超导材料_百度百科
超导材料，是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。
超导材料技术原理
超导材料处于时电阻为零，能够无地传输。如果用在超导环中引发感应电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。
超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。
外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度，以Tc表示。Tc值因材料不同而异。已测得超导材料的最低Tc是钨，为0.012K。到1987年，临界温度最高值已提高到100K左右。
使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的，以Hc表示。Hc与温度T 的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0为0K时的临界磁场。
临界电流和临界电流密度
超导体的临界温度Tc与其同位素质量M有关。M越大，Tc越低，这称为同位素效应。例如，为199.55的汞同位素，它的Tc是4.18开，而原子量为203.4的汞同位素，Tc为4.146开。
通过超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破坏而转变为正常态，以Ic表示。Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。单位截面积所承载的Ic称为临界电流密度，以Jc表示。
超导材料的这些参量限定了应用材料的条件，因而寻找高参量的新型超导材料成了人们研究的重要课题。以Tc为例，从1911年荷兰物理学家H.开默林－昂内斯发现(Hg，Tc=4.2K)起，直到1986年以前，人们发现的最高的 Tc才达到23.2K(Nb3Ge，1973)。1986年瑞士物理学家K.A.米勒和物理学家J.G.贝德诺尔茨发现了氧化物的超导电性，从而将Tc提高到35K。之后仅一年时间，新材料的Tc已提高到100K左右。这种突破为超导材料的应用开辟了广阔的前景，米勒和贝德诺尔茨也因此荣获1987年金。
超导材料主要产品
在常压下有28种元素具超导电性，其中铌（Nb）的Tc最高，为9.26K。电工中实际应用的主要是铌和铅(Pb，Tc=7.201K)，已用于制造超导交流电力电缆、高Q值腔等。②
超导材料合金材料
超导元素加入某些其他元素作合金成分，
超导材料性质研究
可以使超导材料的全部性能提高。如最先应用的(Nb-75Zr)，其Tc为10.8K，Hc为8.7特。继后发展了，虽然Tc稍低了些，但Hc高得多，在给定承载更大电流。其性能是Nb-33Ti，Tc=9.3K，Hc=11.0特；Nb-60Ti，Tc=9.3K，Hc=12特(4.2K)。，性能进一步提高，Nb-60Ti-4Ta的性能是，Tc=9.9K，Hc=12.4特（4.2K）；Nb-70Ti-5Ta的性能是，Tc=9.8K，Hc=12.8特。
超导材料化合物
超导元素与其他元素化合常有很好的超导性能。如已大量使用的Nb3Sn，其Tc=18.1K，Hc=24.5特。其他重要的超导化合物还有V3Ga，Tc=16.8K，Hc=24特；Nb3Al，Tc=18.8K，Hc=30特。
例如：超导陶瓷
20世纪80年代初，米勒和贝德诺尔茨开始注意到某些氧化物陶瓷材料可能有超导电性，他们的小组对一些材料进行了试验，于1986年在镧－钡－铜－氧化物中发现了Tc=35K的超导电性。1987年，中国、美国、日本等国科学家在钡－钇－铜氧化物中发现Tc处于温区有超导电性，使超导陶瓷成为极有发展前景的超导材料。
超导材料科学研究
1.非常规超导体磁通动力学和超导机理
主要研究混合态区域的磁通线运动的机理，不可逆线性质、起因及其与磁场和温度的关系，临界电流密度与磁场和温度的依赖关系及。超导机理研究侧重于研究正常态在强磁场下的磁阻、、涨落效应、面的性质以及T&Tc时用强磁场破坏超导达到正常态时的输运性质等。对有望表现出高温超导电性的体系象有机超导体等以及在强电方面具有广阔应用前景的低温超导体等，也将开展其在强磁场下的性质研究。
2.强磁场下的低维凝聚态特性研究
低维性使得低维体系表现出三维体系所没有的特性。低维不稳定性导致了多种有序相。强磁场是揭示低维凝聚态特性的有效手段。主要研究内容包括：有机铁磁性的结构和来源
可用作超导材料的金属在周期表上的分布
；有机（包括）超导体的机理和磁性；强磁场下中非线性元激发的特异属性；低维的相变和磁相互作用；有机导体在磁场中的输运和载流子特性；磁场中的和费米面特征等。
3.强磁场下的半导体材料的光、电等特性
强磁场技术对半导体科学的发展愈益变得重要，因为在各种物理因素中，外磁场是唯一在保持不变的情况下改变空间对称性的物理因素，因而在半导体能带结构研究以及元激发及其互作用研究中，磁场有着特别重要的作用。通过对强磁场下的光、电等特性开展实验研究，可进一步理解和把握半导体的光学、电学等，从而为制造具有各种功能的半导体器件并发展高科技作基础性探索。
4.强磁场下极微细尺度中的物理问题
极微细尺度体系中出现许多常规材料不具备的新现象和奇异特性，这与这类材料的微结构特别是电子结构密切相关。强磁场为研究极微细尺度体系的电子态和输运特性提供强有力的手段，不但能进一步揭示这类材料在常规条件下难以出现的奇异现象，而且为在更深层次下认识其物理特性提供丰富的科学信息。主要研究强磁场下极微细尺度金属、半导体等的电子输运、电子局域和关联特性；、量子限域效应、和表面、界面效应；以及极微细尺度氧化物、碳化物和氮化物的光学特性及能隙等。
5.强磁场化学
强磁场对和核自旋的作用，可导致相应的松弛，造成新键生成的有利条件，诱发一般条件下无法实现的物理化学变化，获得原来无法制备的新材料和新化合物。强磁场化学是应用基础性很强的新领域，有一系列理论课题和广泛应用前景。贡献。八十年代的一个概念上的重要进展是和分数量子霍耳效应的发现。这是在强磁场下研究二维电子气的输运现象时发现的（获85年）。量子霍尔效应和的发现激起物理学家探索其起源的热情，并在建立电阻的自然基准，精确测定e，h和(=e2/h(0c等应用方面，已显示巨大意义。高温超导电性机理的最终揭示在很大程度上也将依赖于人们在强磁场下对高温超导体性能的探索。
熟悉物理学史的人都清楚，由固体物理学演化为学，其重要标志就在于其研究对象的日益扩大，从周期结构延伸到非周期结构，从三维晶体拓宽到低维和，乃至分数维体系。这些新对象展示了大量新的特性和，物理机理与传统的也大不相同。这些新对象的产生以及对新效应、新现象的解释使得得以不断的丰富和发展。在此过程中，极端条件一直起着至关重要的作用，因为极端条件往往使得某些因素突出出来而同时抑制其它因素，从而使原本很复杂的过程变得较为简单，有利于直接了解物理本质。
相对于其它极端条件，强磁场有其自身的特色。强磁场的作用是改变一个系统的物理状态，即改变（）和带电粒子的轨道运动，因此，也就改变了的状态。正是在这点上，强磁场不同于物理学的其他一些比较昂贵的手段，如和，它们没有改变所研究系统的物理状态。磁场可以产生新的，并导致新的特性，而这种新的物理环境和新的物理特性在没有磁场时是不存在的。低温也能导致新的物理状态，如超导电性和相变，但强磁场极不同于低温，它比低温更有效，这是因为磁场使带电的和磁性粒子的远动和能量，并破坏时间反演对称性，使它们具有更独特的性质。
强磁场可以在保持晶体结构不变的情况下改变动量空间的对称性，这对固体的能带结构以及元激发及其互作用等研究是非常重要的。固体复杂的结构正是利用强磁场使得电子和在特定方向上的自由运动从而导致和磁阻的振荡这一原理而得以证实的。固体中的费米面结构及特征研究一直是领域中的前沿课题。当今凝聚态物理基础研究的许多重大热点都离不开强磁场这一极端条件，甚至很多是以强磁场下的研究作为基础。如波色凝聚只发生在动量空间，要在实空间中观察到此现象必需在非均匀的强磁场中才得以可能。又如高温超导的机理问题、量子霍尔效应研究、纳米材料和介观物体中的物理问题、的物理起因、有机铁磁性的结构和来源、有机（包括富勒烯〕超导体的机理和磁性、低维磁性材料的相变和磁相互作用、固体中的能带结构和特征以及元激发及其互作用研究等等，强磁场下的研究工作将有助于对这些问题的正确认识和揭示，从而促进凝聚态物理学的进一步发展和完善。
带电粒子象电子、离子等以及某些极性分子的运动在磁场特别是在强磁场中会产生根本性变化。因此，研究强磁场对化学反应过程、表面催化过程、材料特别是磁性材料的生成过程、生物效应以及的生成过程等的影响，有可能取得新的发现，产生交叉学科的新课题。强磁场应用于为新的功能材料的开发另辟新径，这方面的工作在国外备受重视，在国内也开始有所要求。高温超导体也正是因为在的强电领域中蕴藏着不可估量的应用前景才引起科技界乃至各国政府的高度重视。因此，强磁场下的物理、化学等研究，无论是从基础研究的角度还是从应用角度考虑都具有非常重要的科学和技术上的意义，通过这一研究，不仅有助于将当代的基础性研究向更深层次开拓，而且还会对国民经济的发展起着重要的推动作用。
超导材料发展历史
1911年，荷兰物理学家()发现，的并不像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，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(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，为1.196K，铅为7.193K。
超导体得天独厚的特性，使它可能在各种领域得到广泛的应用。但由于早期的超导体存在于极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。人们一直在探索，从1911年到1986年，75年间从水银的4．2K提高到的23．22K，才提高了19K。
1986年，体的研究取得了重大的突破。掀起了以研究金属氧化物陶瓷材料为对象，以寻找高临界温度为目标的“超导热”。全世界有260多个实验小组参加了这场竞赛。
1986年1月，美国国际商用机器公司设在实验室科学家柏诺兹和首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体，将超导温度提高到30K；紧接着，日本工学部又将超导温度提高
超导材料应用
到37K；美国宣布，美籍华裔科学家又将超导温度提高到40．2K。
1987年1月初，日本川崎国立分子研究所将超导温度提高到43K；不久日本综合电子研究所又将超导温度提高到46K和53K。由、领导的研究组，获得了48．6K的锶镧铜氧系超导体，并看到这类物质有在70K发生转变的迹象。2月15日美国报道朱经武、获得了98K超导体。2月20日，中国也宣布发现100K以上超导体。3月3日，日本宣布发现123K超导体。3月12日中国成功地用进行超导实验。3月27日美国华裔科学家又发现在氧化物超导材料中有转变温度为240K的超导迹象。很快工学部发现由、、铜、组成的陶瓷材料在14℃温度下存在超导迹象。高温超导体的巨大突破，以液态氮代替液态氦作超导获得超导体，使走向大规模开发应用。氮是空气的主要成分，液氮制冷机的效率比液氦至少高10倍，所以液氮的价格实际仅相当于液氦的1/100。液氮制冷设备简单，因此，现有的高温超导体虽然还必须用液氮冷却，但却被认为是20世纪科学上最伟大的发现之一。
超导材料应用领域
超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向人类展示了诱人的应用前景。但要实际应用超导材料又受到一系列因素的制约，这首先是它的临界参量，其次还有材料制作的工艺等问题（例如脆性的超导陶瓷如何制成柔细的线材就有一系列工艺问题）。到80年代，超导材料的应用主要有：①利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等；可制作电力电缆，用于大容量输电（功率可达10000MVA）；可制作通信电缆和天线，其性能优于常规材料。②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦和轴承。③利用可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比高性能的快10～20倍，功耗只有四分之一。
超导材料研发产品
日，日本物质材料研究机构研究小组研究、合成了含有金和硅元素的新型超导化合物。[1]
研究小组在1500度、6万个大气压的高温高压条件下，使金和硅以及二硅化锶等发生化学反应，生成了被称为“SrAuSi3”的新型超导体，在1.6K绝对温度下达到超导状态。经理论计算分析，该新型超导体电子结构与原子序号较大的金元素相比，电子数有增加、电子磁性和自旋轨道耦合均较强，属于BaNiSn3构造的化合物。该研究成果已在美国化学学会主编的《材料化学》上发表。[1]
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德国发布新闻公报:硫化氢创下超导临界温度最高纪录
[导读]&德国马克斯·普朗克协会化学研究所日前发布新闻公报说,其研究人员发现,高压下的硫化氢会在零下70摄氏度时失去对电流的阻碍能力,超导临界温度的最高纪录由此被刷新。
硫化氢创下超导临界温度最高纪录
新华社柏林8月19日电&（记者郭洋）德国马克斯·普朗克协会化学研究所日前发布新闻公报说，其研究人员发现，高压下的硫化氢会在零下70摄氏度时失去对电流的阻碍能力，超导临界温度的最高纪录由此被刷新。
超导体在一定低温条件下会出现电阻为零的现象。使超导体电阻为零的温度，叫做超导临界温度。此前的纪录是铜氧化物超导材料的超导临界温度最高，其中一种材料在高压下的超导临界温度可达零下109摄氏度。
不过，德国科学家在新一期学术期刊《自然》上报告说，他们发现在150万巴（约合148万个标准大气压）的压强下，硫化氢可在零下70摄氏度的“高温”下呈现超导性。150万巴的高压相当于地核内部压强的一半。
研究人员认为，硫化氢在高压及较高温度下呈现超导性主要与氢原子有关，并由此推测，携带氢原子较多的物质，其超导临界温度可能较高。目前，他们已针对纯氢开展实验，但要创造压强巨大的环境非常困难。
迄今，硫化氢等传统超导体的超导临界温度一直被认为低于零下234摄氏度，超导临界温度较高的铜氧化物属于特殊的非传统超导体。
研究人员表示，针对硫化氢的超导实验不仅创下超导临界温度的最高纪录，还首次验证了超导临界温度较高的传统超导体的存在。他们期待通过进一步研究，找到在常温下也能电阻为零的超导体。
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临界温度Tc是指材料产生超导现象的最高温度。
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