超導(dǎo)材料完整版本

超導(dǎo)材料SuperconductorMaterialsmagnetsuperconductor超導(dǎo)現(xiàn)象：材料的電阻隨著溫度的降低會(huì)降低，某些材料會(huì)出現(xiàn)當(dāng)溫度降低到某一程度時(shí)出現(xiàn)電阻突然消失的現(xiàn)象。超導(dǎo)材料及制備方法超導(dǎo)材料的性質(zhì)超導(dǎo)材料發(fā)展歷程超導(dǎo)材料的應(yīng)用1234主要內(nèi)容1911年，荷蘭物理學(xué)家H.K.Onnes發(fā)現(xiàn)，Hg在液氦中溫度下降到4.2K時(shí)，其電阻迅速降低到零。這是人類第一次發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。

1.1超導(dǎo)材料發(fā)展歷程At4.2K,theresistanceofHg0Theresistancedisappearssuddenly1911~1932年——元素超導(dǎo)體，Pb、Sn、In、Ta、Nb、等。1933年——邁斯納（Meissner）和奧森菲爾德發(fā)現(xiàn)邁斯納效應(yīng)。1933~1953年——合金、過(guò)渡金屬碳化物和氮化物。1953~1973年——Tc>17K的V3Si、Nb3Sn等。1969年，超導(dǎo)纖維研制成功。1957年，BCS理論被提出。1973年——Nb3(Al0.75Ge0.25)，Nb3Ga、NbGe等，最高Tc=23.2K。金屬氧化物超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)，BaPbxBi1-xO3。1975年——500Km/h的磁懸浮列車研制成功。1986年——瑞士蘇黎世IBM實(shí)驗(yàn)室以及朱經(jīng)武發(fā)現(xiàn)Tc=52K的BaLaCuO。1987年——趙忠賢、陳立泉研制成功Tc=93K的YBaCuO。1988~2000年——高溫超導(dǎo)迅猛發(fā)展，Tc不斷升高，已達(dá)132K。Time-lineofSuperconductors超導(dǎo)電性：在一定條件下，對(duì)材料通以直流電流時(shí)，材料失去電阻的性能，被稱之為材料的超導(dǎo)電性。具有超導(dǎo)電性的材料稱為超導(dǎo)材料。1.2超導(dǎo)材料的性質(zhì)超導(dǎo)電性的機(jī)理：當(dāng)材料在一定磁場(chǎng)中，達(dá)到某一溫度時(shí)，材料產(chǎn)生超流電子，它們的運(yùn)動(dòng)是無(wú)阻的，超導(dǎo)體內(nèi)部的電流全部來(lái)自超流子的貢獻(xiàn)，它們對(duì)正常電子起到短路作用，正常電子不載荷電流，所以樣品內(nèi)部不存在電場(chǎng)，使材料沒(méi)有電阻效應(yīng)，宏觀上沒(méi)有電阻。

完全抗磁性（邁斯納效應(yīng)）

不論開(kāi)始時(shí)有無(wú)外磁場(chǎng)，只要T＜Tc，超導(dǎo)體變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)后，體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為零，即超導(dǎo)體能把磁力線全部排斥到體外，這種現(xiàn)象稱為邁斯納效應(yīng)。1.2超導(dǎo)材料的性質(zhì)邁斯納效應(yīng)材料進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)后，不允許磁場(chǎng)存在在它的體內(nèi)，這樣，超導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的行為，將與加磁場(chǎng)的次序無(wú)關(guān)，或者說(shuō)與歷史無(wú)關(guān)，不同于理想導(dǎo)體邁斯納效應(yīng)NNS降溫降溫加場(chǎng)加場(chǎng)SS:superconductingstate

N:normalstateTheMeissnereffectisindependentofthesequenceofapplyingmagneticfieldandcoolingdown.邁斯納效應(yīng)superconductormagnet原因：當(dāng)超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，在磁場(chǎng)作用下，表面產(chǎn)生一個(gè)無(wú)損耗感應(yīng)電流，該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)恰與外加磁場(chǎng)大小相等、方向相反，因而總合成磁場(chǎng)為零。此時(shí)，重力與浮力平衡，懸浮邁斯納效應(yīng)的磁懸浮試驗(yàn)邁斯納效應(yīng)三個(gè)基本臨界參量

臨界溫度Tc——外磁場(chǎng)為零時(shí)超導(dǎo)材料由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)(或相反)的溫度，以Tc表示。Tc值因材料不同而異。已測(cè)得超導(dǎo)材料的最低Tc是鎢，為0.012K。目前，臨界溫度最高值已提高到150K左右。臨界磁場(chǎng)Hc——使超導(dǎo)材料的超導(dǎo)態(tài)破壞而轉(zhuǎn)變到正常態(tài)所需的磁場(chǎng)強(qiáng)度，以Hc表示。Hc與溫度T的關(guān)系為Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0為0K時(shí)的臨界磁場(chǎng)。臨界電流Ic和臨界電流密度Jc——通過(guò)超導(dǎo)材料的電流達(dá)到一定數(shù)值時(shí)也會(huì)使超導(dǎo)態(tài)破態(tài)而轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)，以Ic表示。Ic一般隨溫度和外磁場(chǎng)的增加而減少。單位截面積所承載的Ic稱為臨界電流密度，以Jc表示。臨界溫度Tc、臨界磁場(chǎng)Hc、臨界電流Jc是約束超導(dǎo)現(xiàn)象的三大臨界條件。當(dāng)溫度超過(guò)臨界溫度時(shí)，超導(dǎo)態(tài)就消失；同時(shí)，當(dāng)超過(guò)臨界電流或者臨界磁場(chǎng)時(shí)，超導(dǎo)態(tài)也會(huì)消失，三者具有明顯的相關(guān)性。只有當(dāng)上述三個(gè)條件均滿足超導(dǎo)材料本身的臨界值時(shí)，才能發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象。BCS理論

解釋金屬超導(dǎo)現(xiàn)象的重要理論就是巴丁、庫(kù)柏和施里弗（JohnBardeen,LeonCooper,andJohnSchrieffer

）建立的電聲作用形成庫(kù)柏電子對(duì)的理論，簡(jiǎn)稱BCS理論。Bardeen,Cooper,andSchrieffer

BCS理論把超導(dǎo)現(xiàn)象看做一種宏觀量子效應(yīng)。它提出，金屬中自旋和動(dòng)量相反的量子可以配對(duì)形成所謂“庫(kù)柏對(duì)”，庫(kù)柏對(duì)在金屬中可以無(wú)損耗地運(yùn)動(dòng)，形成超導(dǎo)電流。電子間的直接相互作用是相互排斥的庫(kù)侖力，如果僅僅存在庫(kù)侖力的話，電子不能形成配對(duì)。但電子間還存在以晶格振動(dòng)（聲子）為媒介的簡(jiǎn)介相互作用：電聲子交互作用。

電子間的這種相互作用是相互吸引的，正是這種吸引力的作用導(dǎo)致了庫(kù)柏對(duì)的產(chǎn)生。

大致上，其機(jī)理如下：電子在晶格中移動(dòng)時(shí)會(huì)吸引臨近格點(diǎn)上的正電荷，導(dǎo)致格點(diǎn)的局部畸變，形成一個(gè)局域的高正電荷區(qū)。這個(gè)局域的高正電荷區(qū)會(huì)吸引自旋相反的電子，和原來(lái)的電子以一定的結(jié)合能相結(jié)合配對(duì)。在很低的溫度下，這個(gè)結(jié)合能可能高于晶格原子振動(dòng)的能量，這樣，電子對(duì)將不會(huì)和晶格發(fā)生能量交換，也就沒(méi)有電阻，形成所謂“超導(dǎo)”。BCS理論并無(wú)法成功解釋所謂第二類超導(dǎo)，或高溫超導(dǎo)的現(xiàn)象。1.3.1超導(dǎo)材料分類超導(dǎo)材料按超導(dǎo)體界面能的正負(fù)分為第Ⅰ類超導(dǎo)體第Ⅱ類超導(dǎo)體低溫超導(dǎo)體高溫超導(dǎo)體按臨界溫度Tc與液氦溫度的差值分為1.3超導(dǎo)材料和制備方法第Ⅰ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。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)體的熔點(diǎn)較低，質(zhì)地較軟，亦被稱作“軟超導(dǎo)體”。

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。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。

在常壓下具有超導(dǎo)電性的金屬元素有32種（如藍(lán)色方框所示），而在高壓下或制成薄膜狀時(shí)具有超導(dǎo)電性的金屬元素有14種（如綠色方框所示）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)，成為第二類超導(dǎo)體。第二類超導(dǎo)體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)時(shí)有一個(gè)混合態(tài)。第二類超導(dǎo)體的混合態(tài)中有磁通線存在，而第一類超導(dǎo)體沒(méi)有。一般來(lái)說(shuō)，第二類超導(dǎo)體的臨界溫度Tc、Hc、Jc要比第一類超導(dǎo)體的高得多。第Ⅱ類超導(dǎo)體SuperconductorSuperconductorMagneticFieldTemperaturePureSuperconductor.N/SStateCriticalTemperatureNon-superconductor第Ⅱ類超導(dǎo)體低溫超導(dǎo)體（LTS）將臨界溫度Tc在液氦溫度以下的超導(dǎo)體稱為低溫超導(dǎo)體；將臨界溫度Tc在液氦沸點(diǎn)以上的超導(dǎo)體稱為高溫超導(dǎo)體。Low-temperatureSuperconductors低溫超導(dǎo)體（LTS）強(qiáng)電超導(dǎo)材料弱電超導(dǎo)材料可承受大電流和強(qiáng)磁場(chǎng)利用約瑟夫效應(yīng)，僅涉及小電流和若磁場(chǎng)Nb3Sn為代表，在溫度4.2K和磁場(chǎng)8.8T的情況下可達(dá)到104A／cm2的電流密度一種弱電應(yīng)用的超導(dǎo)材料。多數(shù)是將超導(dǎo)體做成薄膜，再加工成元器件。如鉛膜-氧化鉛膜-鉛膜做成的S-I-S型約瑟夫森結(jié)。高溫超導(dǎo)體（HTS）

Y-Ba-Cu氧化物為代表，臨界溫度：Tc=92.3K。

Bi-Ca-Cu氧化物為代表，臨界溫度：Tc=114-120K。

Tl-Ca-Ba-Cu氧化物為代表，臨界溫度：Tc=122-125K。

第二代釔系

第三代鉍系

第四代鉈系

第一代鑭系La-Cu-Ba氧化物為代表，臨界溫度：Tc=91K。Tc不斷提高目前，高溫超導(dǎo)材料指的是：鑭系、釔系(92K)、鉍系(110K)、鉈系(125K)和汞系(135K)以及2001年1月發(fā)現(xiàn)的新型超導(dǎo)體二硼化鎂(39K)。其中最有實(shí)用價(jià)值的是鉍系、釔系(YBCO)和二硼化鎂(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)體屬于第二類超導(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)體（HTS）RegularSuperconductorsHighTemperatureSuperconductorsMercuryLeadNiobiumNbNNb3SnNb3GeLa1.8Sr0.2CuO4YBa2Cu3O7akaYBCOLiquidNitrogenBi2Sr2Ca2Cu3O10akaBSCCOTl2Ba2Ca2Cu3O10HgBa2Ca2Cu3O8Hg0.8Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8.33HighestTemperatureSuperconductor(Kelvin)La2-xMxCuO4(M-堿土金屬Ba、Sr、Ca)

為K2NiF4型結(jié)構(gòu)。它們共同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于，晶格點(diǎn)陣中存在著一些Cu-O平面層，而每一個(gè)Cu-O平面層又被兩層Ln-O平面夾在中間。它們的超導(dǎo)性被認(rèn)為是由Cu-O平面層主導(dǎo)的。La-Sr-Nb-O系超導(dǎo)陶瓷的Tc較高，但抗磁性較弱。高溫超導(dǎo)體（HTS）釔系陶瓷超導(dǎo)材料YBa2Cu3O7-x通常稱之為YBCO或123相。目前，釔系超導(dǎo)陶瓷體材料在77K、10T左右的磁場(chǎng)下，Jc達(dá)到了3×105A/cm2；線材在無(wú)外磁場(chǎng)下，在77K下，Jc達(dá)到了104A/cm2；薄膜在77K、10T左右的磁場(chǎng)下，Jc達(dá)到了5×106A/cm2。該系超導(dǎo)薄膜已成功地用于約瑟夫遜元件和量子干涉器件，如射頻量子干涉器，測(cè)量磁場(chǎng)的精度可達(dá)萬(wàn)分之一到億萬(wàn)分之一。高溫超導(dǎo)體（HTS）釔系陶瓷超導(dǎo)材料（HTS）

晶體結(jié)構(gòu)——ABO3型層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)A位由Y占據(jù)，B位被Cu占據(jù)，c方向金屬原子的順序是：…Y-Ba-Ba-Y-Ba-Ba-Y…，Y原子面無(wú)氧。垂直于c方向有3種基本的原子面：Y面,Ba-O面和Cu-O面(有皺褶)。在正方結(jié)構(gòu)中，CuO原子層中的氧原子和氧空位隨意分布，a=b。當(dāng)轉(zhuǎn)變?yōu)檎唤Y(jié)構(gòu)相后，氧原子和氧空位發(fā)生有序轉(zhuǎn)變，引起a<b。一般認(rèn)為正交結(jié)構(gòu)的超導(dǎo)性和高的臨界溫度與這些鏈密切相關(guān)。從正方結(jié)構(gòu)到正交結(jié)構(gòu)的無(wú)序到有序轉(zhuǎn)變，還伴隨著氧含量的變化。結(jié)構(gòu)中氧含量與超導(dǎo)性也密切相關(guān)。一般認(rèn)為當(dāng)。0<

x<0.5時(shí)，為正交結(jié)構(gòu)，有超導(dǎo)性；當(dāng)x>0.5時(shí)，為正方四方結(jié)構(gòu)，屬半導(dǎo)體。釔系陶瓷超導(dǎo)材料（HTS）氧含量的變化將引起超導(dǎo)陶瓷中銅-氧原子面結(jié)構(gòu)的變化，從而導(dǎo)致臨界超導(dǎo)溫度Tc

的變化。改變陶瓷的氧含量，將使載流子濃度發(fā)生變化，對(duì)超導(dǎo)性有較大的影響。因此在制備YBCO超導(dǎo)體過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制各種工藝條件，如燒結(jié)溫度、燒結(jié)氣氛和降溫速率等，以保證樣晶中氧含量為最佳值。在YBCO化合物中，7個(gè)氧原子對(duì)于超導(dǎo)性起到特別關(guān)鍵的作用。當(dāng)氧含量從7減至6時(shí)，就形成YB2Cu3O6絕緣體。釔系陶瓷超導(dǎo)材料（HTS）高溫超導(dǎo)體（HTS）鉍系氧化物超導(dǎo)材料主要有三種Bi2Sr2CuO6(Bi-2201)、Bi2Sr2CaCu2O8(Bi-2212)、Bi2Sr2Ca2Cu3O10(Bi-2223)。這三種相的晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，也具有其他氧化物超導(dǎo)體共有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即CuO4層。這些CuO4層被堿土金屬離子(Sr、Ca)和Bi2O2層所分開(kāi)，形成了層狀鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的一種變體。鉈系氧化物超導(dǎo)材料

Tl-Ba-Ca-Cu-O——Tl-2201、Tl-2212、Tl-2223二硼化鎂(MgB2)超導(dǎo)材料（39K）MgB2是常規(guī)超導(dǎo)體中臨界溫度最高的。其超導(dǎo)機(jī)制可以用BCS理論解釋。構(gòu)成氧化物高溫超導(dǎo)體的化學(xué)元素昂貴，合成超導(dǎo)材料脆性大，難以加工成線材。而硼元素和鎂元素的價(jià)格低廉，容易制成線材。高臨界溫度的簡(jiǎn)單化合物超導(dǎo)體。具有較高的臨界電流密度。西北有色金屬研究院和中科院電工研究所高溫超導(dǎo)體（HTS）高溫超導(dǎo)體（HTS）陶瓷超導(dǎo)材料一般來(lái)說(shuō)，氧化物超導(dǎo)體都是由鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)派生出來(lái)的，稱之為有缺陷的鈣鈦礦型化合物。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)一般具有理想配比的化學(xué)式ABO3

，其中A代表具有較大離子半徑的陽(yáng)離子，B代表半徑較小的過(guò)渡金屬陽(yáng)離子，A離子和B離子的價(jià)態(tài)之和是6，以保持電中性。陶瓷超導(dǎo)材料（HTS）鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)——組分可通過(guò)部分代替而在很寬的范圍內(nèi)發(fā)生變化，由元素代替產(chǎn)生的新化合物結(jié)構(gòu)雖未變化，但其物理性質(zhì)，如電導(dǎo)特性、磁性和超導(dǎo)電性往往變化很大；另一個(gè)特點(diǎn)是其中都或多或少地存在氧缺位和A位陽(yáng)離子的缺位，同時(shí)造成氧的過(guò)剩，而B(niǎo)位一般難以出現(xiàn)缺位。同時(shí)，氧缺位發(fā)生是普遍存在的，其數(shù)量可在很大范圍內(nèi)變化，從而導(dǎo)致晶格畸變的程度不同。陶瓷超導(dǎo)材料（HTS）對(duì)于氧化物超導(dǎo)材料來(lái)說(shuō)——均具有層狀鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，點(diǎn)陣常數(shù)a和b都接近0.38nm，這是由Cu-O鍵長(zhǎng)決定的；均有CuO6八面體、CuO5正四方錐，共有CuO4

平行四邊形組成的銅氧平面，這決定了氧化物超導(dǎo)體在結(jié)構(gòu)上和物理特性上的二維特點(diǎn)；所有銅氧配位多面體的相互連接只能采取共頂點(diǎn)的形式，而不能共梭或共面；所有已知氧化物超導(dǎo)體的對(duì)稱性僅限于四方或正交晶系，至今尚未發(fā)現(xiàn)存在于低級(jí)晶系中的氧化物超導(dǎo)體；氧含量和分布對(duì)氧化物超導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)電性都具有重要影響。從性能上來(lái)說(shuō)，共同特點(diǎn)有——臨界超導(dǎo)溫度和臨界磁場(chǎng)強(qiáng)度均很高(Tc約在90-300K)，但其的載流能力卻很低。比如LSCO的Hc2

為500T，高于化合物，但其Jc

值僅為102~103A/cm2，比Nb-Ti和Nb3Sn等低三個(gè)數(shù)量級(jí)。如在核聚變、發(fā)電機(jī)、輸配電和超高速列車等能源方面的應(yīng)用，要求Jc

達(dá)到105~106A/cm2

。脆性大、強(qiáng)度低，加工性能不好。而超導(dǎo)材料都是用作磁體線圈，所以必須能加工成極細(xì)的多芯線，并將微米級(jí)的細(xì)線埋入許多根銅管中，再在縱向進(jìn)行紋合加工；同時(shí)，在超導(dǎo)磁體加工過(guò)程中，材料必須能承受從室溫變化至超導(dǎo)溫度時(shí)的熱應(yīng)力。因此，還要提高高溫超導(dǎo)陶瓷的韌性和強(qiáng)度，改善其加工性能。陶瓷超導(dǎo)材料（HTS）1.3.2超導(dǎo)材料制備方法MixingrawpowdersFormingSinteringGrindingFormingSintering對(duì)于塊體材料1.3.2超導(dǎo)材料制備方法Forathinfilm

Substrateshavetoprovideasuitablylattice-matchedcrystalmatrixtoaligntheHTSgrainsinuniformorientation.Depositionmethod:

thermalevaporation,pulsedlaserdeposition(PLD),Magnetronsputtering,Molecularbeamepitaxy(MBE),Metalorganicchemicalvapordeposition(MOCVD),sol-gelmethods.

HTSwiremanufacturingprocess

陶瓷超導(dǎo)材料的制備工藝介紹——固相法、液相法和氣相法1.3.2超導(dǎo)材料制備方法陶瓷超導(dǎo)材料的制備工藝固相法——其中，最主要的為粉末法，它適合于制備塊體、帶材或絲材等各種形式的超導(dǎo)材料。以YBCO為例，首先將氧化釔、碳酸鋇和氧化銅混合均勻后，放在900-950℃爐中鍛燒12h，粉碎成粉末。隨后將粉末與粘結(jié)劑、增塑劑和潤(rùn)濕劑調(diào)和均勻，干燥后制成0.05mm的柔性帶材或拔成0.15~1.5mm的絲材，燒結(jié)。粉末軋制法最初的氧化物超導(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，而載流能力太低，則不能滿足應(yīng)用的要求。經(jīng)過(guò)多年的研究，采用定向凝固技術(shù)制備出YBCO塊材。陶瓷超導(dǎo)材料的制備工藝液相法——主要包括激光區(qū)熔和熔融液體生長(zhǎng)法。陶瓷超導(dǎo)材料的制備工藝氣相法——薄膜、厚膜薄膜工藝——高溫超導(dǎo)薄膜的制備幾乎都是在單晶襯底(如SrTiO3、LaAlO3或MgO)上進(jìn)行薄膜的氣相沉積或外延生長(zhǎng)的目前，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。電子束蒸發(fā)、等離子體法、外延法陶瓷超導(dǎo)材料的制備工藝選擇合適的襯底與隔離層是獲得高品質(zhì)超導(dǎo)薄膜的關(guān)鍵。高溫超導(dǎo)薄膜的制備溫度一般高達(dá)500-600℃，而且薄膜是外延生長(zhǎng)，所以對(duì)襯底有嚴(yán)格要求：襯底為單晶體，晶格常數(shù)要與高溫超導(dǎo)體匹配；熱膨脹系數(shù)要與高溫超導(dǎo)材料匹配，以避免薄膜產(chǎn)生裂紋；襯底與高溫超導(dǎo)薄膜之間在制備過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)不能或很少擴(kuò)散；對(duì)于微波器件應(yīng)用的薄膜，基片還應(yīng)具有良好的微波性能，即介電常數(shù)不能過(guò)大、介質(zhì)損耗小。具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。陶瓷超導(dǎo)材料的制備工藝厚膜工藝——熱解噴涂和電泳沉積等，最常用的技術(shù)是絲網(wǎng)印刷和刮漿法高溫超導(dǎo)體厚膜主要用于磁屏蔽、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：通常，薄膜的沉積需要使用單晶襯底；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；一般薄膜的制造需要使用真空。超導(dǎo)材料科學(xué)研究領(lǐng)域超導(dǎo)儲(chǔ)能醫(yī)用和生物學(xué)應(yīng)用節(jié)約能源超導(dǎo)懸浮列車開(kāi)發(fā)新能源1.4超導(dǎo)材料的應(yīng)用1.4超導(dǎo)材料的應(yīng)用Thisfigureshowsaroughbreakdownofthevariousmarketsinwhichsuperconductorsareexpectedtomakeacontribution.

(1)SQUID:SuperconductingQuantumInterferenceDevice超導(dǎo)量子干涉儀Medicalandbiomedicalapplications(2)NMR:NuclearMagneticResonanceSpectroscopy

核磁共振900MHzsuperconductingNMRsystematYokohamaUniversityMedicalandbiomedicalapplications(3)MRI:MagneticResonanceImaging

MRIsystemscanbeusedasastandarddiagnostictoolinhospitals.Apatientgoesforscanninghisbodyanddifferenttissuesinthebodyshowsuponthescreenwell.磁共振圖象儀(4)磁心動(dòng)描記儀MCG：MagnetocardiographyMedicalandbiomedicalapplications(5)磁腦掃描儀(1)Superconductingcablesforathree-phasepowerElectricgenerators&EnergystorageBSCCOrace-trackcoilfora400kWsynchronousmotoroperatedaroundLNetemperatureBSCCOrace-trackcoil(2)Superconductingcoilformotor(3)FaultcurrentlimiterHTSfaultcurrentlimiterbasedonmelt-castBSSCO,systemdesignandlaboratorytest(4)HTSgeneratorsElectricgeneratorsmadewithsuperconductingwire(1)SuperconductingcavitiesforacceleratorsHF(highfrequencyapplications)(2)SuperconductingfiltersforCellular-Base-StationReceivers(1)FusionresearchBasedonLTStechnology,agreatvarietyofdifferentshapesandsizesforhigh-fieldcoilsareavailabletoday.MagnetsSuperconductingSuper-