低温超導材料

低温超導材料已得到廣泛應用。在強電磁場中，NbTi超導材料用作高能物理的加速器、探測器、等離子體磁約束、超導儲能、超導電機及醫用磁共振人體成像儀等；Nb3Sn 超導材料除用於製作大量小型高磁場（7~10T）磁體外，還用於製作受控核聚變裝置中數米口徑的磁體；用Nb及NbN薄膜製成的低温儀器，已用於軍事及醫學領域檢測極弱電磁信號。低温超導材料由於Tc低，必須在液氦温度下使用，運轉費用昂貴，故其應用受到限制。超導技術超導技術的主體是超導材料。簡而言之，超導材料就是沒有電阻、或電阻極小的導電材料。超導材料最獨特的性能是電能在輸送過程中幾乎不會損失：近年來，隨看材料科學的發展，超導材料的性能不斷優化，實現超導的臨界温度越來越高。

20世紀末，科學家合成了在室温下具有超導性能的複合材料，室温超導材料的研製成功使超導的實際應用成為可能。超導是指某些物體當温度下降至一定温度時，電阻突然趨近於零的現象。具有這種特性的材料稱為超導材料。超導體由正常態轉變為超導態的温度稱為這種物質的轉變温度(或臨界温度) 因為這個温度很低,在絕對零度附近。因而,應用不是很廣泛.但是科學家在研究高温超導,如果研究成功,用這種材料導電時不損耗電能，不產生熱量。可以節約能源! 1911年荷蘭物理學家Onnes發現汞（水銀）在4.2k附近電阻突然下降為零，他把這種零電阻現象稱為超導電性。汞的電阻突然消失時的温度稱為轉變温度或臨界温度，常用Tc表示。在一定温度下具有超導電性的物體稱為超導體。金屬汞是超導體。進一步研究發現元素週期表中共有26種金屬具有超導電性，單個金屬的超導轉變温度都很低，沒有應用價值。因此，人們逐漸轉向研究金屬合金的超導電性。其中Nb3Ge的轉變温度為23.2K，這在70年代算是最高轉變温度超導體了。當超導體顯示導材料都是在極低温下才能進入超導態，假如沒有低温技術發展作為後盾，就發現不了超導電性，無法設想超導材料。這裏又一次看到材料發展與科學技術互相促進的關係。低温超導材料要用液氦做致冷劑才能呈現超導態，因此在應用上受到很大的限制。人們迫切希望找到高温超導體，在徘徊了幾十年後，終於在1986年有了突破。瑞士Bednorz和Müller發現他們研製的La-Ba-CuO混合金屬氧化物具有超導電性，轉變温度為35K。這是超導材料研究上的一次重大突破，打開了混合金屬氧化物超導體的研究方向。接着中、美科學家發現Y-Ba-CuO混合金屬氧化物在90K具有超導電性，這類超導氧化物的轉變温度已高於液氮温度（77K），高温超導材料研究獲得重大進展。一連串激動人心的發在世界上掀起了“超導熱”。新的超導氧化物系列不斷湧現，如Bi-Ca-CuO，Tl-Ba-Ca-CuO等，它們的超導轉變温度超過了120K。高温超導體的研究方興未艾，人們殷切地期待着室温超導材料的出現。人們發現C60與鹼金屬作用能形成AxC60(A代表鉀、銣、銫等)，它們都是超導體。大多數AxC60超導體的轉變温度比金屬合金超導體高。金屬氧化物超導體是無機超導體，它們都是層狀結構，屬二維超導。而AxC60則是有機超導體，它們是球狀結構，屬三維超導。因此AxC60這類超導體是很有發展前途的超導材料。

超導研究引起各國的重視，一旦室温超導體達到實用化、工業化，將對現代文明社會中的科學技術產生深刻的影響。

下面簡單介紹超導體的一些應用：

（1）用超導材料輸電發電站通過漫長的輸電線向用户送電。由於電線存在電阻，使電流通過輸電線時電能被消耗一部分，如果用超導材料做成超導電纜用於輸電，那麼在輸電線路上的損耗將降為零。

（2）超導發電機製造大容量發電機，關鍵部件是線圈和磁體。由於導線存在電阻，造成線圈嚴重發熱，如何使線圈冷卻成為難題。如果用超導材料製造超導發電機，線圈是由無電阻的超導材料繞制的，根本不會發熱，冷卻難題迎刃而解，而且功率損失可減少50%。

（3）磁力懸浮高速列車要使列車速度達到500km·h-1，普通列車是絕對辦不到的。如果把超導磁體裝在列車內，在地面軌道上敷設鋁環，利用它們之間發生相對運動，使鋁環中產生感應電流，從而產生磁排斥作用，把列車托起離地面約10cm，使列車能懸浮在地面上而高速前進。可控熱核聚變核聚變時能釋放出大量的能量。為了使核聚變反應持續不斷，必須在10⁸℃下將等離子約束起來，這就需要一個強大的磁場，而超導磁體能產生約束等離子所需要的磁場。人類只有掌握了超導技術，才有可能把可控熱核聚變變為現實，為人類提供無窮的能源。