超導材料的發展前景

超導材料，是指具有在一定的低溫條件下呈現出電阻等於零以及排斥磁力線的性質的材料。現已發現有28種元素和幾千種合金和化合物可以成爲超導體。下面是有關於超導材料的發展前景，歡迎閱讀。

我國超導研發再獲突破 諸多領域應用前景廣闊

近日中科院電工所成功研製出全球首根100米量級鐵基超導長線。這是鐵基超導材料從實驗室研究走向產業化進程的關鍵一步，標誌着我國在鐵基超導材料技術領域的研發走在了世界最前沿。目前，美、日、歐等國家的鐵基超導線製備還處於米級水平。

據上海證券報9月8日消息，鐵基超導材料在工業、醫學、國防等諸多領域具有廣闊的應用前景，被認爲是最具發展前景的新型高溫超導體之一。目前高溫超導材料正從研究階段嚮應用發展階段轉變。數據顯示，去年全球超導技術市場規模達到18億美元，預計到2022年市場規模將增至58億美元，年均複合增速將達12.8%。其中，商業、醫療保健和電力等工業領域的需求提升是促進市場快速增長的主要原因。

鐵基超導材料是繼銅基超導材料之後發現的一類新的高溫超導材料，這是高溫超導研究領域的一個“重大進展”。據瞭解，鐵基超導體由於其上臨界磁場最大可超過100特斯拉，並且在高磁場下仍能保持超導無損傳輸和高載流密度的特性，使其迅速成爲國際超導領域爭相競逐的研究熱點。

公開資料顯示，2013年度國家自然科學一等獎，即爲“40K以上鐵基高溫超導體的發現及若干基本物理性質的研究”。該項研究成果首次突破麥克米蘭極限溫度，確定鐵基超導體爲新一類高溫超導體，爲未來潛在的應用提供了新的材料體系。

另外，去年國務院發佈了《中國製造2025》，要求加快研發新材料製備關鍵技術和裝備，突破產業化製備瓶頸。做好超導材料、納米材料、石墨烯、生物基材料等戰略前沿材料提前佈局和研製，加快基礎材料升級換代。突破大功率電力電子器件、高溫超導材料等關鍵元器件和材料的製造及應用技術，形成產業化能力。

從產品類型來看，超導分爲低溫超導和高溫超導。其中，低溫超導應用範圍最廣泛。隨着技術的不斷改進，高溫超導需求將不斷增加。從應用領域來看，磁共振成像將成爲應用需求最多的一個領域。另外，電子電氣將成爲超導技術需求增速最快的領域。

超導材料的發現及應用前景

這一切曾經都是夢想：列車懸浮在空中高速行駛，快得讓人無暇欣賞窗外的景緻;小小一臺掌上電腦可與任何大型超級電腦相媲美。如今這些都正在變成現實，而這些夢想的實現都應歸功於神奇的超導技術。超導究竟是什麼?它的神奇之處又在哪裏?

僅在中國，每年電力系統的損耗就達1000多億度，因而尋找超導材料就成爲科學家們急需解決的問題之一。

託卡馬克是一種供科學研究用的反應堆，它可以產生出核聚變必需的極高的溫度，如果利用超導材料，它不僅可以產生超強的電磁場，而且還可以產生高能粒子束。

磁懸浮列車是利用超導材料的抗磁性(磁懸浮效應)生產的。

1911年荷蘭物理學家開麥林·昂內斯在實驗中，偶然發現了水銀具有了超導電性。

衆多科學家非常關注昂內斯教授的這一偉大發現，自1911年起，許多人都開始研究超導體。經歷了幾十年的努力，人們發現了具有超導性能的上千種金屬、合金和化合物，它們的臨界溫度都非常低，只有在極低的溫度下它們才具有超導電性。

1986年，年輕的物理學家貝特諾茨和繆勒在瑞士國際商用公司實驗室工作，他們從奇妙的超導現象中獲得啓示，發現了一種鑭銅鋇氧陶瓷氧化物材料在比絕對零度高43℃的較高溫度下，即43K時會出現超導現象。

此後，我國物理學家趙忠賢、美籍華人科學家朱經武，相繼於1987年發現了釔鋇銅氧系高溫超導材料。不久，又發現了鉍鍶鈣氧銅超導合金和鉈鋇鈣銅氧合金，這種合金在110K和120K出現超導現象，使超導溫度更接近於室溫。接着，我國科學家又發現了一種高溫超導的材料，這種超導材料在132K時電阻爲零。

現在，科學家們正致力於使超導臨界溫度達到240K(乾冰溫度)和300K(室溫)。他們已經注意到這樣一種現象，即利用氟、氮、碳部分代氧，或把鈧、鍶和某些金屬元素加在釓鋇銅氧化物中，這樣就有可能製出室溫超導體。科學家們對這一想法充滿信心，認爲一定能很快實現它。

超導材料有幾個特點，首先，超導材料沒有電阻，它輸送電流時，不會造成電力損耗，用它可以製作出體積很小的發電機，送出的電流卻很大。

除了沒有電阻外，超導材料還有一個重要特性，就是完全抗磁性，也叫做邁斯納效應。這種完全抗磁性是指這樣一種情形，即把一個超導體放在一塊永久磁鐵上，由於這個超導體具有了抗磁性，磁鐵的磁力線不能穿過超導體，結果就會在磁鐵和超導體之間產生排斥力，這種排斥力使超導體懸浮在磁鐵的上方。

科學家們對超導材料的發展前景充滿了信心，他們推測，如果利用超導材料的這兩個特性製成各種輸電、發電、儲能設備，將會大大節約能源和提高效率。

國際上正在開發轉子磁場線圈和定子電樞線圈均使用超導線材的發電機，這種發電機叫全超導發電。同時也在研究使用高溫超導線材的發電機，這種發電機叫做高溫超導發電機。這兩種發電機作爲新型超導發電機，仍處在研製開發階段。此外，科學家們還在進行實驗，研究用超導材料製作的，能把電能幾乎無損耗地高效能地輸送給用戶的超導電線和超導變壓器。同時，對核聚變發電，超導體也將產生重大影響。核聚變會產生能量，且產生的能量相當大。

超導材料在上述強電應用領域的用途極其廣泛，其在弱電應用和抗磁性應用領域的應用也很充分。磁懸浮列車是利用超導材料的抗磁性(磁懸浮效應)生產的。它現在已進入實質性的運營階段。超導材料將會引起人類陸地交通的變革。此外，超導磁體在許多科學儀器中也得到了運用，如粒子加速器。它是使如質子等帶電粒子增加速度，獲得高能的儀器。

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、原子行爲的高分辨率電子顯微鏡輕鬆製成。採用超導磁體的核磁共振、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。

超導材料的應用及前景展望

摘 要 文章介紹了超導材料在電力、交通、醫學方面的應用，並對國內外超導材料的發展情況做了簡要說明，對其應用前景作了展望。

關鍵詞 超導材料 應用 發展 展望

0前言

超導材料是指在低於特定的溫度時，電阻爲零的材料，它具有零電阻性，完全抗磁性，宏觀粒子效應等特徵。自1911年荷蘭物理學家Kamerling Onnes發現超導現象以來，超導材料的發展迅速，並在電力、交通、醫療等方面相繼得以應用。儘管超導材料的使用還未普及，但超導技術及材料的普及必將引起一次新的工業革命。

1超導材料應用

1.1超導材料在電力技術中的應用

當今，電已經成爲人們生活及社會生產等不可或缺的一方面。如何提高超導電力技術作爲一種高效節能的供電方式，被美國能源部譽爲“21世紀電力工業唯一的高新技術”。超導技術的研究爲我們研究電力開闢了一條新的道路。

1.1.1超導電纜

人們將無電阻損耗、高電流密度的低溫或高溫超導線材製成超導電纜，並以液態氦或液態氮作爲冷卻介質冷卻。超導電纜電流輸送能力高於同樣截面的普通電纜2-4倍;損耗僅爲常規電纜的10%甚至更低;其強大的載流能力可減少輸電線的使用，節約資源;同時符合綠色地球理念，綠色無污染。

1.1.2超導發電機

超導發電機的應用是在常規發電機的基礎上，把發電機轉子用超導材料代替而製成的。超導發電機體積僅是常規發電機的1/2，重量爲常規發電機的1/3，但它的發電效率卻可提高50%，緊湊性也大爲提高。在飛機、艦艇等方面應用超導發電機，可以使超導發電機如魚得水的發揮其優勢，同時也可滿足人們在速度效率等方面的要求。

除超導電纜，超導發電機外，超導電力技術還被應用在了超導變壓器，超導故障電流限制器，超導儲能器等方面，可以說超導材料的不斷髮展也伴隨着電力技術的不斷進步。

1.2超導在交通領域的應用

隨着人們對出行方式的不斷優化，超導磁懸浮列車將會作爲一種新的交通工具走進人們的生活。磁懸浮列車以其優於常規列車的速度，環境友好性，安全性，爬坡能力，舒適度等特性，必將極大地改善人們的出行方式與質量。磁懸浮列車的研製，也符合當前改善交通擁堵問題的'基本要求。

1.3超導在醫療領域的應用

利用超導材料的周圍磁場高均勻度，超級導磁能力等性質，超導體被運用在某些檢測儀器中。例如超導技術在醫療上應用的成功範例之一??核磁共振儀。核磁共振成像在主磁體採用超導磁體後，磁場強度更強，穩定性大大提高，縮短了測量時間且成像更加清晰。它可以用來進行某些疾病的早期診斷，如檢查骨頭或肌肉的損傷以及癌症等疾病，中醫經絡原理的研究，化學活體檢測等。

2超導材料發展

隨着科技的日新月異，新的超導材料不斷被發現。但因不同的本徵特徵，合成工藝及環境污染等因素的限制，使得有的超導材料失去了實用價值，而有的超導材料卻極具實用價值。如製造超導電纜的各種線材，磁懸浮列車的應用等。

以磁懸浮列車爲例，目前磁懸浮列車技術處於前列的是日本與德國，日本與德國分別於1962年、1968年開始研究磁懸浮技術。德國在1971年進行了時速90km/h的列車載人實驗，日本在1972年研製出了時速達204km/h的列車，而中國在1994年磁懸浮列車載人實驗成功，成爲了掌握磁懸浮技術的少數國家之一，繼而在2002年研製出了可以載客的磁懸浮列車。

除以上談到的發展之外，超導材料還在製造超導邏輯器件與超導電腦，航海與航空領域等得以發展。

3超導材料前景展望

超導技術是21世紀具有戰略意義的高科技，它的研製將會帶來難以估測經濟及社會效益。當超導材料及技術達到普及之後，會給國家帶來變革性的影響，我國的科技水平的提高以及綜合國力的提升，也會邁上一個新的臺階。因此，對於超導的研究，將會是各國的一個熱點問題。例如，美國將超導技術作爲能源戰略之一，以此足見超導材料的重要性。

結語：

儘管超導材料與技術有如此多的應用及優點，但它也存在着許多人們目前尚未克服的技術困難，這也是超導應用尚未普及的原因之一。因此，要想超導材料及技術真正的造福人類，還需要無數科學工作者的不懈努力。