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什么叫做高温超导材料???

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解决时间 2021-03-23 07:14
什么叫做高温超导材料???
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1911年,荷兰物理学家昂尼斯(1853~1926)发现,水银的电阻率并不象预料的那样随温度降低逐渐减小,而是当温度降到4.15K附近时,水银的电阻突然降到零。某些金属、合金和化合物,在温度降到绝对零度附近某一特定温度时,它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象,能够发生超导现象的物质叫做超导体。超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度)TC。现已发现大多数金属元素以及数以千计的合金、化合物都在不同条件下显示出超导性。如钨的转变温度为0.012K,锌为0.75K,铝为1.196K,铅为7.193K。
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某种东西达到一定温度从而使电阻为0``
超导技术的研究是当代科技中的一项重大课题。随着“低温”超导材料研究开发难度的增大,兴起了“高温”超导材料的研究开发。
   早在1911年,荷兰科学家昂尼斯用液氮冷却水银,当温度降到-2690C左右时,发现水银的电阻空气完全消失,这种现象称为“超导”现象,所有具有这种零电阻的材料称为超导体。由于超导体具有两大宏观特征,即零电阻和完全抗磁性,因而它可以输送大电流不发热,几乎不损耗能量。但是在1911年之后的70多年里,科学家所研制的超导体一直处在低温下,最高温度只有23.2K。直到80年代后期,发现了转变温度达35K的镧钡铜氧化物之后,世界性的“高温”超导材料的研究开发热才蓬勃发展起来。从1987年到现在,美、中、日三国都相继发现了转变温度100K的超导材料。当前,世界各国在高温超导材料研究方面竞争十分激烈,都希望率先找到常温条件下的高温超导材料。我国对超导材料的探索,以及相关的材料科学基础性研究方面一直保持或接近世界前沿。1998年7月24日,北京有色金属研究总院研制成功我国第一根由铋系高温超导材料制造的输电电缆,性能达到世界先进水平。
   高温超导材料的应用必将导致一场新的技术革命,其意义不亚于半导体材料。这是因为超导材料的应用领域较广:①电力输送。可以不加压输电,电能损失可减少10%以上,电费开支可节省15%以上。据测算,单是超导输电的实现就可使美国一年节省价值100亿美元的电力。②受控热核聚变反应装置。其反应过程中的温度高达1亿摄氏度,目前还没有任何装置能约束这种极高温的反应过程,而将来用超导体产生的超强磁场可有效地控制这种反应过程。③超导磁悬浮列车。这种列车打破了传统的轮轨接触方式,它是在没有轮子的车厢上和轨道上安置线圈,电流通过时使之产生相斥的磁场将车厢抬起悬浮状,以线形电机推动车厢前进。这种列车没有轮轨接触滚动的阻力,列车行驶速度大大提高,时速可达500多公里。如北京到广州,只需要4个多小时。另外,用超导电动汽车取代燃油汽车,全世界每年可节省燃油10亿吨以上,并可大大减少噪音和环境污染。④超导电子计算机。用超导芯片将大大提高计算机的运算速度,并减少体积。美国IBM公司研制的一台运算速度为8000万次/秒的超导计算机,体积只有一部电话机大小,其元件不发热,可长时间高效率运行。
具有高临界转变温度(Tc)能在液氮温度条件下工作的超导材料。因主要是氧化物材料,故又称高温氧化物超导材料。高温超导材料不但超导转变温度高,而且成分多是以铜为主要元素的多元金属氧化物,氧含量不确定,具有陶瓷性质。氧化物中的金属元素(如铜)可能存在多种化合价,化合物中的大多数金属元素在一定范围内可以全部或部分被其他金属元素所取代,但仍不失其超导电性。除此之外,高温超导材料具有明显的层状二维结构,超导性能具有很强的各向异性。
  已发现的高温超导材料按成分分为含铜的和不含铜的 。含铜超导材料有镧钡铜氧体系(Tc=35~40K)、钇钡铜氧体系(按钇含量不同 ,T发生复化。最低为20K ,高可超过90K)、铋锶钙铜氧体系 (Tc=10~110K)、铊钡钙铜氧体系(Tc=125K) 、铅锶钇铜氧体系 (Tc约70K) 。不含铜超导体主要是钡钾铋氧体系( Tc约30K) 。已制备出的高温超导材料有单晶、多晶块材,金属复合材料和薄膜。高温超导材料的上临界磁场高,具有在液氦以上温区实现强电应用的潜力。
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