超导材料的发展前景

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。下面是有关于超导材料的发展前景，欢迎阅读。

我国超导研发再获突破 诸多领域应用前景广阔

近日中科院电工所成功研制出全球首根100米量级铁基超导长线。这是铁基超导材料从实验室研究走向产业化进程的关键一步，标志着我国在铁基超导材料技术领域的研发走在了世界最前沿。目前，美、日、欧等国家的铁基超导线制备还处于米级水平。

据上海证券报9月8日消息，铁基超导材料在工业、医学、国防等诸多领域具有广阔的应用前景，被认为是最具发展前景的新型高温超导体之一。目前高温超导材料正从研究阶段向应用发展阶段转变。数据显示，去年全球超导技术市场规模达到18亿美元，预计到2022年市场规模将增至58亿美元，年均复合增速将达12.8%。其中，商业、医疗保健和电力等工业领域的需求提升是促进市场快速增长的主要原因。

铁基超导材料是继铜基超导材料之后发现的一类新的高温超导材料，这是高温超导研究领域的一个“重大进展”。据了解，铁基超导体由于其上临界磁场最大可超过100特斯拉，并且在高磁场下仍能保持超导无损传输和高载流密度的特性，使其迅速成为国际超导领域争相竞逐的研究热点。

公开资料显示，2013年度国家自然科学一等奖，即为“40K以上铁基高温超导体的发现及若干基本物理性质的研究”。该项研究成果首次突破麦克米兰极限温度，确定铁基超导体为新一类高温超导体，为未来潜在的应用提供了新的材料体系。

另外，去年国务院发布了《中国制造2025》，要求加快研发新材料制备关键技术和装备，突破产业化制备瓶颈。做好超导材料、纳米材料、石墨烯、生物基材料等战略前沿材料提前布局和研制，加快基础材料升级换代。突破大功率电力电子器件、高温超导材料等关键元器件和材料的制造及应用技术，形成产业化能力。

从产品类型来看，超导分为低温超导和高温超导。其中，低温超导应用范围最广泛。随着技术的不断改进，高温超导需求将不断增加。从应用领域来看，磁共振成像将成为应用需求最多的一个领域。另外，电子电气将成为超导技术需求增速最快的领域。

超导材料的发现及应用前景

这一切曾经都是梦想：列车悬浮在空中高速行驶，快得让人无暇欣赏窗外的景致;小小一台掌上电脑可与任何大型超级电脑相媲美。如今这些都正在变成现实，而这些梦想的实现都应归功于神奇的超导技术。超导究竟是什么?它的神奇之处又在哪里?

仅在中国，每年电力系统的损耗就达1000多亿度，因而寻找超导材料就成为科学家们急需解决的问题之一。

托卡马克是一种供科学研究用的反应堆，它可以产生出核聚变必需的极高的温度，如果利用超导材料，它不仅可以产生超强的电磁场，而且还可以产生高能粒子束。

磁悬浮列车是利用超导材料的抗磁性(磁悬浮效应)生产的。

1911年荷兰物理学家开麦林·昂内斯在实验中，偶然发现了水银具有了超导电性。

众多科学家非常关注昂内斯教授的这一伟大发现，自1911年起，许多人都开始研究超导体。经历了几十年的努力，人们发现了具有超导性能的上千种金属、合金和化合物，它们的临界温度都非常低，只有在极低的温度下它们才具有超导电性。

1986年，年轻的物理学家贝特诺茨和缪勒在瑞士国际商用公司实验室工作，他们从奇妙的超导现象中获得启示，发现了一种镧铜钡氧陶瓷氧化物材料在比绝对零度高43℃的较高温度下，即43K时会出现超导现象。

此后，我国物理学家赵忠贤、美籍华人科学家朱经武，相继于1987年发现了钇钡铜氧系高温超导材料。不久，又发现了铋锶钙氧铜超导合金和铊钡钙铜氧合金，这种合金在110K和120K出现超导现象，使超导温度更接近于室温。接着，我国科学家又发现了一种高温超导的材料，这种超导材料在132K时电阻为零。

现在，科学家们正致力于使超导临界温度达到240K(干冰温度)和300K(室温)。他们已经注意到这样一种现象，即利用氟、氮、碳部分代氧，或把钪、锶和某些金属元素加在钆钡铜氧化物中，这样就有可能制出室温超导体。科学家们对这一想法充满信心，认为一定能很快实现它。

超导材料有几个特点，首先，超导材料没有电阻，它输送电流时，不会造成电力损耗，用它可以制作出体积很小的发电机，送出的电流却很大。

除了没有电阻外，超导材料还有一个重要特性，就是完全抗磁性，也叫做迈斯纳效应。这种完全抗磁性是指这样一种情形，即把一个超导体放在一块永久磁铁上，由于这个超导体具有了抗磁性，磁铁的磁力线不能穿过超导体，结果就会在磁铁和超导体之间产生排斥力，这种排斥力使超导体悬浮在磁铁的上方。

科学家们对超导材料的发展前景充满了信心，他们推测，如果利用超导材料的这两个特性制成各种输电、发电、储能设备，将会大大节约能源和提高效率。

国际上正在开发转子磁场线圈和定子电枢线圈均使用超导线材的发电机，这种发电机叫全超导发电。同时也在研究使用高温超导线材的发电机，这种发电机叫做高温超导发电机。这两种发电机作为新型超导发电机，仍处在研制开发阶段。此外，科学家们还在进行实验，研究用超导材料制作的，能把电能几乎无损耗地高效能地输送给用户的超导电线和超导变压器。同时，对核聚变发电，超导体也将产生重大影响。核聚变会产生能量，且产生的能量相当大。

超导材料在上述强电应用领域的用途极其广泛，其在弱电应用和抗磁性应用领域的应用也很充分。磁悬浮列车是利用超导材料的抗磁性(磁悬浮效应)生产的。它现在已进入实质性的运营阶段。超导材料将会引起人类陆地交通的变革。此外，超导磁体在许多科学仪器中也得到了运用，如粒子加速器。它是使如质子等带电粒子增加速度，获得高能的仪器。

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。采用超导磁体的核磁共振、人体扫描技术在医学诊断中的重要作用日益凸显。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。

超导材料的应用及前景展望

摘 要 文章介绍了超导材料在电力、交通、医学方面的应用，并对国内外超导材料的发展情况做了简要说明，对其应用前景作了展望。

关键词 超导材料 应用 发展 展望

0前言

超导材料是指在低于特定的温度时，电阻为零的材料，它具有零电阻性，完全抗磁性，宏观粒子效应等特征。自1911年荷兰物理学家Kamerling Onnes发现超导现象以来，超导材料的发展迅速，并在电力、交通、医疗等方面相继得以应用。尽管超导材料的使用还未普及，但超导技术及材料的普及必将引起一次新的工业革命。

1超导材料应用

1.1超导材料在电力技术中的应用

当今，电已经成为人们生活及社会生产等不可或缺的一方面。如何提高超导电力技术作为一种高效节能的供电方式，被美国能源部誉为“21世纪电力工业唯一的高新技术”。超导技术的研究为我们研究电力开辟了一条新的道路。

1.1.1超导电缆

人们将无电阻损耗、高电流密度的低温或高温超导线材制成超导电缆，并以液态氦或液态氮作为冷却介质冷却。超导电缆电流输送能力高于同样截面的普通电缆2-4倍;损耗仅为常规电缆的10%甚至更低;其强大的载流能力可减少输电线的使用，节约资源;同时符合绿色地球理念，绿色无污染。

1.1.2超导发电机

超导发电机的应用是在常规发电机的基础上，把发电机转子用超导材料代替而制成的。超导发电机体积仅是常规发电机的1/2，重量为常规发电机的1/3，但它的发电效率却可提高50%，紧凑性也大为提高。在飞机、舰艇等方面应用超导发电机，可以使超导发电机如鱼得水的发挥其优势，同时也可满足人们在速度效率等方面的要求。

除超导电缆，超导发电机外，超导电力技术还被应用在了超导变压器，超导故障电流限制器，超导储能器等方面，可以说超导材料的不断发展也伴随着电力技术的不断进步。

1.2超导在交通领域的应用

随着人们对出行方式的不断优化，超导磁悬浮列车将会作为一种新的交通工具走进人们的生活。磁悬浮列车以其优于常规列车的速度，环境友好性，安全性，爬坡能力，舒适度等特性，必将极大地改善人们的出行方式与质量。磁悬浮列车的研制，也符合当前改善交通拥堵问题的'基本要求。

1.3超导在医疗领域的应用

利用超导材料的周围磁场高均匀度，超级导磁能力等性质，超导体被运用在某些检测仪器中。例如超导技术在医疗上应用的成功范例之一??核磁共振仪。核磁共振成像在主磁体采用超导磁体后，磁场强度更强，稳定性大大提高，缩短了测量时间且成像更加清晰。它可以用来进行某些疾病的早期诊断，如检查骨头或肌肉的损伤以及癌症等疾病，中医经络原理的研究，化学活体检测等。

2超导材料发展

随着科技的日新月异，新的超导材料不断被发现。但因不同的本征特征，合成工艺及环境污染等因素的限制，使得有的超导材料失去了实用价值，而有的超导材料却极具实用价值。如制造超导电缆的各种线材，磁悬浮列车的应用等。

以磁悬浮列车为例，目前磁悬浮列车技术处于前列的是日本与德国，日本与德国分别于1962年、1968年开始研究磁悬浮技术。德国在1971年进行了时速90km/h的列车载人实验，日本在1972年研制出了时速达204km/h的列车，而中国在1994年磁悬浮列车载人实验成功，成为了掌握磁悬浮技术的少数国家之一，继而在2002年研制出了可以载客的磁悬浮列车。

除以上谈到的发展之外，超导材料还在制造超导逻辑器件与超导电脑，航海与航空领域等得以发展。

3超导材料前景展望

超导技术是21世纪具有战略意义的高科技，它的研制将会带来难以估测经济及社会效益。当超导材料及技术达到普及之后，会给国家带来变革性的影响，我国的科技水平的提高以及综合国力的提升，也会迈上一个新的台阶。因此，对于超导的研究，将会是各国的一个热点问题。例如，美国将超导技术作为能源战略之一，以此足见超导材料的重要性。

结语：

尽管超导材料与技术有如此多的应用及优点，但它也存在着许多人们目前尚未克服的技术困难，这也是超导应用尚未普及的原因之一。因此，要想超导材料及技术真正的造福人类，还需要无数科学工作者的不懈努力。