫度Tc、臨界磁場Hc和臨界電流Ic三個臨界值。超導材料只有處在這些臨界值以下的狀態(tài)時才顯示超導性，所以臨界值越高，實用性就強，利用價值就越高。三、超導材料的基本特性

1．零電阻效應

2．超導體的完全抗磁性（邁斯納效應）1．零電阻效應當溫度T下降至某一數值以下時，超導體的電阻突然變?yōu)榱?，這就稱為超導體的零電阻效應，也稱為超導電性。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超導臨界溫度Tc雖然與樣品純度無關,但是越均勻純凈的樣品超導轉變時的電阻陡降越尖銳。2．超導體的完全抗磁性（邁斯納效應）

指超導體處于外界磁場中，磁力線無法穿透，超導體內的磁通量為零。1933年，邁斯納(MeissnerW)發(fā)現，只要溫度低于超導臨界溫度，則置于外磁場中的超導體就始終保持其內部磁場為零，外部磁場的磁力線統(tǒng)統(tǒng)被排斥在超導體之外。即便是原來處在磁場中的正常態(tài)樣品，當溫度下降使它變成超導體時，也會把原來在體內的磁場完全排出去，即超導體具有完全抗磁性。這一現象被稱為邁斯納效應，它是超導體的另一個獨立的基本特性。超導體內磁感應強度B總是等于零，即金屬在超導電狀態(tài)的磁化率為=M/H=-1,B=0(1+)H=0。超導體內的磁化率為-1(M為磁化強度，B0＝0H)超導體的完全抗磁性如下圖所示：液氮環(huán)境下的超導實驗由邁斯納效應可知，超導體在靜磁場中的行為可以近似地用“完全抗磁體”來描述。利用這一特性，可以實現磁懸浮。僅從超導體的零電阻現象出發(fā)，得不到邁斯納效應。同樣，用邁斯納效應也不能描述零電阻現象。因此，邁斯納效應和零電阻性質是超導態(tài)的兩個獨立的基本屬性，衡量一種材料是否具有超導電性必須看是否同時具有零電阻和邁斯納效應。根據上述超導材料的兩個基本特征，可以看出：

超導體是指某種物質冷卻到某一溫度時電阻突然變?yōu)榱?，同時物質內部失去磁通成為完全抗磁性的物質。超導材料的組成元素有金屬、類金屬和非金屬元素，在元素周期表上的位置如圖所示。在元素周期表相應位置的元素中，有的可由單一元素制成超導材科，但絕大多數超導材料是由多種元素構成的合金、化合物或陶瓷。下表中列出了代表性的超導材料及Ｔc值。超導材料及Ｔc值在上述超導特性被發(fā)現后，對超導電性的理論研究即已開始，但直到20世紀50年代建立了超導電性的微觀理論，人們才對金屬超導體的超導行為獲得了滿意的解釋。四、傳統(tǒng)超導電體的超導電性理論(1)唯象理論①二流體模型②倫敦方程③金茲堡--朗道理論(2)傳統(tǒng)超導體的微觀機制①同位素效應②超導能隙③庫柏電子對④相干長度⑤BCS理論六、超導材料的分類⑴常規(guī)超導體⑵高溫超導體(HTS)⑶其它類型超導體

⑴常規(guī)超導體相對于高溫超導體而言，元素、合金和化合物的超導轉變溫度較低(以液氮溫度77K為界)，因此這類超導體被稱為常規(guī)超導體。①元素超導體(50多種)

一些元素在常壓或高壓下具有超導電性能，另外一些元素經特殊處理后顯示出超導電性。由于臨界電流和臨界磁場均較小，所以元素超導體很難實用化。

②合金超導體

超導合金在技術上有重要價值，它們具有較高的臨界溫度和特別高的臨界磁場以及臨界電流。超導合金具有塑性好，易于大量生產，成本低等優(yōu)點。

最早出售的超導線材是Nb--Zr系，用于制造超導磁體。Nb--Zr合金具有低磁場高電流的特點。1965年后被加工性能好、臨界磁場高、成本低的Nb--Ti所取代。目前Nb-Ti系合金實用的線材使用最廣，Nb--Zr--Ti，Nb--Ti--Ta，Nb--Ti--Zr--Ta用于磁流體發(fā)電機大型磁體。③化合物超導體

Nb3Sn和V3Ga是最先引起人們的注意的，其次是Nb3Ga、Nb3Al、Nb3(AlGa)。實際能夠實用的只有Nb3Sn和V3Ga兩種。其它的化合物因難于加工線材還不能實用。復合法制備Nb3Sn,V3Ga線材⑵高溫超導體(HTS)

一些復雜的氧化物陶瓷具有高的轉變溫度，其臨界溫度超過了77K，可在液氮的溫度下工作，稱為高溫超導體。(C)螢石(F型)(AX2)

(a)巖鹽(R型)(AX)(b)鈣鈦礦(P型)(ABX３)超導體的晶體結構

許多銅氧化物超導體是由R型、P型與F型基本結構單元依次聯結構筑而成，通常都是沿c軸平行地重復構造而得，每個單元中有二維的“CuO2席位”兩個以上。

(a)(Nd1-xSrx)(Nd1-yCey)CuO4-x

(b)(La1-xAx)CuO4(A=Ca,Sr,Ba)(c)YBa2Cu4O8

⑶其它類型超導體

①堿金屬摻雜的C60超導體

②有機超導體

③非晶超導材料

④重費米子超導體

⑤金屬間化合物(R—T—B—Ｃ)超導體

⑥復合超導材料⑦超導陶瓷材料①堿金屬摻雜的C60超導體

C60具有極高的穩(wěn)定性，當C60中摻入堿金屬時，人們發(fā)現在一些特定成分上可以形成富勒烯結構。通過與各種堿金屬原子的結合，AxC60的超導轉變溫度已經提高到30K以上，超導溫度最高RbCs2C60的臨界轉變溫度為33K。②有機超導體

第一個被發(fā)現的有機超導體是(TMTSF)2PF6，盡管這種有機鹽的超導轉變溫度只有0.9K，但是，它的發(fā)現預示了一個新的超導電性研究領域的出現。(TMTSF)2PF6

Thefirstorganicsuperconductordiscovered.

組成有機超導體的四類化合物：③非晶超導材料

非晶態(tài)超導體的研究主要包括非晶態(tài)簡單金屬及其合金和非晶態(tài)過渡金屬及其合金。它們具有高度均勻性、高強度、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)點。非晶態(tài)結構的長程無序性對其超導電性的影響很大，能使有些物質的超導轉變溫度Tc提高，這是由于非晶態(tài)超導體與晶態(tài)超導體的不同所引起的。

非晶態(tài)過渡金屬及合金的性質比簡單金屬更為復雜。④重費米子超導體

重費米子超導體是20世紀70年代末期發(fā)現的，它的超導轉變溫度只有0.7K。

由于這類超導體的低溫電子比熱系數非常大，是普通金屬的幾百甚至幾千倍。因此，推斷出這類超導體的電子有效質量比自由電子(費米子)的質量重幾百甚至幾千倍，因此稱為重費米子超導體。

重費米子超導體的研究對于超導電機制研究有重大意義。⑤金屬間化合物(R-T-B-Ｃ)超導體

20世紀70年代，人們發(fā)現稀土--過渡元素--硼組成的金屬間化合物具有超導電性。這類超導體表現出鐵磁性與超導電性共存的復雜現象，因此又稱為磁性超導體。在金屬間化合物(R—T—B—Ｃ)超導體中，以鉛鉬硫(PbMoS8)的超導轉變溫度最高。后來人們又制備出YNi4B超導體和YNi2B2C超導體等等，四元素硼碳金屬間化合物的超導轉變溫度達到23K。⑥復合超導材料

許多超導體與良導體可以進行復合，進而形成復合超導材料。

復合超導材料可以承載更大的電流、減少退化效應、增加超導的穩(wěn)定性、提高機械強度和超導性能等。

復合超導體有超導電纜、復合線、復合帶、超導細線復合線等等，其主要由超導材料以及良導體、填充料、絕緣層以及高強度材料包覆層和屏蔽層六部分組成。⑦超導陶瓷材料人們在探索具有高臨界轉變溫度的超導陶瓷材料方面取得突破，發(fā)現Ba-La-Cu-O體系和Ba-Y-Cu-O體系的超導陶瓷材料，實現了液氮溫度超導。現在許多人正在研究更高臨界溫度的超導陶瓷材料。

七、高溫超導材料的應用

高溫超導材料的用途，大致可分為以下三類：（１）大電流應用（強電應用）；（２）電子學應用（弱電應用）；（３）抗磁性應用。

大電流應用主要是指超群的超導磁體用于超導發(fā)電、輸電和儲能等三方面。

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。超群的超導磁體

超導材料最誘人的應用是發(fā)電、輸電和儲能。由于超導材料在超導狀態(tài)下具有零電阻和完全的抗磁性，因此只需消耗極少的電能，就可以獲得10萬高斯以上的穩(wěn)態(tài)強磁場。而用常規(guī)導體做磁體，要產生這么大的磁場，需要消耗3.5兆瓦的電能及大量的冷卻水，投資巨大。

超導磁體可以制作:A、交流超導發(fā)電機Ｂ、磁流體發(fā)電機Ｃ、超導輸電線路A、交流超導發(fā)電機在電力領域，利用超導線圈磁體可以將發(fā)電機的磁場強度提高到5萬～6萬高斯，并且?guī)缀鯖]有能量損失，這種發(fā)電機便是交流超導發(fā)電機。

超導發(fā)電機的單機發(fā)電容量比常規(guī)發(fā)電機提高5～10倍，達1萬兆瓦，而體積卻減少1/2，整機重量減輕1/3，發(fā)電效率提高50％。Ｂ、磁流體發(fā)電機

磁流體發(fā)電機同樣離不開超導強磁體的幫助。磁流體發(fā)電機發(fā)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(fā)電。磁流體發(fā)電機的結構非常簡單，用于磁流體發(fā)電的高溫導電性氣體還可重復利用。Ｃ、超導輸電線路

超導材料還可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(tǒng)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。若改為超導輸電，節(jié)省的電能相當于新建數十個大型發(fā)電廠。超導貯能

超導材料在輸送電流時，不會損耗電力，故用它可把作發(fā)電機可以做得很小。例如一臺普通大型發(fā)電機需用15~20噸銅絲繞成線圈，如果用超導材料作線圈，只要幾百克就夠了，而發(fā)出的電力卻一樣。因此，超導材料是一種極好的節(jié)能材料和儲能材料。1987年，美國國防部為適應“星球大戰(zhàn)”的需要，決定建立一個用超導材料儲能的蓄電裝置。在和平時期可向居民供電，在有導彈襲來時，可為激光武器供電，用激光摧毀導彈。

因為超導材料沒有電阻，它的蓄能效率高，可以回收98％的多余電力，而且反應速度快。一旦需要電力，在0.3秒內就可從超導儲能線圈中把電流引出來送到任何電網。這對星球大戰(zhàn)時所需電力是非常重要的。美國已設計并著手建造一個可以儲存500萬千瓦小時的巨型圈。它的直徑有1568米，儲存的電力足以供幾十萬人口的城市照明用電。超導材料之所以能儲存電能是因為它沒有電阻，只要把電“注入”超導線圈，電流就可以無休止地在線圈中流動也不會有損耗。超導計算機

高速計算機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會發(fā)生大量的熱，而散熱是超大規(guī)模集成電路面臨的難題。超導計算機中的超大規(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。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。磁懸浮列車上的磁鐵不是常見的那種永久磁鐵，而是電磁鐵。

電磁鐵外有一個用導線繞成的線圈，線圈中有電流通過時，鐵就產生磁力，只要線圈中一斷電，鐵就立即失去磁力。

電磁鐵的線圈有兩種，一種是普通的銅導線繞成的，另一種則是用超導材料導線制成的。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得有幾十上百噸。而電磁鐵之間的排斥力和通過電磁線圈中的電流有直接關系，也就是說，只有通過很大的電流，才能產生很大的磁力。但普通的銅導線有電阻，電流一大，銅導線就會發(fā)熱，電流過大時，還可能使導線燒毀。所以銅導線通過的電流大小受到限制，例如直徑1毫米的銅導線，只能通過6安培左右的電流，否則就會過熱燒毀。

為了使銅導線通過更大的電流，需要加大導線直徑，增加冷卻設備，這樣就會使磁懸浮列車本身的重量加重，這對提高列車的行駛速度不利。怎樣才能使磁懸浮列車本身的重量減輕，又能讓電磁鐵產生很大的磁力呢?這似乎是一個難以克服的固難。但自從有了超導材料后，就克服了這一困難。

因