2023年超导体发展及应用调研报告新编.docx

超导体开展及应用调研报告 超导是指在一定温度条件下物质电阻突然消失的现象，超导体是指能够产生超导现象的物质。1911年，荷兰物理学家昂纳斯（hokooonnes）在观测汞的电阻与温度的关系时发现，温度下降到4.2k附近时，汞的电阻突然减小到无法测量的程度。由此发现了超导体"" 超导体自发现以来，得到了广泛的开展和应用。随着现代科学技术的开展及人们的生活需求，超导技术得到了进一步推进和开展，涉及了更为广泛的领域。为此，我查阅了一些资料，了解了当今最前沿的超导技术开展及运用。 一﹑超导技术的发现及其开展 1911年，荷兰物理学家昂纳斯（hokooonnes）在观测汞的电阻与温度的关系时发现，温度下降到4.2k附近时，汞的电阻突然减小到无法测量的程度。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，卡茂林-昂尼斯称之为超导态。卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖。这一发现引起了世界范围内的震动。在他之后，人们开始把处于超导状态的导体称之为“超导体〞。 1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，那么在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。经过科学家们的努力，超导材料的磁电障碍已被跨越，下一个难关是突破温度障碍，即寻求高温超导材料。但这里所说的“高温〞，其实仍然是远低于冰点0℃的，对一般人来说算是极低的温度。 直到二十世纪50年代以后，超导技术才逐步开展起来。由于超导体同时具有零电阻、完全抗磁两个独特的性质，它可以无电阻地传输电流的特性，使人们在发现超导现象后立即想到利用超导体来传输电流。但是不久人们就发现用这些金属超导体制作的导线只在传输很小的电流时才具有零电阻特性，当电流增大时又恢复了一般的导体电阻特性。1953年至1973年间，发现了以nbssn，nbti，nisga为代表的铌合金超导体。其临界超导温度为23.2k，这一记录保持了近13年。一些铌合金超导体可以传输较大电流而仍能保持零电阻特性，人们利用超导体无电阻地传输电流的愿望在发现这些铌合金超导体后才成为可能。1962年仅20多岁的剑桥大学实验物理研究生约瑟夫逊在著名科学家安德森指导下研究超导体能隙性质，发现了直流约瑟夫逊效应和交流约瑟夫逊效应。将超导体放在磁场中，磁场透入氧化层，这时超导结的最大超导电流随外磁场大小作有规律的变化。70年代超导列车成功地进行了载人可行性试验，列车时速高达500千米/时。1986年，设在瑞士苏黎世的美国ibm公司的研究中心报道了一种氧化物（镧钡铜氧化物）具有35k的高温超导性。此后，科学家们几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。1986年，美国贝尔实验室研究的超导材料，其临界超导温度到达40k，液氢的“温度壁垒〞（40k）被跨越。 1987年3月12日中国北京大学成功地用液氮进行超导磁悬浮实验。1987年，美国华裔科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤相继在钇－钡－铜－氧系材料上把临界超导温度提高到90k以上，液氮的“温度壁垒〞（77k）也被突破了。1987年底，铊－钡－钙－铜－氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125k。从1986－1987年的短短一年多的时间里，临界超导温度提高了近20230k。这在材料科开展史上，堪称一大奇迹。 1992年1月27日第一艘由日本船舶和海洋基金会建造的超导船“大和〞1号在日本神户下水试航。超导船由船上的超导磁体产生强磁场，船两侧的正负电极使水中电流从船的一侧向另一侧流动，磁场和电流之间的洛化兹力驱动船舶高速前进。这种高速超导船直到目前尚未进入实用化阶段，但实验证明，这种船舶有可能引发船舶工业爆发一次革命，就像当年富尔顿创造轮船最后取代了帆船那样。 1992年一个以巨型超导磁体为主的超导超级对撞机特大型设备，于美国得克萨斯州建成并投入使用，耗资超过82亿美元。 1996年改进高温超导电线的研究工作取得进展，制成了第一条地下输电电缆 "" 自202223年12月开始，中国科学院物理研究所的陈根富博士已投入到镧氧铁砷非掺杂单晶体的制备中。 202223年3月25日和3月26日，中国科学技术大学陈仙辉组和物理所王楠林组分别独立发现临界温度超过零下233.15℃的超导体，突破麦克米兰极限，证实为非传统超导。 202223年3月29日，中国科学院院士、物理所研究员赵忠贤领导的小组通过氟掺杂的镨氧铁砷化合物的超导临界温度可达零下221.15℃，4月初该小组又发现无氟缺氧钐氧铁砷化合物在压力环境下合成超导临界温度可进一步提升至零下218.15℃。 相信在着日新月异的科学世界里，更多关于超导的尖端技术一定会有更新的进展。 二﹑超导材料的科学研究 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各向异性。超导机理研究侧重于研究正常态在强磁场下的磁阻、霍尔效应、涨落效应、费米面的性质以及t