超導(dǎo)介紹及應(yīng)用

1、超導(dǎo)研究獲超導(dǎo)研究獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)情況諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)情況 1913年 H.K.昂尼斯(荷蘭) 在低溫下研究物 質(zhì)的性質(zhì)并制成液態(tài)氦 1972年 J.巴丁(美) L.N.庫(kù)珀(美) J.R.斯 萊弗(美) 提出所謂BCS理論的超導(dǎo) 性理論 1973年 B.D.約瑟夫森(英) 關(guān)于固體中隧道現(xiàn) 象的發(fā)現(xiàn),從理論上預(yù)言了超導(dǎo)電流能 夠通過(guò)隧道阻擋層(即約瑟夫森效應(yīng)) 1987年 J.G.柏諾茲(美) K.A.穆勒(美) 發(fā)現(xiàn) 新的超導(dǎo)材料 目目目目目目 錄錄錄錄錄錄 一、超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)一、超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)一、超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)一、超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)一、超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)一、超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 二、三個(gè)重要的物理參數(shù)二

2、、三個(gè)重要的物理參數(shù)二、三個(gè)重要的物理參數(shù)二、三個(gè)重要的物理參數(shù)二、三個(gè)重要的物理參數(shù)二、三個(gè)重要的物理參數(shù) 三、超導(dǎo)體的物理特性三、超導(dǎo)體的物理特性三、超導(dǎo)體的物理特性三、超導(dǎo)體的物理特性三、超導(dǎo)體的物理特性三、超導(dǎo)體的物理特性 四、超導(dǎo)的微觀機(jī)制四、超導(dǎo)的微觀機(jī)制四、超導(dǎo)的微觀機(jī)制四、超導(dǎo)的微觀機(jī)制四、超導(dǎo)的微觀機(jī)制四、超導(dǎo)的微觀機(jī)制(BCS(BCS(BCS(BCS(BCS(BCS理論理論理論理論理論理論) ) ) ) ) ) 五、超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用五、超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用五、超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用五、超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用五、超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用五、超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用 六、高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)六、高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)六、高溫超導(dǎo)體

3、的發(fā)現(xiàn)六、高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)六、高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)六、高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn) 七、七、七、七、七、七、 八、結(jié)束語(yǔ)八、結(jié)束語(yǔ)八、結(jié)束語(yǔ)八、結(jié)束語(yǔ)八、結(jié)束語(yǔ)八、結(jié)束語(yǔ) 1908年，荷蘭物理學(xué)家昂納斯首次成功地把 稱為“永久氣體”的氦液化，因而獲得4.2K 的 低溫源，為超導(dǎo)發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)備了條件。三年后即1911 年，在測(cè)試純金屬電阻率的低溫特性時(shí)，昂納斯 又發(fā)現(xiàn)，汞的直流電阻在4.2K時(shí)突然消失，多次 精密測(cè)量表明，汞柱兩端壓降為零，他認(rèn)為這時(shí) 汞進(jìn)入了一種以零阻值為特征的新物態(tài)，并稱為 “超導(dǎo)態(tài)”。昂納斯在1911年12月28日宣布了這 一發(fā)現(xiàn)。但此時(shí)他還沒(méi)有看出這一現(xiàn)象的普遍意 義，僅僅當(dāng)成是有關(guān)水銀的特殊

4、現(xiàn)象。 荷蘭物理學(xué)家昂納斯 (Heike Kamerlingh Onnes) 卡末林卡末林昂尼斯昂尼斯 (Kamerlingh Onnes)(Kamerlingh Onnes) 低溫物理學(xué)家低溫物理學(xué)家 18531853年年9 9月月2121日生于日生于 荷蘭的格羅寧根，荷蘭的格羅寧根， 19261926年年2 2月月2121日卒于日卒于 荷蘭的萊頓因制荷蘭的萊頓因制 成液氦和發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)成液氦和發(fā)現(xiàn)超導(dǎo) 現(xiàn)象象現(xiàn)象象19131913年獲諾年獲諾 貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 金屬Hg電阻隨溫度變化規(guī)律 如圖所示 橫坐標(biāo)表示溫 度，縱坐標(biāo)表示在 該溫度下汞的電阻 與0時(shí)汞的電阻 之比：R/R0 R0

5、： T=273K的電阻 超導(dǎo)體的分類超導(dǎo)體的分類 根據(jù)超導(dǎo)體界面能的正負(fù)，我們可以 將超導(dǎo)體分為第一類超導(dǎo)體和第二類超導(dǎo) 體。大多數(shù)純超導(dǎo)金屬元素的界面能為正， 稱為第一類超導(dǎo)體第一類超導(dǎo)體。對(duì)于許多超導(dǎo)合金和 少數(shù)幾種純超導(dǎo)金屬元素來(lái)說(shuō)，其界面能 為負(fù)，稱為第二類超導(dǎo)體?，F(xiàn)在主要研究 的是第二類超導(dǎo)體第二類超導(dǎo)體。在第二類超導(dǎo)體中， 又可以根據(jù)由于磁通流動(dòng)而產(chǎn)生電阻（流 阻）將其進(jìn)行分類。 超導(dǎo)體的分類超導(dǎo)體的分類 在常壓下具有超導(dǎo)電性的元素金屬有32種（如圖 元素周期表中青色方框所示）,而在高壓下或制成薄膜 狀時(shí)具有超導(dǎo)電性的元素金屬有14種（如圖元素周期 表中綠色方框所示） 第第I類超導(dǎo)

6、體類超導(dǎo)體 第I類超導(dǎo)體主要包括一些在 常溫下具有良好導(dǎo)電性的純 金屬，如鋁、鋅、鎵、鎘、 錫、銦等，該類超導(dǎo)體的溶 點(diǎn)較低、質(zhì)地較軟，亦被稱 作“軟超導(dǎo)體”。其特征是 由正常態(tài)過(guò)渡到超導(dǎo)態(tài)時(shí)沒(méi) 有中間態(tài)，并且具有完全抗 磁性。第I類超導(dǎo)體由于其臨 界電流密度和臨界磁場(chǎng)較低， 因而沒(méi)有很好的實(shí)用價(jià)值。 第第II類超導(dǎo)體類超導(dǎo)體 (1)第II類超導(dǎo)體由正常態(tài)轉(zhuǎn) 變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)時(shí)有一個(gè)中間 態(tài) (2)第II類超導(dǎo)體的混合態(tài)中 有磁通線存在，而第I類 超導(dǎo)體沒(méi)有 (3)第II類超導(dǎo)體比第I類超 導(dǎo)體有更高的臨界磁場(chǎng)、 更大的臨界電流密度和更 高的臨界溫度 第II類超導(dǎo)體分類 第II類超導(dǎo)體根 據(jù)其是否具

7、有磁通釘 扎中心而分為理想第理想第 II類超導(dǎo)體類超導(dǎo)體和非理想非理想 第第II類超導(dǎo)體類超導(dǎo)體 二、三個(gè)重要的物理參數(shù)二、三個(gè)重要的物理參數(shù) 實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)必須具 備一定的條件，如溫 度 、磁場(chǎng)、電流都必 須足夠的低。超導(dǎo)態(tài) 的三大臨界條件臨界條件：臨 界溫度、臨界電流和 臨界磁場(chǎng)，三者密切 相關(guān)，相互制約。 三個(gè)重要的物理參數(shù)三個(gè)重要的物理參數(shù) 臨界溫度臨界溫度(Tc): 超導(dǎo)體電阻突然變?yōu)榱愕臏囟?臨界電流臨界電流 (Ic) : 超導(dǎo)體無(wú)阻載流的能力是有限的， 當(dāng)通過(guò)超導(dǎo)體中的電流達(dá)到某一特定值時(shí)， 又會(huì)重新出現(xiàn)電阻，使其產(chǎn)生這一相變的電 流稱為臨界電流 臨界磁場(chǎng)臨界磁場(chǎng)(Hc): 逐漸增大磁

8、場(chǎng)到達(dá)一定值后，超 導(dǎo)體會(huì)從超導(dǎo)態(tài)變?yōu)檎B(tài)，把破壞超導(dǎo)電 性所需的最小磁場(chǎng) 臨界溫度臨界溫度(Tc) 逐漸增大磁場(chǎng)到 達(dá)一定值后，超導(dǎo)體 會(huì)從超導(dǎo)態(tài)變?yōu)檎?態(tài)，把破壞超導(dǎo)電性 所需的最小磁場(chǎng)稱為 臨界磁場(chǎng)，記為Hc。 有經(jīng)驗(yàn)公式： Hc(T)=Hc(0)(1-T2/Tc2) 正常態(tài)正常態(tài) H Hc(0) Tc T 超導(dǎo)態(tài)超導(dǎo)態(tài) 超導(dǎo)體無(wú)阻載流的能力 也是有限的，當(dāng)通過(guò)超導(dǎo)體 中的電流達(dá)到某一特定值時(shí)， 又會(huì)重新出現(xiàn)電阻，使其產(chǎn) 生這一相變的電流稱為臨界 電流，記為Ic。目前，常用 電場(chǎng)描述Ic(V) ，即當(dāng)每厘米 樣品長(zhǎng)度上出現(xiàn)電壓為1V 時(shí)所輸送的電流。 Ic(V) I V 失 超 三、

9、超導(dǎo)體的物理特性三、超導(dǎo)體的物理特性 (1)零電阻現(xiàn)象零電阻現(xiàn)象(Zero Resistance) (a) TTc在超導(dǎo)環(huán)上加磁場(chǎng) (b) TTc圓環(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài) (c) 突然撤去外電場(chǎng)，超導(dǎo)環(huán)中產(chǎn)生持續(xù)電流 (2) 邁斯納效應(yīng)又叫完邁斯納效應(yīng)又叫完 全抗磁性，全抗磁性，1933年邁斯年邁斯 納發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)體一旦進(jìn)納發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)體一旦進(jìn) 入超導(dǎo)狀態(tài)，體內(nèi)的磁入超導(dǎo)狀態(tài)，體內(nèi)的磁 通量將全部被排出體外，通量將全部被排出體外， 磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為零，且磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為零，且 不論對(duì)導(dǎo)體是先降溫后不論對(duì)導(dǎo)體是先降溫后 加磁場(chǎng)，還是先加磁場(chǎng)加磁場(chǎng)，還是先加磁場(chǎng) 后降溫，只要進(jìn)入超導(dǎo)后降溫，只要進(jìn)入超導(dǎo) 狀態(tài)，超

10、導(dǎo)體就把全部狀態(tài)，超導(dǎo)體就把全部 磁通量排出體外。磁通量排出體外。 N N S 降溫 降溫 加場(chǎng) 加場(chǎng) S 注：注：S表示超導(dǎo)態(tài)表示超導(dǎo)態(tài) N表示正常態(tài)表示正常態(tài) 超導(dǎo)體的物理特性超導(dǎo)體的物理特性2 在錫盤(pán)上放一條永久磁鐵，當(dāng)在錫盤(pán)上放一條永久磁鐵，當(dāng) 溫度低于錫的轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，小磁鐵溫度低于錫的轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，小磁鐵 會(huì)離開(kāi)錫盤(pán)飄然升起，升至一定距會(huì)離開(kāi)錫盤(pán)飄然升起，升至一定距 離后，便懸空不動(dòng)了，這是由于磁離后，便懸空不動(dòng)了，這是由于磁 鐵的磁力線不能穿過(guò)超導(dǎo)體，在錫鐵的磁力線不能穿過(guò)超導(dǎo)體，在錫 盤(pán)感應(yīng)出持續(xù)電流的磁場(chǎng)，與磁鐵盤(pán)感應(yīng)出持續(xù)電流的磁場(chǎng)，與磁鐵 之間產(chǎn)生了排斥力，磁體越遠(yuǎn)離錫之間產(chǎn)

11、生了排斥力，磁體越遠(yuǎn)離錫 盤(pán)，斥力越小，當(dāng)斥力減弱到與磁盤(pán)，斥力越小，當(dāng)斥力減弱到與磁 鐵的重力相平衡時(shí)，就懸浮不動(dòng)了。鐵的重力相平衡時(shí)，就懸浮不動(dòng)了。 觀察邁納斯效應(yīng)的磁懸浮試驗(yàn)觀察邁納斯效應(yīng)的磁懸浮試驗(yàn) 德國(guó)物理學(xué)家邁納斯 超導(dǎo)體的物理特性超導(dǎo)體的物理特性 (3)二級(jí)相變效應(yīng)二級(jí)相變效應(yīng) 1932年，荷蘭學(xué)者Keesom和Kok發(fā)現(xiàn)，在 超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的臨界溫度TC處，比熱出現(xiàn)了突變。 Keesom-Kok實(shí)驗(yàn)表明，在超導(dǎo)態(tài)，電子對(duì)比熱 的貢獻(xiàn)約為正常態(tài)的3倍。 如果發(fā)生相變時(shí)，體積不變化，也無(wú)相變 潛熱，而比熱、膨脹系數(shù)等物理量卻發(fā)生變化， 則稱這種相變?yōu)槎?jí)相變二級(jí)相變。正常導(dǎo)體向超導(dǎo)體 的

12、轉(zhuǎn)變是一個(gè)二級(jí)相變。 超導(dǎo)體的物理特性超導(dǎo)體的物理特性 (4)同位素效應(yīng)同位素效應(yīng) 同位素效應(yīng)指出超導(dǎo)體的臨界溫度同位素效應(yīng)指出超導(dǎo)體的臨界溫度 隨同位素質(zhì)量而變化。隨同位素質(zhì)量而變化。 同位素效應(yīng)揭示出超導(dǎo)電性與電子同位素效應(yīng)揭示出超導(dǎo)電性與電子 和晶格的振動(dòng)有關(guān)和晶格的振動(dòng)有關(guān) M Tc 1 2/1 超導(dǎo)體的物理特性超導(dǎo)體的物理特性 (5)單電子隧道效應(yīng)單電子隧道效應(yīng) 當(dāng)一個(gè)電子在勢(shì)壘中運(yùn)動(dòng)時(shí)，電子可以借 助真空，從真空吸收一個(gè)虛光子，使自己的能 量增大而越過(guò)勢(shì)壘，電子一旦越過(guò)勢(shì)壘，便將 虛光子送還給真空。同時(shí)，電子的能量也返回 到原來(lái)的值,量子理論稱它為隧道效應(yīng)。 超導(dǎo)體的物理特性超導(dǎo)體

13、的物理特性 (6) 約瑟夫森效應(yīng)約瑟夫森效應(yīng)（雙電子隧道效應(yīng)）（雙電子隧道效應(yīng)） 1962年，約瑟夫森（Josephson）提出，應(yīng)有 電子對(duì)通過(guò)超導(dǎo)-絕緣層-超導(dǎo)隧道元件，即一對(duì)對(duì) 電子成伴地從勢(shì)壘中貫穿過(guò)去。電子對(duì)穿過(guò)勢(shì)壘 可以在零電壓下進(jìn)行，所以約瑟夫森效應(yīng)與單電 子隧道效應(yīng)不同，可用實(shí)驗(yàn)對(duì)它們加以鑒別。零 電壓下的約瑟夫森效應(yīng)又稱直流約瑟夫森效應(yīng)。 此外還有交流約瑟夫森效應(yīng)。它們具有共同的特 點(diǎn)，都是雙電子隧道效應(yīng)。 四、四、超導(dǎo)的微觀機(jī)制超導(dǎo)的微觀機(jī)制(BCS理論理論) 1957 1957 年在伊利諾大學(xué)的年在伊利諾大學(xué)的 B. D. B. D. Bardeen(Bardeen(巴丁

14、巴丁) )、L. N. Cooper(L. N. Cooper(庫(kù)柏庫(kù)柏) ) 及及 J. R. Schrieffer(J. R. Schrieffer(施里弗施里弗) ) 為了正確解釋為了正確解釋 超導(dǎo)現(xiàn)象，發(fā)表了著名且完整的超導(dǎo)微觀超導(dǎo)現(xiàn)象，發(fā)表了著名且完整的超導(dǎo)微觀 理論（量子理論），稱為理論（量子理論），稱為 BCS BCS 理論。理論。BCSBCS 理論是由美國(guó)物理學(xué)家巴丁、庫(kù)珀和施里理論是由美國(guó)物理學(xué)家巴丁、庫(kù)珀和施里 弗于弗于19571957年首先提出的，并以三位科學(xué)家年首先提出的，并以三位科學(xué)家 姓名第一個(gè)大寫(xiě)字母命名這一理論姓名第一個(gè)大寫(xiě)字母命名這一理論 巴丁、庫(kù)柏、施里弗巴

15、丁、庫(kù)柏、施里弗 巴丁、庫(kù)柏、施里弗獲得了巴丁、庫(kù)柏、施里弗獲得了1972年諾貝年諾貝 爾物理獎(jiǎng)爾物理獎(jiǎng) BCS理論的三個(gè)觀點(diǎn)理論的三個(gè)觀點(diǎn) 1.在一定溫度下，金屬中參與導(dǎo)電的 電子結(jié)成庫(kù)珀對(duì)，這是一個(gè)相變過(guò) 程； 2.庫(kù)珀對(duì)電子凝聚在費(fèi)密面附近； 3.費(fèi)密面以上將出現(xiàn)一個(gè)寬度為的 能隙。 五、超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用五、超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用 （1）在電力工程方面的應(yīng)用）在電力工程方面的應(yīng)用 圖1 超導(dǎo)導(dǎo)線(含 2120根微米直徑 之鈮鈦合金纖維) 超導(dǎo)輸電超導(dǎo)輸電在原則上可以 做到?jīng)]有焦耳熱的損耗， 因而可節(jié)省大量能源；用 超導(dǎo)線圈儲(chǔ)存能量在軍事 上有重大應(yīng)用，超導(dǎo)線圈 用于發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)可以 大大提高工作

16、效率、降低 損耗，從而導(dǎo)致電工領(lǐng)域 的重大變革. 超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置 超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置是利用超導(dǎo) 線圈將電磁能直接儲(chǔ)存起來(lái)， 需要時(shí)再將電磁能返回電網(wǎng)或 其它負(fù)載的一種電力設(shè)施。一 般由超導(dǎo)線圈、低溫容器、制 冷裝置、變流裝置和測(cè)控系統(tǒng) 幾個(gè)部件組成。其中超導(dǎo)線圈 是超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置的核心部件， 它可以是一個(gè)螺旋管線圈或是 環(huán)形線圈 超導(dǎo)發(fā)電機(jī)超導(dǎo)發(fā)電機(jī) 在電力領(lǐng)域，利用超導(dǎo)線 圈磁體可以將發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)強(qiáng) 度提高到5萬(wàn)6 萬(wàn)高斯，并且 幾乎沒(méi)有能量損失，這種發(fā)電 機(jī)便是交流超導(dǎo)發(fā)電機(jī)交流超導(dǎo)發(fā)電機(jī)。超導(dǎo) 發(fā)電機(jī)的單機(jī)發(fā)電容量比常規(guī) 發(fā)電機(jī)提高510倍，達(dá)1萬(wàn)兆 瓦，而體積卻減少1/2，整機(jī)重 量

17、減輕1/3，發(fā)電效率提高50 超導(dǎo)限流器超導(dǎo)限流器 超導(dǎo)限流器是利用超 導(dǎo)體的超導(dǎo)/正常態(tài)轉(zhuǎn)變 特性，有效限制電力系 統(tǒng)故障短路電流，能夠 快速和有效地達(dá)到限流 作用的一種電力設(shè)備。 超導(dǎo)限流器集檢測(cè)、觸 發(fā)和限流于一體，反應(yīng) 速度快，正常運(yùn)行時(shí)的 損耗很低，能自動(dòng)復(fù)位， 克服了常規(guī)熔斷器只能 使用一次的缺點(diǎn) 。 日本超導(dǎo)磁懸浮列車 MAGLEV 高溫超導(dǎo)磁懸浮實(shí)驗(yàn) 車“世紀(jì)號(hào)” （2）超導(dǎo)技術(shù)在交通運(yùn)輸方面的應(yīng)用）超導(dǎo)技術(shù)在交通運(yùn)輸方面的應(yīng)用 （3）超導(dǎo)技術(shù)在電子工程方面的應(yīng)用）超導(dǎo)技術(shù)在電子工程方面的應(yīng)用 用超導(dǎo)技術(shù)制 成各種儀器，具有 靈敏度高、噪聲低、 反應(yīng)快、損耗小等 特點(diǎn)，如用超導(dǎo)

18、量 子干涉儀可確定地 熱、石油、各種礦 藏的位置和儲(chǔ)量， 并可用于地震預(yù)報(bào) 圖8 超導(dǎo)量子干涉儀 超導(dǎo)數(shù)字電路超導(dǎo)數(shù)字電路 超導(dǎo)數(shù)字電路利用約瑟夫森超導(dǎo)數(shù)字電路利用約瑟夫森 結(jié)在零電壓態(tài)和能隙電壓態(tài)之結(jié)在零電壓態(tài)和能隙電壓態(tài)之 間的快速轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)二元信息。間的快速轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)二元信息。 應(yīng)用約瑟夫森效應(yīng)的器件可以應(yīng)用約瑟夫森效應(yīng)的器件可以 制成開(kāi)關(guān)元件，其開(kāi)關(guān)速度可制成開(kāi)關(guān)元件，其開(kāi)關(guān)速度可 達(dá)達(dá)10-11秒左右的數(shù)量級(jí)，比半秒左右的數(shù)量級(jí)，比半 導(dǎo)體集成電路快導(dǎo)體集成電路快100倍，但功倍，但功 耗卻要低耗卻要低1000倍左右，為制倍左右，為制 造亞納秒電子計(jì)算機(jī)提供了一造亞納秒電子計(jì)算機(jī)提供

19、了一 個(gè)途徑個(gè)途徑 （4）超導(dǎo)技術(shù)在生物醫(yī)療方面的應(yīng)用）超導(dǎo)技術(shù)在生物醫(yī)療方面的應(yīng)用 核磁共振斷層掃描 儀其原理乃是利用核磁 共振原理，觀察體內(nèi)某 一種原子核的變化分布 (主要是氫原子)，將結(jié) 果顯像為人體斷層掃描 圖，以觀察身體中病灶 組織的變化。 圖9 核磁共振斷層掃描 儀與人體斷層掃描圖 （5）超導(dǎo)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用）超導(dǎo)技術(shù)在軍事上的應(yīng)用 (a)超導(dǎo)粒子束武器和自由電子激光器超導(dǎo)粒子束武器和自由電子激光器 (b)超導(dǎo)電磁炮超導(dǎo)電磁炮 (c)超導(dǎo)電磁推進(jìn)系統(tǒng)和超導(dǎo)陀螺儀超導(dǎo)電磁推進(jìn)系統(tǒng)和超導(dǎo)陀螺儀 超導(dǎo)技術(shù)在軍事工業(yè)中也可 以發(fā)揮其特有的作用，超導(dǎo)掃雷超導(dǎo)掃雷 具具就是其中之一。超導(dǎo)掃雷

20、具的 工作原理是：超導(dǎo)掃雷具模擬艦 船磁場(chǎng)特性，采用兩根大電流電 纜在海水中形成電極，并與海水 組成閉合電路產(chǎn)生磁場(chǎng)，或者在 船上安裝一個(gè)電磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)， 從而得以將磁水雷引爆 (6)科學(xué)工程和實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用科學(xué)工程和實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用 科學(xué)工程和實(shí)驗(yàn)室是超導(dǎo)技 術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要方面，它 包括高能加速器、核聚變裝 置等。高能加速器高能加速器用來(lái)加速 粒子產(chǎn)生人工核反應(yīng)以研究 物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是基本粒子 物理學(xué)研究的主要裝備。 核聚變裝置核聚變裝置是人們長(zhǎng)期以來(lái)夢(mèng)想解決能源問(wèn)題的一個(gè)重 要方向，其途徑是將氘和氚加熱后，使原子和彌散的電 子成為一種等離子狀態(tài)，并且在將這種高溫等離子體約 束在適當(dāng)空間內(nèi)的條件下，

21、原子核就能夠越過(guò)電子的排 斥而互相碰撞產(chǎn)生核聚變反應(yīng)。在這些應(yīng)用中，超導(dǎo)磁超導(dǎo)磁 體是高能加速器和核聚變裝置不可缺少的關(guān)鍵部件。體是高能加速器和核聚變裝置不可缺少的關(guān)鍵部件。 (7) 農(nóng)業(yè)上的農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用應(yīng)用 農(nóng)作物種子由于其富 含蛋白質(zhì)和有機(jī)酶， 在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，能 夠影響種子的萌發(fā)、 苗期生長(zhǎng)、作物產(chǎn)量 和品質(zhì)、遺傳特性等 一般而言，磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)作用時(shí)間對(duì)農(nóng)作物種子的影 響比較大，其作用機(jī)制是：磁場(chǎng)基因酶代謝結(jié) 構(gòu)與功能。實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)作用的農(nóng) 作物種子，其最終產(chǎn)量將能夠提高5-10%。 六、高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)六、高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn) (1)高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn) 自

22、1911年出現(xiàn)第一個(gè)超導(dǎo)體水銀到1973年出現(xiàn)合金 超導(dǎo)體鍺三鈮，前后的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)62年，但臨界溫度TC總 共只提高了20K左右，平均每年增長(zhǎng)1/3（K）；1964年 開(kāi)始在金屬氧化物中尋找超導(dǎo)材料，到1975年，臨界溫 度只達(dá)到13K，遠(yuǎn)不及鍺三鈮。后來(lái)美國(guó)Bell貝爾實(shí)驗(yàn)室 一個(gè)叫William.L.Mcmilam（威廉.L. 麥克米蘭）的人提出： 金屬超導(dǎo)臨界溫度上限值為30（K），這一斷言使一部 分科學(xué)家對(duì)金屬材料失去信心。 1980年后有人開(kāi)始轉(zhuǎn)向在有機(jī)材料中發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體，美國(guó)霍 普金斯研究小組首先合成一種有機(jī)材料（TMTSF）2 X， 它在TC =1時(shí)成為超導(dǎo)體。此后短短5年中，有機(jī)超

23、導(dǎo)材料 臨界溫度提高到8（K）。盡管有機(jī)超導(dǎo)體的臨界溫度有待 大幅度地提高，但有機(jī)材料易加工成型，易于人工合成， 價(jià)格便宜，重量輕，故仍具有不可抗拒的誘惑力。 高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn) 1986年4月，正當(dāng)提高金屬、合金有機(jī)材 料的臨界溫度都遇到困難的時(shí)候，瑞士學(xué)者 繆勒和西德學(xué)者柏努茲發(fā)現(xiàn)多相氧化物或稱 為陶瓷材料超導(dǎo)，激起人們對(duì)新陶瓷材料的 高度熱情，在不到一年時(shí)間內(nèi)，中國(guó)、日本， 美國(guó)等競(jìng)相努力，使陶瓷超導(dǎo)體的臨界溫度 提高到300K以上。 1987年初，中國(guó)的趙忠賢獲得SrLaCuO的 超導(dǎo)臨界溫度為48.6K，短短數(shù)月內(nèi)就又提高 至近300K，平均每月增長(zhǎng)50K！出現(xiàn)了超導(dǎo)史

24、 上空前振奮人心的局面。 著名高溫超導(dǎo)物理學(xué)家 (1)高高Tc超導(dǎo)體的主要性質(zhì)超導(dǎo)體的主要性質(zhì) 1.晶體結(jié)構(gòu)有強(qiáng)低維特點(diǎn)，3個(gè)晶格常數(shù)相差3 4倍； 2.輸運(yùn)系數(shù)具有很大的各向異性； 3.磁場(chǎng)穿透深度較大； 4.相干長(zhǎng)度較短或者庫(kù)珀對(duì)的空間局域性較強(qiáng)； 5.載流子濃度較低，且為空穴型導(dǎo)電； 6.隧道實(shí)驗(yàn)表明電子對(duì)存在； 7.邁斯納效應(yīng)不完全； 8.同位素效應(yīng)弱甚至無(wú)。 (1)必須在一個(gè)確定的溫度實(shí)現(xiàn)零電阻轉(zhuǎn)變； (2)在零電阻轉(zhuǎn)變溫度的附近必須觀察到完全抗 磁性（邁斯納效應(yīng)）； (3)這一現(xiàn)象必須具有一定的穩(wěn)定性和再現(xiàn)性； (4)這一現(xiàn)象必須為其它實(shí)驗(yàn)室所重復(fù)和驗(yàn)證。 (2)高溫超導(dǎo)體的高溫超

25、導(dǎo)體的四項(xiàng)判斷準(zhǔn)則四項(xiàng)判斷準(zhǔn)則 (3)高溫超導(dǎo)理論研究現(xiàn)狀高溫超導(dǎo)理論研究現(xiàn)狀 1.BCS理論理論 2.共振價(jià)鍵理論（共振價(jià)鍵理論（RVB） 3.雙極化子機(jī)制雙極化子機(jī)制 4.激子機(jī)制激子機(jī)制 5.等離子體機(jī)制等離子體機(jī)制 6.雜質(zhì)躍遷雜質(zhì)躍遷 盡管如此，也還是沒(méi)有一種理論能得到 大家的一致公認(rèn)。誰(shuí)能最后揭開(kāi)高TC超導(dǎo)之 謎，誰(shuí)就將是科學(xué)王國(guó)中的佼佼者 (4)高溫超導(dǎo)陶瓷的制作工藝高溫超導(dǎo)陶瓷的制作工藝 (1)干法干法 (2)濕法濕法 (3)電子束蒸發(fā)電子束蒸發(fā) 此外，還有直流磁控濺射和單晶生成 等工藝。 目前，第一代超導(dǎo)線材鉍氧化物線材已達(dá)到商業(yè) 化水平。東京電力公司試制成功長(zhǎng)100米、3相、66千伏的 超導(dǎo)電纜，美國(guó)不久也將進(jìn)行100米超導(dǎo)電纜的安裝試驗(yàn)。 日本正在加緊研究開(kāi)發(fā)高性能的超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)變壓器、 超導(dǎo)限流器和超導(dǎo)蓄電裝置等，預(yù)計(jì)5年后達(dá)到目標(biāo)。日 本磁懸浮列車線圈的超導(dǎo)化目前也在計(jì)劃當(dāng)中，預(yù)計(jì)將從 明