工业化的超导材料有哪些

1. 超导体材料有哪些

主要由纯金属，合金、化合物、陶瓷几类。例如镧－钡－铜－氧化物、钡－钇－铜氧化物、铌钛合金等等

2. 超导材料一般有那些

超导技术的主体是超导材料。简而言之，超导材料就是没有电阻、或电阻极小的导电材料。超导材料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失：近年来，随看材料科学的发展，超导材料的性能不断优化，实现超导的临界温度越来越高。20世纪末，科学家合成了在室温下具有超导性能的复合材料，室温超导材料的研制成功使超导的实际应用成为可能。
超导是指某些物体当温度下降至一定温度时，电阻突然趋近于零的现象。具有这种特性的材料称为超导材料。
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) 因为这个温度很低,在绝对零度附近.因而目前为止,应用不是很广泛.但是科学家在研究高温超导,如果研究成功,用这种材料导电时不损耗电能,不产生热量.可以节约能源!
1911年荷兰物理学家Onnes发现汞（水银）在4.2k附近电阻突然下降为零，他把这种零电阻现象称为超导电性。图5-13示出了汞的电阻随温度变化的关系。
汞的电阻突然消失时的温度称为转变温度或临界温度，常用Tc表示。

在一定温度下具有超导电性的物体称为超导体。金属汞是超导体。进一步研究发现元素周期表中共有26种金属具有超导电性，它们的转变温度Tc列于表5-6。从表中可以看到，单个金属的超导转变温度都很低，没有应用价值。因此，人们逐渐转向研究金属合金的超导电性。表5-7列出一些超导合金的转变温度，其中Nb3Ge的转变温度为23.2K，这在70年代算是最高转变温度超导体了。当超导体显示导材料都是在极低温下才能进入超导态，假如没有低温技术发展作为后盾，就发现不了超导电性，无法设想超导材料。这里又一次看到材料发展与科学技术互相促进的关系。
低温超导材料要用液氦做致冷剂才能呈现超导态，因此在应用上受到很大的限制。人们迫切希望找到高温超导体，在徘徊了几十年后，终于在1986年有了突破。瑞士Bednorz和Müller发现他们研制的La-Ba-CuO混合金属氧化物具有超导电性，转变温度为35K。这是超导材料研究上的一次重大突破，打开了混合金属氧化物超导体的研究方向。接着中、美科学家发现Y-Ba-CuO混合金属氧化物在90K具有超导电性，这类超导氧化物的转变温度已高于液氮温度（77K），高温超导材料研究获得重大进展。一连串激动人心的发现在世界上掀起了“超导热”。目前新的超导氧化物系列不断涌现，如Bi-Ca-CuO，Tl-Ba-Ca-CuO等，它们的超导转变温度超过了120K。高温超导体的研究方兴未艾，人们殷切地期待着室温超导材料的出现。
人们发现C60与碱金属作用能形成AxC60(A代表钾、铷、铯等)，它们都是超导体，超导转变温度列于表5-8。从表中数据看到，大多数AxC60超导体的转变温度比金属合金超导体高。金属氧化物超导体是无机超导体，它们都是层状结构，属二维超导。而AxC60则是有机超导体，它们是球状结构，属三维超导。因此AxC60这类超导体是很有发展前途的超导材料。
超导研究引起各国的重视，一旦室温超导体达到实用化、工业化，将对现代文明社会中的科学技术产生深刻的影响。下面简单介绍超导体的一些应用。
（1）用超导材料输电发电站通过漫长的输电线向用户送电。由于电线存在电阻，使电流通过输电线时电能被消耗一部分，如果用超导材料做成超导电缆用于输电，那么在输电线路上的损耗将降为零。
（2）超导发电机制造大容量发电机，关键部件是线圈和磁体。由于导线存在电阻，造成线圈严重发热，如何使线圈冷却成为难题。如果用超导材料制造超导发电机，线圈是由无电阻的超导材料绕制的，根本不会发热，冷却难题迎刃而解，而且功率损失可减少50%。
（3）磁力悬浮高速列车要使列车速度达到500kmh-1，普通列车是绝对办不到的。如果把超导磁体装在列车内，在地面轨道上敷设铝环，利用它们之间发生相对运动，使铝环中产生感应电流，从而产生磁排斥作用，把列车托起离地面约10cm，使列车能悬浮在地面上而高速前进。
可控热核聚变核聚变时能释放出大量的能量。为了使核聚变反应持续不断，必须在108℃下将等离子约束起来，这就需要一个强大的磁场，而超导磁体能产生约束等离子所需要的磁场。人类只有掌握了超导技术，才有可能把可控热核聚变变为现实，为人类提供无穷的能源。

3. 超导材料都有哪些

超导材料按其化学成分可分为元素材料、合金材料、化合物材料和超导陶瓷。①超导元素：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值谐振腔等。② 合金材料： 超导元素加入某些其他元素作合金成分， 可以使超导材料的全部性能提高。如最先应用的铌锆合金(Nb-75Zr)，其Tc为10.8K，Hc为8.7特。继后发展了铌钛合金，虽然Tc稍低了些，但Hc高得多，在给定磁场能承载更大电流。其性能是Nb-33Ti，Tc=9.3K，Hc＝11.0特；Nb-60Ti，Tc=9.3K，Hc=12特(4.2K)。目前铌钛合金是用于7～8特磁场下的主要超导磁体材料。铌钛合金再加入钽的三元合金，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。③超导化合物: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。④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处于液氮温区有超导电性，使超导陶瓷成为极有发展前景的超导材料。

4. 超导材料种类

超导材料是一种在一定条件下，能排斥磁力线且呈现出电阻为零的特性的新型材料。目前，已发现有46种元素和几千种合金、化合物可以成为超导材料。超导材料根据临界转变温度可分为低温超导材料和高温超导材料。低温超导材料主要有NbTi 和Nb3Sn 材料等，高温超导材料主要有Bi-Sr-Ca-Cu-O（BSCCO）和Y-Ba-Cu-O（YBCO）材料、MgB2超导材料、铁基超导材料等。

尽管已经发现了数万种超导体，但真正具有实用价值的超导体并不多。

得到应用的低温超导体主要包括NbTi、Nb3Sn、Nb3Al等，其制备技术与工艺已经相当成熟，并推动了加速器磁体、核聚变工程用超导磁体、核磁共振（MRI和NMR）磁体、通用超导磁体等应用领域的发展。

具有实用价值的高温超导体主要包括铋系（BSCCO，第一代高温超导材料）和钇系（YBCO或ReBCO，第二代高温超导材料）。

进入21世纪以来，MgB2和铁基超导体相继被发现，成为两种新的具有实际应用潜力的超导体。

来源：《揭秘未来100大潜力新材料（2019年版）》_新材料在线

5. 什么是制作超导磁体的主要材料之一

自从1911年发现汞的超导性以后，又先后发现20余种纯金属也具超导性，但临界温度都在0.1K—9.13K之间。为了寻找较高临界温度的超导材料，50年代初，科学家们将注意力转向合金及其化合物。1952年发现了临界温度为17K的V3Si，后又发现18K的Nb3Sn，不久又陆续发现若干铌系合金超导体。1973年发现临界温度可达23.2K的Nb3Ge，被认为是一个了不起的收获，曾激发起寻找高温超导体的热情。截止到70年代末，虽然共发现了一千种合金和化合物超导体，但具有较高临界温度，且在实际工程中得到应用的主要是铌和铌系超导体Nb3X(其中X可以是Ge，A1，Si，Ga或Sn)。其中NbTi的延展性较好，用于制成线材，是制作超导磁体的主要材料之一；Nb3Sn材质较脆，近几年通过工程研究已可用来绕制磁场的磁体；而NbN用于电子产品，纯铌则用于射频腔。

科学家们为了寻求理想的高温超导材料，在实验室里苦苦奋斗了70余年，制备的超导体最高温度也只有23.2K。使人们对高温超导的期望显得心灰意冷，好梦难圆。然而，1986年出现了历史性的新转折点。这一年，美国国际商业机器公司的米勒和贝德瑞尔茨在瑞士实验室里发现了临界温度达35K的镧钡铜氧化物陶瓷超导材料。这一振奋人心的消息于1986年4月公布后，立即引起世界上超导研究者的关注，并很快形成世界性的超导热。人们进入了在多元氧化体系中寻找高临界温度超导体的竞赛。

1987年2月，中国、日本和美国先后报导了临界温度超过氮气液化温度77.3K的超导体研制成功的消息。也就是在这一时期，高温超导进入了一个突飞猛进的发展阶段。在这个研究领域中，中国、美国和日本处于领先地位。

高温超导材料高于35K的超导材料均为金属氧化物，亦即陶瓷材料。高于77.3K的超导材料的金属中除一例外，均含金属铜，其中比较典型的是钇、钡、铜氧化物。

80年代中期以来，新发现了1300多种超导材料。

i994年1月18日美国宣布：美国能源部阿贡国立实验室和纽约专门生产超导磁铁、线圈和超低温制冷设备的IGC公司，共同研究并制作出高温超导体磁性线圈组。在液态氦的冷却下该线圈能产生2.6特斯拉强磁场，比地球磁场强7.8万倍，打破了他们去年8月以来保持的1.65特斯拉纪录。

1995年2月27日，美国IBM公司下属的沃森研究中心的科学家说，他们对高温超导机制的研究取得了重大的突破。

尽量提高超导体的温度特性，是全球科学家的竞先研究的目标。相信不远的将来，会有越来越多的超导体记录被刷新。

我国超导技术研究与开发起步于60年代。1959年研制成功氦液化器。1965年研制出第一代单芯NbTi超导体磁体。1973年进行了多芯超导线圈和各类直流与脉冲磁体的研制。1976年开始交、直流电机，磁流体发电，受控热核装置等大型超导磁体的研究。1981年以后，提出了以中小型磁体和工业应用为主的发展目标。在1986年4月公布发现35K的超导材料后，在全世界掀起的高温超导热的冲击下，为了在这个领域能站在美、日等国同一条起跑线上开展竞争，我国加强了对高温超导研究。并在朱经武教授发现钇系氧化物超导体论文发表之前，我国的超导专家就已经制造同样的钇钡铜比率为1∶2∶3的化合物，1987年2月我国与日本、美国几乎同一时间报道了临界温度超过氮气液化温度77.3K的超导材料研制成功的消息，表明我国在1987年的超导研究水平已进入国际先进行列。但从总体看，目前尚处于实验室研究阶段。今后国家将集中有限人力、财力优先放在技术较成熟，有明确市场需求的产品上，大力予以扶持，尽快实现产品的商品化。

6. 超导体通常用的材料以及原理是什么

超导体
1911年，荷兰科学家昂内斯(Ones)用液氦冷却汞，当温度下降到４.２K时,水银的电阻完全消失，这种现象称为超导电性，此温度称为临界温度。根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料。但这里所说的“高温”，其实仍然是远低于冰点摄氏0℃的，对一般人来说算是极低的温度。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，则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。

1973年，发现超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，这一记录保持了近13年。

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，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。

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100K。

来自德国、法国和俄罗斯的科学家利用中子散射技术，在高温超导体的一个成员单铜氧层Tl2Ba2CuO6＋δ中观察到了所谓的磁共振模式，进一步证实了这种模式在高温超导体中存在的一般性。该发现有助于对铜氧化物超导体机制的研究。

高温超导体具有更高的超导转变温度（通常高于氮气液化的温度），有利于超导现象在工业界的广泛利用。高温超导体的发现迄今已有16年，而对其不同于常规超导体的许多特点及其微观机制的研究，却仍处于相当“初级”的阶段。这一点不仅反映在没有一个单一的理论能够完全描述和解释高温超导体的特性，更反映在缺乏统一的、在各个不同体系上普遍存在的“本征”实验现象。本期Science所报道的结果意味着中子散射领域里一个长期存在的困惑很有可能得到解决。

早在1991年，法国物理学家利用中子散射技术在双铜氧层YBa2Cu3O6＋δ超导体单晶中发现了一个微弱的磁性信号。随后的实验证明，这种信号仅在超导体处于超导状态时才显着增强并被称为磁共振模式。这个发现表明电子的自旋以某种合作的方式产生一种集体的有序运动，而这是常规超导体所不具有的。这种集体运动有可能参与了电子的配对，并对超导机制负责，其作用类似于常规超导体内引起电子配对的晶格振动。但是，在另一个超导体La2－xSrxCuO4＋δ（单铜氧层）中，却无法观察到同样的现象。这使物理学家怀疑这种磁共振模式并非铜氧化物超导体的普遍现象。1999年，在Bi2Sr2CaCu2O8＋δ单晶上也观察到了这种磁共振信号。但由于Bi2Sr2CaCu2O8＋δ与YBa2Cu3O6＋δ一样，也具有双铜氧层结构，关于磁共振模式是双铜氧层的特殊表征还是“普遍”现象的困惑并未得到彻底解决。

理想的候选者应该是典型的高温超导晶体，结构尽可能简单，只具有单铜氧层。困难在于，由于中子与物质的相互作用很弱，只有足够大的晶体才可能进行中子散射实验。随着中子散射技术的成熟，对晶体尺寸的要求已降低到0.1厘米3的量级。晶体生长技术的进步，也使Tl2Ba2CuO6＋δ单晶体的尺寸进入毫米量级，而它正是一个理想的候选者。科学家把300个毫米量级的Tl2Ba2CuO6＋δ单晶以同一标准按晶体学取向排列在一起，构成一个“人造”单晶，“提前”达到了中子散射的要求。经过近两个月散射谱的搜集与反复验证，终于以确凿的实验数据显示在这样一个近乎理想的高温超导单晶上也存在磁共振模式。这一结果说明磁共振模式是高温超导的一个普遍现象。而La2－xSrxCuO4＋δ体系上磁共振模式的缺席只是“普遍”现象的例外，这可能与其结构的特殊性有关。

关于磁共振模式及其与电子间相互作用的理论和实验研究一直是高温超导领域的热点之一，上述结果将引起许多物理学家的关注与兴趣。

20世纪80年代是超导电性的探索与研究的黄金年代。1981年合成了有机超导体，1986年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡、镧、铜、氧的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4，其临界温度约为35K。由于陶瓷性金属氧化物通常是绝缘物质，因此这个发现的意义非常重大，缪勒和柏诺兹因此而荣获了1987年度诺贝尔物理学奖。

1987年在超导材料的探索中又有新的突破，美国休斯顿大学物理学家朱经武小组与中国科学院物理研究所赵忠贤等人先后研制成临界温度约为90K的超导材料YBCO（钇铋铜氧）。

1988年初日本研制成临界温度达110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超导体。至此，人类终于实现了液氮温区超导体的梦想，实现了科学史上的重大突破。这类超导体由于其临界温度在液氮温度（77K）以上，因此被称为高温超导体。

自从高温超导材料发现以后，一阵超导热席卷了全球。科学家还发现铊系化合物超导材料的临界温度可达125K，汞系化合物超导材料的临界温度则高达135K。如果将汞置于高压条件下，其临界温度将能达到难以置信的164K。

1997年，研究人员发现，金铟合金在接近绝对零度时既是超导体同时也是磁体。1999年科学家发现钌铜化合物在45K时具有超导电性。由于该化合物独特的晶体结构，它在计算机数据存储中的应用潜力将是非常巨大的。

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，当温度升到高于Tc时，圆环由超导状态变正常态，材料的电阻骤然增大，感应电流立刻消失，这就是着名的昂尼斯持久电流实验。

7. 低温超导材料有哪些

具有低临界转变温度（Tc＜30K），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。合金系低温超导材料是以Nb为基的二元或三元合金组成的β相固溶体，Tc 在 9K 以上。最早研究的是NbZr合金，在此基础上又出现了 NbTi合金 。NbTi 合金的超导电性和加工性能均优于 NbZr 合金 ，其使用已占低温超导合金的95％ 左右 。NbTi 合金可用一般难熔金属的加工方法加工成合金，再用多芯复合加工法加工成以铜（或铝）为基体的多芯复合超导线，最后用冶金方法使其最终合金由β单相转变为具有强钉扎中心的两相（α＋β）合金，以满足使用要求。化合物低温超导材料有NbN (Tc＝16K)、Nb3Sn ( Tc＝18.1K) 和 V3Ga（Tc＝16.8K）。NbN多以薄膜形式使用 ，由于其稳定性好 ，已制成实用的弱电元器件 。Nb3Sn是脆性化合物 ，它和V3Ga可以纯铜或青铜合金为基体材料，采用固态扩散法制备 。为了提高 Nb3Sn（V3Ga）的超导性能和改善其工艺性能，有时加入一些合金元素，如Ti、Mg等。
低温超导材料已得到广泛应用 。在强电磁场中 ，NbTi超导材料用作高能物理的加速器、探测器、等离子体磁约束、超导储能 、超导电机及医用磁共振人体成像仪等；Nb3Sn 超导材料除用于制作大量小型高磁场（710T）磁体外，还用于制作受控核聚变装置中数米口径的磁体 ；用Nb及NbN薄膜制成的低温仪器，已用于军事及医学领域检测极弱电磁信号 。低温超导材料由于Tc低，必须在液氦温度下使用，运转费用昂贵，故其应用受到限制。

8. 什么是超导材料请举出三个实例！

1911年，荷兰莱顿大学的卡茂林· 昂尼斯意外地发现，将汞冷却到-268.98°C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”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场。 关于高温超导体： 20世纪80年代是超导电性的探索与研究的黄金年代。1981年合成了有机超导体，1986年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡、镧、铜、氧的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4，其临界温度约为35K。由于陶瓷性金属氧化物通常是绝缘物质，因此这个发现的意义非常重大，缪勒和柏诺兹因此而荣获了 1987年度诺贝尔物理学奖。 1987年在超导材料的探索中又有新的突破，美国休斯顿大学物理学家朱经武小组与中国科学院物理研究所赵忠贤等人先后研制成临界温度约为90K的超导材料YBCO（钇铋铜氧）。 1988年初日本研制成临界温度达110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超导体。至此，人类终于实现了液氮温区超导体的梦想，实现了科学史上的重大突破。这类超导体由于其临界温度在液氮温度（77K）以上，因此被称为高温超导体。 自从高温超导材料发现以后，一阵超导热席卷了全球。科学家还发现铊系化合物超导材料的临界温度可达125K，汞系化合物超导材料的临界温度则高达135K。如果将汞置于高压条件下，其临界温度将能达到难以置信的164K。

9. 超导材料是什么

超导材料是一种在一定条件下，能排斥磁力线且呈现出电阻为零的特性的新型材料。目前，已发现有46种元素和几千种合金、化合物可以成为超导材料。超导材料根据临界转变温度可分为低温超导材料和高温超导材料。低温超导材料主要有NbTi 和Nb3Sn 材料等，高温超导材料主要有Bi-Sr-Ca-Cu-O（BSCCO）和Y-Ba-Cu-O（YBCO）材料、MgB2超导材料、铁基超导材料等。

超导材料具有两大显着特性，零电阻和迈斯纳效应，此外还具有同位素效应、量子隧道效应等特性，可利用超导体实现诸如无损耗输电、稳恒强磁场和高速磁悬浮车等，目前超导材料在医疗器械、国防军事、电子通信、电力能源、交通运输等众多领域取得了应用。

曾有10人因超导材料的研究成果而获得诺贝尔物理学奖。

来源：《揭秘未来100大潜力新材料（2019年版）》_新材料在线

10. 超导材料是什么它有什么应用

超导材料是一种在一定条件下，能排斥磁力线且呈现出电阻为零的特性的新型材料。目前，已发现有46种元素和几千种合金、化合物可以成为超导材料。超导材料根据临界转变温度可分为低温超导材料和高温超导材料。低温超导材料主要有NbTi 和Nb3Sn 材料等，高温超导材料主要有Bi-Sr-Ca-Cu-O（BSCCO）和Y-Ba-Cu-O（YBCO）材料、MgB2超导材料、铁基超导材料等。

超导材料具有两大显着特性，零电阻和迈斯纳效应，此外还具有同位素效应、量子隧道效应等特性，可利用超导体实现诸如无损耗输电、稳恒强磁场和高速磁悬浮车等，目前超导材料在医疗器械、国防军事、电子通信、电力能源、交通运输等众多领域取得了应用。曾有10人因超导材料的研究成果而获得诺贝尔物理学奖。

超导材料具体的应用案例：

1、电力能源：高温超导电缆、超导电机、超导变压器…

以上内容均节选自《揭秘未来100大潜力新材料（2019年版）》_新材料在线；

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