磁性材料與超導材料(參考版)
2025-05-03 03:21本頁面
【正文】 。 超導電技術(shù)將會在越來越廣泛的范圍里造福人類，而且對 高溫超導電性機理 的了解，將對 凝聚態(tài)物理學的發(fā)展 產(chǎn)生極為深遠的影響。因此，超導材料在醫(yī)學上被稱作 診斷疾病的“神醫(yī)”。 由于 腦體和心臟細胞 有 病變時 會改變 腦電流和心電流 信號，因此可用 超導量子干涉器件 診斷心臟和腦部的疾病。 超導材料 在醫(yī)學方面 ，可以用來制造一種能測量 極微小的電壓和電流 的電子元件，叫做 超導量子干涉器件 。故超導體被稱作剔除雜質(zhì)的能手 。 而 超導體產(chǎn)生的強磁場 可以作為 “ 磁封閉體 ” ， 將熱核反應堆中的 超高溫等離子體 包圍 、 約束 起來 ， 然后慢慢釋放 ， 從而使 受控核聚變能源 成為 21世紀前景廣闊的新能源 。 這輛磁浮列車是由 鐵道部長春客車工廠 制造的， 鐵道科學院 、 國防科技大學 、 西南交通大學 、長沙鐵道學院 、 大連鐵道學院 等單位共同參加了研制。但建造這種隧道很難，因而不易實現(xiàn)。 超導磁懸浮列車因為 不和鐵軌接觸 ， 沒有摩擦力 ，只有空氣產(chǎn)生的阻力，因此時速可達到650公里，和普通的民航飛機的速度差不多。 因為 超導材料沒有電阻 ，多大的電流通過它也 不會產(chǎn)生焦耳熱 ，也 不會有電阻產(chǎn)生的損耗 。 怎樣才能使磁懸浮列車本身的重量減輕，又能讓電磁鐵產(chǎn)生很大的磁力呢 ?這似乎是一個難以克服的固難。所以銅導線通過的電流大小受到限制，例如直徑 1毫米的銅導線，只能通過 6安培左右的電流，否則就會過熱燒毀。 而電磁鐵之間的 排斥力 和通過電磁線圈中的 電流 有直接關(guān)系，也就是說，只有通過很大的電流，才能產(chǎn)生很大的磁力。 電磁鐵的線圈 有兩種，一種是 普通的銅導線 繞成的，另一種則是用 超導材料導線 制成的。 磁懸浮列車上的 磁鐵 不是常見的那種永久磁鐵，而是 電磁鐵 。 超導磁懸浮列車 利用超導材料的 抗磁性 ，將 超導材料 放在一塊 永久磁體 的上方，由于磁體的磁力線不能穿過超導體， 磁體和超導體之間 會產(chǎn)生排斥力 ，使超導體 懸浮 在磁體上方。 超導計算機中的超大規(guī)模 集成電路 ，其 元件間的互連線 用 接近零電阻 和 超微發(fā)熱的超導器件來制作，不存在散熱問題，同時計算機的 運算速度 大大提高。 超導材料之所以能 儲存電能 是因為它沒有電阻 ，只要 把電“注入”超導線圈 ， 電流就可以無休止地在線圈中流動也不會有損耗 。 美國已設(shè)計并著手建造一個可以儲存 500萬千瓦小時的 巨型圈 。一旦需要電力，在 內(nèi)就可從 超導儲能線圈 中把電流引出來送到任何電網(wǎng)。在和平時期可向居民供電，在有導彈襲來時，可為激光武器供電 ，用激光摧毀導彈。因此， 超導材料 是一種極好的 節(jié)能材料 和 儲能材料 。 超導貯能 超導材料 在 輸送電流 時，不會損耗電力，故用它可把作 發(fā)電機 可以 做得很小 。 據(jù)統(tǒng)計，目前的 銅或鋁 導線輸電，約有15%的電能損耗在 輸電線路 上，光是在中國，每年的電力損失即達 1000多億度。 磁流體發(fā)電機的 結(jié)構(gòu) 非常 簡單 ，用于磁流體發(fā)電的 高溫導電性氣體 還可 重復利用 。 Ｂ、 磁流體發(fā)電機 磁流體發(fā)電機 同樣離不開 超導強磁體 的幫助。 超導磁體 可以制作 : A、交流超導發(fā)電機 Ｂ、 磁流體發(fā)電機 Ｃ、 超導輸電線路 A、交流超導發(fā)電機 在電力領(lǐng)域，利用 超導線圈磁體 可以將發(fā)電機的磁場強度 提高到 5萬～ 6萬高斯，并且?guī)缀?沒有能量損失 ，這種發(fā)電機便是 交流超導發(fā)電機 。 由于超導材料 在超導狀態(tài)下 具有 零電阻 和 完全的抗磁性 ， 因此只需 消耗極少的電能 ， 就可以獲得 10萬高斯以上的 穩(wěn)態(tài)強磁場 。 電子學應用 包括 超導計算機 、 超導天線 、超導微波器件 等； 抗磁性 主要應用于 磁懸浮列車 和 熱核聚變反應堆 等。 七 、 高溫超導材料的應用 高溫超導材料的用途 ， 大致可分為以下三類： （ １ ） 大電流 應用 （ 強電應用 ） ； （ ２ ） 電子學 應用 （ 弱電應用 ） ； （ ３ ） 抗磁性 應用 。 ⑦超導陶瓷材料 人們在探索具有 高臨界轉(zhuǎn)變溫度 的 超導陶瓷材料 方面取得突破，發(fā)現(xiàn) BaLaCuO體系和 BaYCuO體系的 超導陶瓷材料 ，實現(xiàn)了 液氮溫度 超導。 復合超導材料 可以 承載更大的電流、減少退化效應 、 增加超導的穩(wěn)定性 、 提高機械強度和 超導性能 等。 后來人們又制備出 YNi4B超導體和 YNi2B2C超導體等等，四元素 硼碳金屬間化合物 的超導轉(zhuǎn)變溫度達到 23K。這類超導體表現(xiàn)出 鐵磁性與超導電性共存 的復雜現(xiàn)象，因此又稱為 磁性超導體 。 重費米子超導體 的研究對于 超導電機制 研究有重大意義。 由于這類超導體的 低溫電子比熱系數(shù) 非常大，是普通金屬的幾百甚至幾千倍。 非晶態(tài)過渡金屬及合金 的性質(zhì)比 簡單金屬 更為復雜。 它們具有 高度均勻性 、 高強度 、 耐磨 、耐腐蝕 等優(yōu)點。 ② 有機超導體 第一個被發(fā)現(xiàn)的 有機超導體 是 (TMTSF)2PF6，盡管這種有機鹽的 超導轉(zhuǎn)變溫度 只有 ，但是，它的發(fā)現(xiàn)預示了一個 新的超導電性研究領(lǐng)域 的出現(xiàn)。 (a) (Nd1xSrx)(Nd1yCey)CuO4x (b) (La1xAx)CuO4 (A=Ca,Sr,Ba) (c)YBa2Cu4O8 ⑶ 其它類型超導體 ① 堿金屬摻雜的 C60超導體 ② 有機超導體 ③ 非晶超導材料 ④ 重費米子超導體 ⑤ 金屬間化合物 (R— T— B— Ｃ )超導體 ⑥ 復合超導材料 ⑦ 超導陶瓷材料 ① 堿金屬摻雜的 C60超導體 C60具有極高的穩(wěn)定性，當 C60中 摻入堿金屬 時，人們發(fā)現(xiàn) 在一些特定成分上 可以形成富勒烯結(jié)構(gòu)。 復合法制備Nb3 Sn,V3 Ga線材 ⑵ 高溫超導體 (HTS) 一些復雜的 氧化物陶瓷 具有 高的轉(zhuǎn)變溫度 ，其臨界溫度超過了 77K，可在液氮的溫度下工作，稱為 高溫超導體 。 實際能夠?qū)嵱玫闹挥?Nb3 Sn和 V3 Ga兩種。 目前 NbTi系合金實用的線材使用最廣，NbZrTi， NbTiTa， NbTiZrTa用于 磁流體發(fā)電機 大型磁體 。 NbZr合金具有 低磁場高電流 的特點。超導合金具有 塑性好 ， 易于大量生產(chǎn) ， 成
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