「超导体」修訂間的差異檢視原始碼討論檢視歷史
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| − | '''超导体'''又称为超导材料，指在某一温度下，电阻为零的导体。在实验中，若导体电阻的测量值低于10-25欧，可以认为电阻为零。<ref>[http://m.elecfans.com/article/787862.html 超导体是什么],电子发烧友网，2018-09-27</ref> | + | '''超导体'''又称为超导材料，指在某一[[ 温度]] 下，[[ 电阻]] 为零的导体。在实验中，若[[ 导体]] 电阻的测量值低于10-25欧，可以认为电阻为零。<ref>[http://m.elecfans.com/article/787862.html 超导体是什么],电子发烧友网，2018-09-27</ref> |
超导体具有三个基本特性：完全电导性、完全抗磁性、通量量子化。 | 超导体具有三个基本特性：完全电导性、完全抗磁性、通量量子化。 | ||
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外文名：superconductor | 外文名：superconductor | ||
| − | 别名：超导材料 | + | 别名：[[ 超导材料]] |
特性：零电阻和抗磁性 | 特性：零电阻和抗磁性 | ||
==概述== | ==概述== | ||
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| − | 超导体 | + | 超导体又称为超导材料，指在某一[[ 温度]] 下，[[ 电阻]] 为零的[[ 导体]] 。超导体具有三个基本特性，即完全电导性、完全抗磁性、通量[[ 量子]] 化。基于超导体的特殊性质，超导体应用可分为强电应用、弱电应用和抗磁性应用。强电应用主要为超导发电、输电和储能，弱电应用主要为超导[[ 计算机]] 、超导微波器件等，抗磁性应用主要为[[ 磁悬浮列车]] 、热[[ 核聚变]] 反应堆等。目前超导体已应用于包括导限流器、超导[[ 电缆]] 、超导[[ 变压器]] 、医院使用的超导[[ 核磁共振]] 成像仪以及磁悬浮列车等领域。 |
超导材料可以时间超高速，低噪音，低功率。可以用在导弹，潜艇，电磁，微波，毫米波。更直接的就是电磁炮和电磁弹射。 | 超导材料可以时间超高速，低噪音，低功率。可以用在导弹，潜艇，电磁，微波，毫米波。更直接的就是电磁炮和电磁弹射。 | ||
| − | 低温超导可以成倍率提高计算机速度。可以制造体积，质量，功率更大的电动机作为动力安装在各类载具上。每一次人类科技的高速发展都离不开新材料。<ref>[http://dy.163.com/v2/article/detail/CRIOG3JP0514E30D.html 下游应用不断扩展 超导材料市场爆发在即],网易网，2017-08-11</ref> | + | 低温超导可以成倍率提高[[ 计算机]][[ 速度]] 。可以制造[[ 体积]] ，[[ 质量]] ，[[ 功率]] 更大的[[ 电动机]] 作为动力安装在各类载具上。每一次人类科技的高速发展都离不开新材料。<ref>[http://dy.163.com/v2/article/detail/CRIOG3JP0514E30D.html 下游应用不断扩展 超导材料市场爆发在即],网易网，2017-08-11</ref> |
==发现历史== | ==发现历史== | ||
| − | [[ File:T0121d389a452802044.jpg|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99&src=srp&correct=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99&ancestor=list&cmsid=365b032fdddbf64e241a8597017b2dfe&cmras=0&cn=0&gn=0&kn=0&fsn=80&adstar=0&clw=254#id=b93bd9f18b8cade6462c78dd44203029&currsn=0&ps=69&pc=69 原圖鏈接][https://www.so.com/s?src=lm&ls=s112c46189d&q=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99&lmsid=3491fd57c3d9f4fa&lm_extend=ctype%3A3 自360搜索] | + | [[ File:T0121d389a452802044.jpg|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99&src=srp&correct=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99&ancestor=list&cmsid=365b032fdddbf64e241a8597017b2dfe&cmras=0&cn=0&gn=0&kn=0&fsn=80&adstar=0&clw=254#id=b93bd9f18b8cade6462c78dd44203029&currsn=0&ps=69&pc=69 原圖鏈接][https://www.so.com/s?src=lm&ls=s112c46189d&q=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99&lmsid=3491fd57c3d9f4fa&lm_extend=ctype%3A3 自360搜索]]] |
| − | 1911年，荷兰莱顿大学的卡末林—昂内斯意外地发现，将汞冷却到-268.98℃时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林—昂内斯称之为超导态。由于这一发现他获得了1913年诺贝尔奖。 | + | 1911年，[[ 荷兰]] 莱顿大学的卡末林—昂内斯意外地发现，将汞冷却到-268.98℃时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多[[ 金属]] 和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去[[ 电阻]] 的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林—昂内斯称之为超导态。由于这一发现他获得了1913年[[ 诺贝尔奖]] 。 |
| − | 为了证实（超导体）电阻为零，科学家将一个铅制的圆环，放入温度低于Tc=7.2K的空间，利用电磁感应使环内激发起感应电流。结果发现，环内电流能持续下去，从1954年3月16日始，到1956年9月5日止，在两年半的时间内的电流一直没有衰减，这说明圆环内的电能没有损失。 | + | 为了证实（超导体）[[ 电阻]] 为零，科学家将一个铅制的圆环，放入[[ 温度]] 低于Tc=7.2K的空间，利用[[ 电磁感应]] 使环内激发起感应[[ 电流]] 。结果发现，环内电流能持续下去，从1954年3月16日始，到1956年9月5日止，在两年半的时间内的电流一直没有衰减，这说明圆环内的电能没有损失。 |
| − | 为了使超导材料有实用性，人们开始了探索高温超导的历程，从1911年至1986年，超导温度由水银的4.2K提高到23.22K（K开尔文温标，起点为绝对零度）。1986年1月发现钡镧铜氧化物超导温度是30K，12月30日，又将这一纪录刷新为40.2K。1987年1月升至43K，不久又升至46K和53K，2月15日发现了98K超导体。高温超导体取得了巨大突破，使超导技术走向大规模应用。 | + | 为了使超导材料有实用性，人们开始了探索高温超导的历程，从1911年至1986年，超导温度由[[ 水银]] 的4.2K提高到23.22K（K开尔文温标，起点为绝对零度）。1986年1月发现钡镧铜氧化物超导[[ 温度]] 是30K，12月30日，又将这一纪录刷新为40.2K。1987年1月升至43K，不久又升至46K和53K，2月15日发现了98K超导体。高温超导体取得了巨大突破，使超导技术走向大规模应用。 |
| − | 超导材料的零电阻特性可以用来输电和制造大型磁体。超高压输电会有很大的损耗，而利用超导体则可最大限度地降低损耗，但由于临界温度较高的超导体还未进入实用阶段，从而限制了超导输电的采用。随着技术的发展，新超导材料的不断涌现，超导输电的希望能在不久的将来得以实现。现有的高温超导体还处于必须用液态氮来冷却的状态，但它仍旧被认为是20世纪最伟大的发现之一。 | + | 超导材料的零[[ 电阻]] 特性可以用来输电和制造大型磁体。超高压输电会有很大的损耗，而利用超[[ 导体]] 则可最大限度地降低损耗，但由于临界温度较高的超导体还未进入实用阶段，从而限制了超导输电的采用。随着技术的发展，新超导材料的不断涌现，超导输电的希望能在不久的将来得以实现。现有的高温超导体还处于必须用液态氮来冷却的状态，但它仍旧被认为是20世纪最伟大的发现之一。 |
| − | 1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质——当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。 | + | 1933年，[[ 荷兰]] 的[[ 迈斯纳]] 和[[ 奥森菲尔德]] 共同发现了超导体的另一个极为重要的性质——当[[ 金属]] 处在超导状态时，这一超导体内的[[ 磁感应强度]] 为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围的[[ 磁场]] 突然发生变化，[[ 磁力线]] 似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。 |
| − | 超导是指导电材料在温度接近绝对零度的时候，物体分子热运动下材料的电阻趋近于0的性质。“超导体”是指能进行超导传输的导电材料。零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。人类最初发现物体的超导现象是在1911年。当时荷兰科学家卡·翁纳斯等人发现，某些材料在极低的温度下，其电阻完全消失，呈超导状态。使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。<ref>[http://m.elecfans.com/article/787862.html 超导体是什么],电子发烧友网，2018-09-27</ref> | + | 超导是指导电材料在[[ 温度]] 接近绝对零度的时候，物体[[ 分子]] 热运动下材料的[[ 电阻]] 趋近于0的性质。“超导体”是指能进行超导传输的导电材料。零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性。人类最初发现物体的超导现象是在1911年。当时荷兰科学家[[ 卡·翁纳斯]] 等人发现，某些材料在极低的温度下，其电阻完全消失，呈超导状态。使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。<ref>[http://m.elecfans.com/article/787862.html 超导体是什么],电子发烧友网，2018-09-27</ref> |
==超导原理== | ==超导原理== | ||
[[File:T01965dd7f6f84da633.jpg|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99%E7%9A%84%E5%BA%94%E7%94%A8&src=srp&correct=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99%E7%9A%84%E5%BA%94%E7%94%A8&ancestor=list&cmsid=8db62e72c14cf94c208d11569070b070&cmras=0&cn=0&gn=0&kn=0&fsn=60&adstar=0&clw=254#id=e3b1c145e29bcbb6defac9ce676a666f&currsn=0&ps=58&pc=58 原圖鏈接][http://www.qikan.com/article/clcy20170204.html 来自龙源期刊网]]] | [[File:T01965dd7f6f84da633.jpg|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99%E7%9A%84%E5%BA%94%E7%94%A8&src=srp&correct=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99%E7%9A%84%E5%BA%94%E7%94%A8&ancestor=list&cmsid=8db62e72c14cf94c208d11569070b070&cmras=0&cn=0&gn=0&kn=0&fsn=60&adstar=0&clw=254#id=e3b1c145e29bcbb6defac9ce676a666f&currsn=0&ps=58&pc=58 原圖鏈接][http://www.qikan.com/article/clcy20170204.html 来自龙源期刊网]]] | ||
| − | 在很低的温度下，物体的核外电子速率降低，达到临界温度，价电子运转速率越来越低。核心习惯于高温下的核外电子快速运转，价和电子运转缓慢，造成了原子暂时缺失价电子的现象。核心就挪用相邻核心的价电子，相邻核心又挪用，所有的核心都向某一方向近邻挪用，于是形成外层电子公用。这种核外层电子公用的状态就是物质的超导态，核外层电子处于公用的状态的物体就是超导体。 | + | 在很低的[[ 温度]] 下，物体的核外[[ 电子]] 速率降低，达到临界温度，价电子运转速率越来越低。核心习惯于高温下的核外电子快速运转，价和电子运转缓慢，造成了原子暂时缺失价电子的现象。核心就挪用相邻核心的价电子，相邻核心又挪用，所有的核心都向某一方向近邻挪用，于是形成外层电子公用。这种核外层电子公用的状态就是物质的超导态，核外层电子处于公用的状态的物体就是超导体。 |
| − | 温度降低，电子运转缓慢，超导体内形成了较大的电子空位，电压波畅通。价电子在电压波作用下顺势移动，形成了核外电子公用的电子流——超导电流。核心把外来（公用）的电子流当成自己所需求的电子一部分，用核心的库仑力去顺势输运它，让其在自己身边流过，于是超导电流不仅不受到阻力，而且还获得了一份来自核心的输运力。在原子库仑力的接力输送下，电子畅通无阻，形成了电阻为零的超导现象。<ref>[http://news.zxxk.com/article/767887.html 超导体导电原理],学科网，2018-07-13</ref> | + | 温度降低，电子运转缓慢，超导体内形成了较大的[[ 电子]] 空位，[[ 电压]] 波畅通。价电子在电压波作用下顺势移动，形成了核外电子公用的电子流——超导[[ 电流]] 。核心把外来（公用）的电子流当成自己所需求的电子一部分，用核心的库仑力去顺势输运它，让其在自己身边流过，于是超导电流不仅不受到阻力，而且还获得了一份来自核心的输运力。在原子库仑力的接力输送下，电子畅通无阻，形成了[[ 电阻]] 为零的超导现象。<ref>[http://news.zxxk.com/article/767887.html 超导体导电原理],学科网，2018-07-13</ref> |
==特性== | ==特性== | ||
| − | 1.零电阻：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场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。 | + | 1.零电阻：超导材料处于超导态时[[ 电阻]] 为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场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。 |
| − | 2.具有抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。 | + | 2.具有抗磁性：超导材料处于超导态时，只要外加[[ 磁场]] 不超过一定值，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。 |
| − | 3.具有临界温度：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。<ref>[http://www.elecfans.com/xinkeji/1008259.html 超导材料的分类_超导材料的优点和不足],电子发烧友网，2019年08月01日</ref> | + | 3.具有临界[[ 温度]] ：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。<ref>[http://www.elecfans.com/xinkeji/1008259.html 超导材料的分类_超导材料的优点和不足],电子发烧友网，2019年08月01日</ref> |
==种类== | ==种类== | ||
| − | [[ File: | + | [[ File:UsIkAz5jqgYYp3RqMWa5ckIOJ3dg6FQyd4X=G2SuPVnGT1502437541058.jpg|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99&src=srp&correct=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99&ancestor=list&cmsid=365b032fdddbf64e241a8597017b2dfe&cmras=0&cn=0&gn=0&kn=0&fsn=80&adstar=0&clw=254#id=33aa543d0489eea384c3becb896ac002&currsn=0&ps=69&pc=69 原圖鏈接][http://dy.163.com/v2/article/detail/CRIOG3JP0514E30D.html 来自 网易]]] |
1、温超导材料 | 1、温超导材料 | ||
| − | 低温超导材料是具有低临界转变温度(Tc<3OK=在液氦温度条件下工作)的超导材料，分为金属、合金和化合物。具有实用价值的低温超导金属是 Nb(铌)，Tc 为 9.3K 已制成薄膜材料用于弱电领域。低温超导材料一般都需在昂贵的液氦 | + | 低温超导材料是具有低临界转变温度(Tc<3OK=在液氦温度条件下工作)的超导材料，分为[[ 金属]] 、合金和化合物。具有实用价值的低温超导金属是 Nb(铌)，Tc 为 9.3K 已制成薄膜材料用于弱电领域。低温超导材料一般都需在昂贵的液氦 |
环境下工作,由于液氦制冷的方法昂贵且不方便，故低温超导体的应用长期得不到大规模的发展。 | 环境下工作,由于液氦制冷的方法昂贵且不方便，故低温超导体的应用长期得不到大规模的发展。 | ||
2、温超导体材料(HTS) | 2、温超导体材料(HTS) | ||
| − | 高温超导体材料具有比低温超导体更高的临界磁场和临界电流，是更接近实际应用的超导材料，特别是在低温下的性能比传统超导体高得多。空穴配对是高温超导体的一个基本特征。高温超导材料又分为氧化物超导体（如 YBa 2 Cu 3 O 7-x ），非晶超导材料，复合超导材料（如超导线带材料），重费米子超导体（如 CeCu 2 Si 2 ）和有机超导材料。<ref>[http://www.chem17.com/company_news/Detail/801722.html 超导材料有哪些种类和应用？],化工仪器网，2017-02- | + | 高温超导体材料具有比低温超导体更高的临界磁场和临界电流，是更接近实际应用的超导材料，特别是在低温下的性能比传统超[[ 导体]] 高得多。空穴配对是高温超导体的一个基本特征。高温超导材料又分为氧化物超导体（如 YBa 2 Cu 3 O 7-x ），非晶超导材料，复合超导材料（如超导线带材料），重费米子超导体（如 CeCu 2 Si 2 ）和有机超导材料。<ref>[http://www.chem17.com/company_news/Detail/801722.html 超导材料有哪些种类和应用？],化工仪器网，2017-02-20</ref> |
==应用== | ==应用== | ||
| − | [[ File:31300543319869144049166182432.jpg|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99&src=srp&correct=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99&ancestor=list&cmsid=365b032fdddbf64e241a8597017b2dfe&cmras=0&cn=0&gn=0&kn=0&fsn=80&adstar=0&clw=254#id=00e9003ee12bb46f60b9a2c5535e88a5&currsn=0&ps=69&pc=69 原圖鏈接][https://www.so.com/s?src=lm&ls=s112c46189d&q=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99&lmsid=2a925d550b72f354&lm_extend=ctype%3A3 来自360搜索] | + | [[ File:31300543319869144049166182432.jpg|缩略图|250px|[https://image.so.com/view?q=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99&src=srp&correct=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99&ancestor=list&cmsid=365b032fdddbf64e241a8597017b2dfe&cmras=0&cn=0&gn=0&kn=0&fsn=80&adstar=0&clw=254#id=00e9003ee12bb46f60b9a2c5535e88a5&currsn=0&ps=69&pc=69 原圖鏈接][https://www.so.com/s?src=lm&ls=s112c46189d&q=%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99&lmsid=2a925d550b72f354&lm_extend=ctype%3A3 来自360搜索]]] |
| − | 超导体的应用可分为三类：强电应用、弱电应用和抗磁性应用。强电应用即大电流应用，包括超导发电、输电和储能；弱电应用即电子学应用，包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性应用主要包括磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。 | + | 超导体的应用可分为三类：强电应用、弱电应用和抗磁性应用。强电应用即大电流应用，包括超导发电、输电和储能；弱电应用即电子学应用，包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性应用主要包括[[ 磁悬浮列车]] 和热核聚变反应堆等。 |
1、强电应用 | 1、强电应用 | ||
| − | 超导发电机：目前，超导发电机有两种含义。一种含义是将普通发电机的铜绕组换成超导体绕组，以提高电流密度和磁场强度，具有发电容量大、体积小、重量轻、电抗小、效率高的优势。另一种含义是指超导磁流体发电机，磁流体发电机具有效率高、发电容量大等优点，但传统磁体在发电过程中会产生很大的损耗，而超导磁体自身损耗小，可以弥补这一不足。 | + | 超导[[ 发电机]] ：目前，超导发电机有两种含义。一种含义是将普通发电机的铜绕组换成超[[ 导体]][[ 绕组]] ，以提高[[ 电流密度]] 和[[ 磁场强度]] ，具有发电容量大、[[ 体积]] 小、[[ 重量]] 轻、电抗小、效率高的优势。另一种含义是指超导磁流体[[ 发电机]] ，磁流体发电机具有效率高、发电容量大等优点，但传统磁体在发电过程中会产生很大的损耗，而超导磁体自身损耗小，可以弥补这一不足。 |
| − | 超导输电：由超导材料制作的超导电线和超导变压器，可以把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计，用铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗在输电线路上，光是在中国，每年的电力损失即达1000多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。 | + | 超导输电：由超导材料制作的超导电线和超导[[ 变压器]] ，可以把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计，用铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗在输电线路上，光是在中国，每年的电力损失即达1000多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型[[ 发电厂]] 。 |
2、弱电应用 | 2、弱电应用 | ||
| − | 超导计算机：高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列，但密集排列的电路在工作时会发生大量的热，而散热是超大规模集成电路面临的难题。超导计算机中的超大规模集成电路，其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作，不存在散热问题，同时计算机的运算速度大大提高。此外，科学家正研究用半导体和超导体来制造晶体管，甚至完全用超导体来制作晶体管。 | + | 超导[[ 计算机]] ：高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列，但密集排列的电路在工作时会发生大量的热，而散热是超大规模集成电路面临的难题。超导计算机中的超大规模集成电路，其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作，不存在散热问题，同时计算机的运算[[ 速度]] 大大提高。此外，科学家正研究用[[ 半导体]] 和超导体来制造[[ 晶体管]] ，甚至完全用超导体来制作[[ 晶体管]] 。 |
3、抗磁性应用 | 3、抗磁性应用 | ||
| − | 超导磁悬浮列车：利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。 | + | 超导磁悬浮列车：利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于[[ 磁体]] 的[[ 磁力线]] 不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。 |
| − | + | [[ 核聚变]] 反应堆“磁封闭体”：核聚变反应时，内部[[ 温度]] 高达1亿～2亿摄氏度，没有任何常规材料可以包容这些物质。而超导体产生的强磁场可以作为“磁封闭体”，将热核反应堆中的超高温等离子体包围、约束起来，然后慢慢释放，从而使受控核聚变能源成为21世纪前景广阔的新能源。<ref>[http://www.elecfans.com/d/787856.html 超导体的应用],电子发烧友网，2018-09-27 </ref> | |
==应用前景== | ==应用前景== | ||
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| − | 有用到电的地方都可以换成超导材料。把整个电网全部换成超导体就不用担心输电会损耗了，很远的地方甚至整个地球都可以组成一个电网。我们可以在海上造很多发电机，把这些电全部用起来，未来可以做超级省电的超级电网，这是可以实现的其实并不遥远。 | + | 有用到电的地方都可以换成超导材料。把整个电网全部换成超导体就不用担心输电会损耗了，很远的地方甚至整个地球都可以组成一个电网。我们可以在海上造很多[[ 发电机]] ，把这些电全部用起来，未来可以做超级省电的超级电网，这是可以实现的其实并不遥远。 |
| − | 把电脑芯片换成量子芯片，可以构造量子计算机。量子计算机可以实现的方法有很多，那么我们把芯片简单地换成超导的芯片，是最快捷最有可能实现的一个途径。量子计算机听起来很悬，好像离我们特别遥远，实际量子计算机已经悄悄地在我们生活里出现了。 | + | 把电脑芯片换成量子芯片，可以构造量子计算机。量子[[ 计算机]] 可以实现的方法有很多，那么我们把芯片简单地换成超导的芯片，是最快捷最有可能实现的一个途径。量子计算机听起来很悬，好像离我们特别遥远，实际量子计算机已经悄悄地在我们生活里出现了。 |
随着新型超导材料的不断发现与产业化进程加快，预计世界范围内到2020年超导产业产值将达到约1.5万亿元，其中高温超导应用将占60%-70%；超导材料为超导产业链核心、其成本约占超导产品价值的40%-50%。 | 随着新型超导材料的不断发现与产业化进程加快，预计世界范围内到2020年超导产业产值将达到约1.5万亿元，其中高温超导应用将占60%-70%；超导材料为超导产业链核心、其成本约占超导产品价值的40%-50%。 | ||
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超导行业发展将对超导材料产生大量需求，超导材料是超导行业的技术制高点。目前，国内超导研究与产业化水平居世界前列，超导技术取得百年来新突破有望为此行业带来巨大的变革，超导产业的万亿元市场爆发在即。 | 超导行业发展将对超导材料产生大量需求，超导材料是超导行业的技术制高点。目前，国内超导研究与产业化水平居世界前列，超导技术取得百年来新突破有望为此行业带来巨大的变革，超导产业的万亿元市场爆发在即。 | ||
| − | 超导体未来可能的应用包括超导发电机，发电机能以接近100%的效率将输入力，如核反应堆的高压蒸汽，转化成电力。物理学家计算表明，单是在欧洲的发电站里安装这些超导发电机，就可以每年减少5300万吨的碳排放。 | + | 超导体未来可能的应用包括超导[[ 发电机]] ，发电机能以接近100%的效率将输入力，如核反应堆的高压蒸汽，转化成电力。物理学家计算表明，单是在欧洲的发电站里安装这些超导发电机，就可以每年减少5300万吨的碳排放。 |
在未来十年里，超导体将成为一门大生意，全球超导体市场规模预计将在2020年达到380亿美元。截至2011年春，-138℃仍然是超导体所能达到的最高临界温度。我们的终极梦想是创造出能在室温下运作的超导体。 | 在未来十年里，超导体将成为一门大生意，全球超导体市场规模预计将在2020年达到380亿美元。截至2011年春，-138℃仍然是超导体所能达到的最高临界温度。我们的终极梦想是创造出能在室温下运作的超导体。 | ||
| − | 超导技术使过去很难实现的10万高斯的强磁场在现在变得实现起来相当容易。强大的超导磁体可以使观察分子、原子行为的高分辨率电子显微镜轻松制成。采用超导磁体的磁共振、人体扫描技术在医学诊断中的重要作用日益凸显。 | + | 超导技术使过去很难实现的10万高斯的强磁场在现在变得实现起来相当容易。强大的超导[[ 磁体]] 可以使观察[[ 分子]] 、[[ 原子]] 行为的高分辨率电子[[ 显微镜]] 轻松制成。采用超导磁体的磁共振、人体扫描技术在医学诊断中的重要作用日益凸显。 |
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| + | 总之，凡是需要强大均匀[[磁场]]之处，超导磁体都能成功地完成任务。现在一门实用性很强的学科—超导[[电子]]学正在迅速发展。它的发展必将给电子工业带来革命性的冲击。<ref>[https://xincailiao.ofweek.com/news/2019-06/ART-180424-8470-30385717.html 为什么说超导材料将改变未来世界？],新材料网，2019-06-03</ref> | ||
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於 2020年3月7日 (六) 17:27 的最新修訂
| 超導體 | |
|---|---|
超導體又稱為超導材料，指在某一溫度下，電阻為零的導體。在實驗中，若導體電阻的測量值低於10-25歐，可以認為電阻為零。[1]
超導體具有三個基本特性：完全電導性、完全抗磁性、通量量子化。
中文名：超導體
外文名：superconductor
別名：超導材料
特性：零電阻和抗磁性
概述
超導體又稱為超導材料，指在某一溫度下，電阻為零的導體。超導體具有三個基本特性，即完全電導性、完全抗磁性、通量量子化。基於超導體的特殊性質，超導體應用可分為強電應用、弱電應用和抗磁性應用。強電應用主要為超導發電、輸電和儲能，弱電應用主要為超導計算機、超導微波器件等，抗磁性應用主要為磁懸浮列車、熱核聚變反應堆等。目前超導體已應用於包括導限流器、超導電纜、超導變壓器、醫院使用的超導核磁共振成像儀以及磁懸浮列車等領域。
超導材料可以時間超高速，低噪音，低功率。可以用在導彈，潛艇，電磁，微波，毫米波。更直接的就是電磁炮和電磁彈射。
低溫超導可以成倍率提高計算機速度。可以製造體積，質量，功率更大的電動機作為動力安裝在各類載具上。每一次人類科技的高速發展都離不開新材料。[2]
發現歷史
1911年，荷蘭萊頓大學的卡末林—昂內斯意外地發現，將汞冷卻到-268.98℃時，汞的電阻突然消失；後來他又發現許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性，由於它的特殊導電性能，卡末林—昂內斯稱之為超導態。由於這一發現他獲得了1913年諾貝爾獎。
為了證實（超導體）電阻為零，科學家將一個鉛制的圓環，放入溫度低於Tc=7.2K的空間，利用電磁感應使環內激發起感應電流。結果發現，環內電流能持續下去，從1954年3月16日始，到1956年9月5日止，在兩年半的時間內的電流一直沒有衰減，這說明圓環內的電能沒有損失。
為了使超導材料有實用性，人們開始了探索高溫超導的歷程，從1911年至1986年，超導溫度由水銀的4.2K提高到23.22K（K開爾文溫標，起點為絕對零度）。1986年1月發現鋇鑭銅氧化物超導溫度是30K，12月30日，又將這一紀錄刷新為40.2K。1987年1月升至43K，不久又升至46K和53K，2月15日發現了98K超導體。高溫超導體取得了巨大突破，使超導技術走向大規模應用。
超導材料的零電阻特性可以用來輸電和製造大型磁體。超高壓輸電會有很大的損耗，而利用超導體則可最大限度地降低損耗，但由於臨界溫度較高的超導體還未進入實用階段，從而限制了超導輸電的採用。隨着技術的發展，新超導材料的不斷湧現，超導輸電的希望能在不久的將來得以實現。現有的高溫超導體還處於必須用液態氮來冷卻的狀態，但它仍舊被認為是20世紀最偉大的發現之一。
1933年，荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發現了超導體的另一個極為重要的性質——當金屬處在超導狀態時，這一超導體內的磁感應強度為零，卻把原來存在於體內的磁場排擠出去。對單晶錫球進行實驗發現：錫球過渡到超導態時，錫球周圍的磁場突然發生變化，磁力線似乎一下子被排斥到超導體之外去了，人們將這種現象稱之為「邁斯納效應」。
超導是指導電材料在溫度接近絕對零度的時候，物體分子熱運動下材料的電阻趨近於0的性質。「超導體」是指能進行超導傳輸的導電材料。零電阻和抗磁性是超導體的兩個重要特性。人類最初發現物體的超導現象是在1911年。當時荷蘭科學家卡·翁納斯等人發現，某些材料在極低的溫度下，其電阻完全消失，呈超導狀態。使超導體電阻為零的溫度，叫超導臨界溫度。[3]
超導原理
在很低的溫度下，物體的核外電子速率降低，達到臨界溫度，價電子運轉速率越來越低。核心習慣於高溫下的核外電子快速運轉，價和電子運轉緩慢，造成了原子暫時缺失價電子的現象。核心就挪用相鄰核心的價電子，相鄰核心又挪用，所有的核心都向某一方向近鄰挪用，於是形成外層電子公用。這種核外層電子公用的狀態就是物質的超導態，核外層電子處於公用的狀態的物體就是超導體。
溫度降低，電子運轉緩慢，超導體內形成了較大的電子空位，電壓波暢通。價電子在電壓波作用下順勢移動，形成了核外電子公用的電子流——超導電流。核心把外來（公用）的電子流當成自己所需求的電子一部分，用核心的庫侖力去順勢輸運它，讓其在自己身邊流過，於是超導電流不僅不受到阻力，而且還獲得了一份來自核心的輸運力。在原子庫侖力的接力輸送下，電子暢通無阻，形成了電阻為零的超導現象。[4]
特性
1.零電阻：超導材料處於超導態時電阻為零，能夠無損耗地傳輸電能。如果用磁場在超導環中引發感應電流，這一電流可以毫不衰減地維持下去。
2.具有抗磁性：超導材料處於超導態時，只要外加磁場不超過一定值，磁力線不能透入，超導材料內的磁場恆為零。
3.具有臨界溫度：外磁場為零時超導材料由正常態轉變為超導態（或相反）的溫度，以Tc表示。[5]
種類
1、溫超導材料
低溫超導材料是具有低臨界轉變溫度(Tc<3OK=在液氦溫度條件下工作)的超導材料，分為金屬、合金和化合物。具有實用價值的低溫超導金屬是 Nb(鈮)，Tc 為 9.3K 已製成薄膜材料用於弱電領域。低溫超導材料一般都需在昂貴的液氦 環境下工作,由於液氦製冷的方法昂貴且不方便，故低溫超導體的應用長期得不到大規模的發展。
2、溫超導體材料(HTS)
高溫超導體材料具有比低溫超導體更高的臨界磁場和臨界電流，是更接近實際應用的超導材料，特別是在低溫下的性能比傳統超導體高得多。空穴配對是高溫超導體的一個基本特徵。高溫超導材料又分為氧化物超導體（如 YBa 2 Cu 3 O 7-x ），非晶超導材料，複合超導材料（如超導線帶材料），重費米子超導體（如 CeCu 2 Si 2 ）和有機超導材料。[6]
應用
超導體的應用可分為三類：強電應用、弱電應用和抗磁性應用。強電應用即大電流應用，包括超導發電、輸電和儲能；弱電應用即電子學應用，包括超導計算機、超導天線、超導微波器件等；抗磁性應用主要包括磁懸浮列車和熱核聚變反應堆等。
1、強電應用
超導發電機：目前，超導發電機有兩種含義。一種含義是將普通發電機的銅繞組換成超導體繞組，以提高電流密度和磁場強度，具有發電容量大、體積小、重量輕、電抗小、效率高的優勢。另一種含義是指超導磁流體發電機，磁流體發電機具有效率高、發電容量大等優點，但傳統磁體在發電過程中會產生很大的損耗，而超導磁體自身損耗小，可以彌補這一不足。
超導輸電：由超導材料製作的超導電線和超導變壓器，可以把電力幾乎無損耗地輸送給用戶。據統計，用銅或鋁導線輸電，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，節省的電能相當於新建數十個大型發電廠。
2、弱電應用
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生大量的熱，而散熱是超大規模集成電路面臨的難題。超導計算機中的超大規模集成電路，其元件間的互連線用接近零電阻和超微發熱的超導器件來製作，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製造晶體管，甚至完全用超導體來製作晶體管。
3、抗磁性應用
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，由於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製作高速超導磁懸浮列車。
核聚變反應堆「磁封閉體」：核聚變反應時，內部溫度高達1億～2億攝氏度，沒有任何常規材料可以包容這些物質。而超導體產生的強磁場可以作為「磁封閉體」，將熱核反應堆中的超高溫等離子體包圍、約束起來，然後慢慢釋放，從而使受控核聚變能源成為21世紀前景廣闊的新能源。[7]
應用前景
有用到電的地方都可以換成超導材料。把整個電網全部換成超導體就不用擔心輸電會損耗了，很遠的地方甚至整個地球都可以組成一個電網。我們可以在海上造很多發電機，把這些電全部用起來，未來可以做超級省電的超級電網，這是可以實現的其實並不遙遠。
把電腦芯片換成量子芯片，可以構造量子計算機。量子計算機可以實現的方法有很多，那麼我們把芯片簡單地換成超導的芯片，是最快捷最有可能實現的一個途徑。量子計算機聽起來很懸，好像離我們特別遙遠，實際量子計算機已經悄悄地在我們生活里出現了。
隨着新型超導材料的不斷發現與產業化進程加快，預計世界範圍內到2020年超導產業產值將達到約1.5萬億元，其中高溫超導應用將占60%-70%；超導材料為超導產業鏈核心、其成本約占超導產品價值的40%-50%。
超導行業發展將對超導材料產生大量需求，超導材料是超導行業的技術制高點。目前，國內超導研究與產業化水平居世界前列，超導技術取得百年來新突破有望為此行業帶來巨大的變革，超導產業的萬億元市場爆發在即。
超導體未來可能的應用包括超導發電機，發電機能以接近100%的效率將輸入力，如核反應堆的高壓蒸汽，轉化成電力。物理學家計算表明，單是在歐洲的發電站里安裝這些超導發電機，就可以每年減少5300萬噸的碳排放。
在未來十年裡，超導體將成為一門大生意，全球超導體市場規模預計將在2020年達到380億美元。截至2011年春，-138℃仍然是超導體所能達到的最高臨界溫度。我們的終極夢想是創造出能在室溫下運作的超導體。
超導技術使過去很難實現的10萬高斯的強磁場在現在變得實現起來相當容易。強大的超導磁體可以使觀察分子、原子行為的高分辨率電子顯微鏡輕鬆製成。採用超導磁體的磁共振、人體掃描技術在醫學診斷中的重要作用日益凸顯。
總之，凡是需要強大均勻磁場之處，超導磁體都能成功地完成任務。現在一門實用性很強的學科—超導電子學正在迅速發展。它的發展必將給電子工業帶來革命性的衝擊。[8]
相關視頻
1、一分鐘了解超導體
2、超導技術
參考來源
- ↑ 超導體是什麼,電子發燒友網，2018-09-27
- ↑ 下游應用不斷擴展 超導材料市場爆發在即,網易網，2017-08-11
- ↑ 超導體是什麼,電子發燒友網，2018-09-27
- ↑ 超導體導電原理,學科網，2018-07-13
- ↑ 超導材料的分類_超導材料的優點和不足,電子發燒友網，2019年08月01日
- ↑ 超導材料有哪些種類和應用？,化工儀器網，2017-02-20
- ↑ 超導體的應用,電子發燒友網，2018-09-27
- ↑ 為什麼說超導材料將改變未來世界？,新材料網，2019-06-03