第一篇：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)高溫超導(dǎo)物理研究新進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)高溫超導(dǎo)物理研究新進(jìn)展

摘 要在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)科大）建校50周年之際，文章作者對(duì)近年來(lái)中國(guó)科大在高溫超導(dǎo)物理方面的最新研究進(jìn)展情況作一介紹，包括新型高溫超導(dǎo)材料探索研究和高溫超導(dǎo)機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究.在新型高溫超導(dǎo)材料探索研究方面，文章作者首次發(fā)現(xiàn)了除高溫超導(dǎo)銅基化合物以外第一個(gè)超導(dǎo)溫度突破麥克米蘭極限（39 K）的非銅基超導(dǎo)體――鐵基砷化物SmO1-xFxFeAs，該類(lèi)材料的最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度可達(dá)到55K；中國(guó)科大還成功地制備出大量高質(zhì)量的超導(dǎo)化合物單晶，包括Nd2-xCexCuO4,NaxCoO2,CuxTiSe2等.在高溫超導(dǎo)機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究方面，中國(guó)科大系統(tǒng)地研究了SmO1-xFxFeAs體系的電輸運(yùn)性質(zhì)給出了該體系的電子相圖；發(fā)現(xiàn)了在電子型高溫超導(dǎo)體中存在反常的熱滯現(xiàn)象和電荷-自旋強(qiáng)烈耦合作用；在NaxCoO2體系中也開(kāi)展了系列的工作，并且首次明確了電荷有序態(tài)中小自旋的磁結(jié)構(gòu)問(wèn)題；此外，還系統(tǒng)地研究了CuxTiSe2體系中電荷密度波與超導(dǎo)的相互關(guān)系.??

關(guān)鍵詞高溫超導(dǎo),鐵基砷化物,自旋-電荷耦合,電荷有序,電荷密度波?おお?

High|Tc superconductivity research in the University of ??Science and Technology of China?お?

CHEN Xian|Hui?k??

(Hefei National Laboratory for Physical Sciences at Microscale and Department of Physics, University of ??Science and Technology of China, Hefei 230026, China)?お?

AbstractTo celebrate the 50th anniversary of the founding of the University of Science and Technology of China, a brief review is presented of recent research on high|Tc superconductivity there.The search for new high|Tc materials and experimental research on the mechanism of high|Tc superconductivity led to our discovery of the Fe|based arsenide superconductor――SmO1-xFxFeAs, which is the first non|copper|oxide superconductor with a transition temperature beyond the McMillan limit(39 K), while the highest transition temperature in this system can reach 55 K.A variety of superconducting single crystals including Nd2-xCexCuO4, NaxCoO2 and CuxTiSe2 have been successfully grown.To understand the mechanism of high|Tc superconductivity we have systematically studied the electronic transport of the SmO1-xFxFeAs system and proposed a corresponding electronic phase diagram.Abnormal thermal hysteresis and spin|charge coupling have been found in electron|type high|Tc superconductors.In the NaxCoO2 system the magnetic structure of the small magnetic moment in the charge ordered state has been clarified.The relationship between charge density waves and superconductivity in the CuxTiSe2 system has also been studied.??

Keywordshigh|Tc superconductivity, Fe|based arsenide, spin|charge coupling, charge ordering, charge density wave

引言??

上世紀(jì)80年代末，高溫超導(dǎo)銅氧化合物的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了全球研究高溫超導(dǎo)的熱潮.至今，高溫超導(dǎo)的研究已經(jīng)有22年的歷史，在20多年的廣泛研究中,人們積累了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論方法.到目前為止，雖然已經(jīng)有許多很好的理論模型，但是高溫超導(dǎo)機(jī)理問(wèn)題仍然沒(méi)有完全解決，許多實(shí)驗(yàn)的結(jié)果還存在爭(zhēng)議.??

銅氧化物的奇特物理源自于電子的強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)，而且人們發(fā)現(xiàn)這種強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)是普遍存在于物質(zhì)之中的，尤其是在d電子和f電子化合物中最常見(jiàn).高溫超導(dǎo)的研究也不再局限于認(rèn)識(shí)高溫超導(dǎo)電性本身，而是要理解強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)背后所有的物理現(xiàn)象以及如何建立研究強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系的范式.因而強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系中的超導(dǎo)現(xiàn)象也就成為高溫超導(dǎo)的研究范圍，并且吸引了人們極大的興趣.我們的工作的重點(diǎn)就是圍繞新的高溫超導(dǎo)材料以及強(qiáng)關(guān)聯(lián)超導(dǎo)材料開(kāi)展的.??

這里我們將分為兩個(gè)方面來(lái)介紹我們的工作進(jìn)展，即新型高溫超導(dǎo)材料探索和高溫超導(dǎo)機(jī)理實(shí)驗(yàn)研究.?? 研究工作的進(jìn)展情況??

2.1 新型高溫超導(dǎo)材料探索??

2.1.1 新高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)??

1986年，IBM研究實(shí)驗(yàn)室的德國(guó)物理學(xué)家柏諾茲與瑞士物理學(xué)家繆勒在層狀銅氧化合物體系中發(fā)現(xiàn)了高于40K的臨界轉(zhuǎn)變溫度［1］，隨后該體系的臨界溫度不斷提高，最終達(dá)到了163K（高壓下）［2］.該發(fā)現(xiàn)掀起了全球范圍的超導(dǎo)研究熱潮并且對(duì)經(jīng)典的“BCS”理論也提出了挑戰(zhàn).德國(guó)物理學(xué)家柏諾茲與瑞士物理學(xué)家繆勒也因?yàn)樗麄兊陌l(fā)現(xiàn)獲得了1987年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).自從層狀銅氧化合物高溫超導(dǎo)體發(fā)現(xiàn)以來(lái)，人們一直都在致力于尋找更高臨界溫度的新超導(dǎo)體.然而到目前為止，臨界溫度高于40K的超導(dǎo)體只有銅氧化合物超導(dǎo)體.在非銅氧化合物超導(dǎo)體中，臨界溫度最高的就是39K的MgB2超導(dǎo)體［3］.但是該超導(dǎo)體的臨界溫度非常接近“BCS”理論所預(yù)言的理論值［4］.因此，尋找一個(gè)臨界溫度高于40K的非銅氧化合物超導(dǎo)體對(duì)于理解普適的高溫超導(dǎo)電性是非常重要的，尤其是高溫超導(dǎo)的機(jī)理到目前還沒(méi)有得到類(lèi)似于“BCS”一樣完美的理論.在我們最近的研究中，我們?cè)诰哂衂rCuSiAs結(jié)構(gòu)的釤砷氧化物SmFeAsO1-xFx中發(fā)現(xiàn)了體超導(dǎo)電性［5］.我們的電阻率和磁化率測(cè)量表明，該體系的超導(dǎo)臨界溫度達(dá)到了43K.該材料是目前為止第一個(gè)臨界溫度超過(guò)40K的非銅氧化合物超導(dǎo)體.高于40K的臨界轉(zhuǎn)變溫度也有力地說(shuō)明了該體系是一個(gè)非傳統(tǒng)的高溫超導(dǎo)體.該發(fā)現(xiàn)勢(shì)必會(huì)對(duì)我們認(rèn)識(shí)高溫超導(dǎo)現(xiàn)象帶來(lái)新的契機(jī).??

關(guān)于電荷有序NaxCoO2體系的磁結(jié)構(gòu)一直以來(lái)都存在爭(zhēng)議，被大家普遍接受的磁結(jié)構(gòu)有兩種:一種是由美國(guó)MIT實(shí)驗(yàn)組提出的類(lèi)似“stripe”的磁結(jié)構(gòu)［52］，另一種是由日本實(shí)驗(yàn)組提出的有大、小磁矩的磁結(jié)構(gòu)［53］.通過(guò)研究磁場(chǎng)下角度依賴(lài)的磁阻，我們從實(shí)驗(yàn)上給出了強(qiáng)有力的證據(jù),證明了日本實(shí)驗(yàn)組給出的磁結(jié)構(gòu)更加合理［54］，從而解決了關(guān)于磁結(jié)構(gòu)的爭(zhēng)論.并且我們還通過(guò)我們的結(jié)果首次確定了電荷有序NaxCoO2體系的小磁矩的磁結(jié)構(gòu).另外我們還在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在x=0.55時(shí)，體系的小磁矩會(huì)形成面內(nèi)鐵磁性［55］.該實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了大、小磁矩磁結(jié)構(gòu)的正確性，并且表明體系的小磁矩的磁結(jié)構(gòu)是強(qiáng)烈依賴(lài)于Na的含量.基于以上兩個(gè)發(fā)現(xiàn)，我們又進(jìn)一步證明了，在強(qiáng)場(chǎng)下，小磁矩會(huì)發(fā)生一個(gè)磁場(chǎng)誘導(dǎo)的自旋90度翻轉(zhuǎn)，并且同時(shí)伴隨有磁性的轉(zhuǎn)變［56］.至此，我們對(duì)該體系的磁結(jié)構(gòu)有了一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)，并且給出了該體系在電荷有序附近的磁性相圖.在對(duì)磁結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的同時(shí)，我們還發(fā)現(xiàn)了該體系具有很強(qiáng)的自旋電荷耦合，這將有助于我們理解體系的超導(dǎo)電性.??

2.2.4 CuxTiSe2體系的研究??

過(guò)渡金屬二硫族化合物（TMD’s）具有非常豐富的物理現(xiàn)象.不同的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)可以導(dǎo)致迥然不同的物理性質(zhì).例如，兩維體系的電荷密度波是首先在TMD’s中發(fā)現(xiàn)的［57］.電荷密度波態(tài)，1T結(jié)構(gòu)的TaS2會(huì)在費(fèi)米面打開(kāi)一個(gè)能隙［58］，但在2H結(jié)構(gòu)的TaS2中，能隙只是部分打開(kāi)［59］，而在1T結(jié)構(gòu)中的TiSe2中卻沒(méi)有任何能隙的打開(kāi)［60］.非常有意思的是，超導(dǎo)電性總是在2H結(jié)構(gòu)的TMD’s材料中和電荷密度波相互共存、相互競(jìng)爭(zhēng)［61―63］，但在1T結(jié)構(gòu)的化合物中，卻很少觀察到這種現(xiàn)象.最近，在1T結(jié)構(gòu)的CuxTiSe2中發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)電性進(jìn)一步豐富了TMD’s材料的物理內(nèi)容［64］.在不摻雜的1T結(jié)構(gòu)的TiSe2中，體系表現(xiàn)為CDW，并且這種材料中的CDW機(jī)制到目前還在爭(zhēng)論中.隨著銅原子的摻雜，CDW轉(zhuǎn)變溫度會(huì)迅速下降，這種情況類(lèi)似于MxTiSe2’s(M=Fe,Mn,Ta,V和Nb)化合物［65―68］.與此同時(shí)，超導(dǎo)電性會(huì)在摻雜量為x=0.04出現(xiàn)，并在x=0.08達(dá)到最大值4.3K，然后轉(zhuǎn)變溫度開(kāi)始下降，在x=0.10時(shí)下降為2.8K.令人驚奇的是，這樣一個(gè)相圖和高溫超導(dǎo)銅氧化物以及重費(fèi)米子體系是非常的類(lèi)似的［69］，所不同的是，在這里與超導(dǎo)相互競(jìng)爭(zhēng)的是電荷序，而在高溫超導(dǎo)銅氧化物以及重費(fèi)米子體系中是反鐵磁序.在1T-CuxTiSe2體系中存在這種普適的相圖是非常重要的，對(duì)它的研究將會(huì)給其他相關(guān)領(lǐng)域也帶來(lái)重要的幫助.基于以上考慮，我們系統(tǒng)地研究了CuxTiSe2（0.015≤x≤0.110）單晶的輸運(yùn)性質(zhì)、電子結(jié)構(gòu)以及低溫?zé)釋?dǎo)（x=??0.55）［70―72］.當(dāng)x≤0.025，體系在低溫下會(huì)形成電荷密度波，并在面內(nèi)和面外的電阻率隨溫度曲線都表現(xiàn)出一個(gè)寬峰行為.隨著Cu的摻雜，電荷密度波被完全壓制在x=0.55附近，隨后體系會(huì)出現(xiàn)超導(dǎo)電性且隨Cu摻雜而增強(qiáng).體系的超導(dǎo)電性在x≥??0.08以后開(kāi)始被壓制，在Cu0.11TiSe2樣品中，直到??1.8K都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)電性.通過(guò)角分辨光電子譜的研究，發(fā)現(xiàn)1T-TiSe2母體具有半導(dǎo)體類(lèi)型的能帶結(jié)構(gòu)，并且發(fā)現(xiàn)，隨著Cu摻雜體系的化學(xué)勢(shì)顯著提高，從而導(dǎo)致電荷密度波的壓制以及超導(dǎo)電性的出現(xiàn).我們還通過(guò)低溫?zé)釋?dǎo)的測(cè)量確定了該體系的超導(dǎo)為單帶的s波超導(dǎo).??

小結(jié)??

以上介紹了我們?cè)诟邷爻瑢?dǎo)領(lǐng)域的最新進(jìn)展.我們不但在高溫超導(dǎo)銅基化合物中取得了不錯(cuò)的成績(jī)，在新超導(dǎo)體研究中也處于國(guó)際領(lǐng)先水平，尤其是在新的鐵基高溫超導(dǎo)體的研究方面.?オ?

參考文獻(xiàn)

［1］ Bednorz J G, Muller K A.Z.Phys.B, 1986, 64: 189

［2］Gao L, Xue Y Y, Chen F et al.Phys.Rev.B, 1994,50:4260

［3］Nagamatsu J, Nakagawa N, Muranaka T et al.Nature, 2001, 410: 63

［4］McMillan W L.Phys.Rev., 1968, 167: 331

［5］Chen X H, Wu T, Wu G et al.Nature , 2008,453:761

［6］Kamihara Y et al.J.Am.Chem.Sco., 2008, 130: 3296

［7］ Dong J et al.arXiv, 2008,0803:3426

［8］ Cruz C et al.arXiv, 2008,0804:0795

［9］Ren Z A et al.arXiv, 2008,0803:4283V1

［10］ Boeri L et al.arXiv, 2008, 0803:2703

［11］ Cao C et al.arXiv, 2008, 0803:3236

［12］ Dai X et al.arXiv, 2008, 0803:3982

［13］ Ma F, Lu Z Y.arXiv, 2008, 0803:3286

［14］ Onose Y, Taguchi Y, Ishizaka K et al.Phys.Rev.Lett., 2001,87:217001

［15］ Hagen S J, Peng J L, Li Z Y et al.Phys.Rev.B, 1991,43:13606

［16］ Seng P, Diehl J, Klimm S et al.Phys.Rev.B, 1995, 52: 3071

［17］ Jiang W, Mao S N, Xi X X et al.Phys.Rev.Lett., 1994,73:1291

［18］ Jiang W, Xu X Q, Hagen S J et al.Phys.Rev.B , 1993, 48: 657

［19］ Wang Z Z, Chien T R, Ong N P et al.Phys.Rev.B, 1991, 43:3020

［20］ Yang H S, Chai Y S, Liu J et al.Physica C , 2004, 403:203

［21］ Fournier P, Jiang X, Jiang W et al.Phys.Rev.B, 1997, 56:14149

［22］ Brinkmann M, Bach H, Westerholt K.Phys.Rev.B, 1996, 54:6680

［23］ Fournier P, Mohanty P, Maiser E et al.Phys.Rev.Lett., 1998, 81:4720

［24］ Brinkmann M, Rex T, Stief M et al.Physica C , 1996,269: 76

［25］ Dagan Y, Qazilbash M M, Hill C P et al.Phys.Rev.Lett., 2004, 92:167001

［26］ Armitage N P, Ronning F, Lu D H et al.Phys.Rev.Lett., 2002, 88: 257001

［27］ Yuan Q S, Chen Y, Lee T K et al.Phys.Rev.B, 2004,69: 214523

［28］ Kusko C, Markiewicz R S, Lindroos M et al.Phys.Rev.B, 2002, 66:140512(R)

［29］ Luo H G, Xiang T.Phys.Rev.Lett., 2005, 94: 027001

［30］ Anderson P W.Phys.Rev.Lett., 1991, 67:2092

［31］ Varma C M, Abrahams E.Phys.Rev.Lett., 2001, 86:4652

［32］ Wang C H, Wang G Y, Wu T et al.Phys.Rev.B, 2005,72:132506

［33］ Thio T, Thurston T R, Preyer N W et al.Phys.Rev.B, 1988, 38: 905;Thio T, Chen C Y, Freer B S et al.Phys.Rev.B, 1990,41:231

［34］ Ando Y, Lavrov A N, Segawa K.Phys.Rev.Lett., 1999, 83:2813

［35］ Ando Y, Lavrov A N, Komiya S.Phys.Rev.Lett., 2003, 90:247003

［36］ Lavrov A N, Kang H J, Kurita Y et al.Phys.Rev.Lett., 2004, 92: 227003

［37］ Skanthakumar S, Lynn J W, Peng J L et al.Phys.Rev.B, 1993, 47:6173

［38］ Sumarlin I W, Lynn J W, Chattopadhyay T et al.Phys.Rev.B, 1995, 51: 5824

［39］ Li S L, Mandrus D, Zhao B R et al.Phys.Rev.B, 2005, 71: 054505

［40］ Chen X H, Wang C H, Wang G Y et al.Phys.Rev.B, 2005, 72: 064517

［41］ Takada K, Sakurai Hiroya, Takayama-Muromachi E et al.Nature(London), 2003,422:53

［42］ Anderson P W.Mater.Res.Bull., 1973, 8:153;Anderson P W.Science , 1987, 235:1196

［43］ Baskaran G.Phys.Rev.Lett., 2003, 91: 097003

［44］ Kumar B, Shastry B S.Phys.Rev.B, 2003, 68: 104508

［45］ Wang Q H, Lee D H, Lee P A.Phys.Rev.B, 2004, 69: 092504

［46］ Wang Y Y, Rogado N S, Cava R J et al.Nature, 2003, 423: 425

［47］ Wang Y Y, Rogado N S, Cava R J et al.cond-mat/0305455

［48］ Maw L F, Wang Y Y, Satoshi W et al.Phys.Rev.Lett., 2004, 92: 247001

［49］ Hasan M Z, Chuang Y D, Qian D et al.Phys.Rev.Lett., 2004, 92:246402

［50］ Li SY, Louis T, Hawthorn D G et al.Phys.Rev.Lett., 2004, 93: 056401

［51］ Huang Q, Foo M L, Lynn J W et al.J.Phys.: Condens.Matter, 2004, 16: 5803

［52］ Gasparovic G, Ott R A, Cho J H et al.Phys.Rev.Lett., 2006, 96:046403

［53］ Mai Yokoi, Taketo Moyoshi, Yoshiaki Kobayashi et al.J.Phys.Soc.Jpn., 2005, 74: 3046

［54］ Wang C H, Chen X H, Wu G et al.Phys.Rev.B, 2006, 74:172507

［55］ Wang C H, Chen XH, Wu T et al.Phys.Rev.Lett., 2006, 96:216401

［56］ Wu T, Fang D F, Wang G Y et al.Phys.Rev.B, 2007, 76:024403

［57］ Wilson J A, Di Salvo F J, Mahajan S.Adv.Phys., 1975, 24: 117

［58］ Pillo T et al.Phys.Rev.Lett., 1999, 83:3494

［59］ Shen D W et al.Arxiv:cond-mat/0612064

［60］ Aebi P et al.Phys.Rev.B , 2000, 61:16213

［61］ Valla T et al.Phys.Rev.Lett., 2004, 92: 086401

［62］ Castro Neto A H.Phys.Rev.Lett., 2001, 86: 4382

［63］Yokoya T et al.Science, 2001,294 :2518

［64］ Morosan E et al.Nature Physics , 2006, 2 :544

［65］ Cui X Y et al.Phys.Rev.B, 2006 73 :085111

［66］ Di Salvo F J,Waszczak J V.Phys.Rev.B, 1978, 17 : 3801

［67］ Levy F.J.Phys.C: Solid St.Phys., 1980,13: 2901

［68］ Baranov N V et al.J.Phys.: Condens.Matter , 2007,19:016005

［69］ Dagotto E.Science, 2005, 309:257

［70］ Wu G, Yang H X, Zhao L et al.Phys.Rev.B, 2007, 76:024513

［71］ Zhao J F, Ou H W, Wu G et al.Phys.Rev.Lett., 2007, 99: 146401

［72］ Li S Y,Wu G, Chen X H et al.Phys.Rev.Lett., 2007, 99:107001

第二篇：高溫超導(dǎo)材料論文 最新

高溫超導(dǎo)材料研究

摘要：簡(jiǎn)要介紹了高溫超導(dǎo)材料及其發(fā)展歷史，對(duì)超導(dǎo)材料的發(fā)展現(xiàn)狀和用途進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)目前超導(dǎo)材料的主要研制方法進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：超導(dǎo)材料 研究進(jìn)展 高溫 應(yīng)用

一、高溫超導(dǎo)材料的發(fā)展歷史

高溫超導(dǎo)材料一般是指臨界溫度在絕對(duì)溫度77K以上、電阻接近零的超導(dǎo)材料，通?？梢栽诹畠r(jià)的液氮（77K）制冷環(huán)境中使用，主要分為兩種：釔鋇銅氧（YBCO）和鉍鍶鈣銅氧(BSCCO)。釔鋇銅氧一般用于制備超導(dǎo)薄膜，應(yīng)用在電子、通信等領(lǐng)域；鉍鍶鈣銅氧主要用于線材的制造。

1911年，荷蘭萊頓大學(xué)的卡末林·昂尼斯意外地發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻到-268.98°C時(shí)，汞的電阻突然消失；后來(lái)他又發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類(lèi)似的低溫下失去電阻的特性，由于它的特殊導(dǎo)電性能，卡末林·昂尼斯稱(chēng)之為超導(dǎo)態(tài)，他也因此獲得了1913年諾貝爾獎(jiǎng)。

1933年，荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體的另一個(gè)極為重要的性質(zhì)，當(dāng)金屬處在超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，這一超導(dǎo)體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，卻把原來(lái)存在于體內(nèi)的磁場(chǎng)排擠出去。對(duì)單晶錫球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：錫球過(guò)渡到超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，錫球周?chē)拇艌?chǎng)突然發(fā)生變化，磁力線似乎一下子被排斥到超導(dǎo)體之外去了，人們將這種現(xiàn)象稱(chēng)之為“邁斯納效應(yīng)”。

自卡麥林·昂尼斯發(fā)現(xiàn)汞在4.2K附近的超導(dǎo)電性以來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)的新超導(dǎo)材料幾乎遍布整個(gè)元素周期表，從輕元素硼、鋰到過(guò)渡重金屬鈾系列等。超導(dǎo)材料的最初研究多集中在元素、合金、過(guò)渡金屬碳化物和氮化物等方面。至1973年，發(fā)現(xiàn)了一系列A15型超導(dǎo)體和三元系超導(dǎo)體，如Nb3Sn、V3Ga、Nb3Ge，其中Nb3Ge超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度(Tc)值達(dá)到23.2K。以上超導(dǎo)材料要用液氦做致冷劑才能呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，因而在應(yīng)用上受到很大限制。1986年，德國(guó)科學(xué)家柏諾茲和瑞士科學(xué)家穆勒發(fā)現(xiàn)了新的金屬氧化物超導(dǎo)材料即鋇鑭銅氧化物(La-BaCuO)，其Tc為35K，第一次實(shí)現(xiàn)了液氮溫區(qū)的高溫超導(dǎo)。銅酸鹽高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)是超導(dǎo)材料研究上的一次重大突破，打開(kāi)了混合金屬氧化物超導(dǎo)體的研究方向。1987年初，中、美科學(xué)家各自發(fā)現(xiàn)臨界溫度大于90K的YBacuO超導(dǎo)體，已高于液氮溫度(77K)，高溫超導(dǎo)材料研究獲得重大進(jìn)展。后來(lái)法國(guó)的米切爾發(fā)現(xiàn)了第三類(lèi)高溫超導(dǎo)體BisrCuO，再后來(lái)又有人將Ca摻人其中，得到Bis尤aCuO超導(dǎo)體，首次使氧化物超導(dǎo)體的零電阻溫度突破100K大關(guān)。1988年，美國(guó)的荷曼和盛正直等人又發(fā)現(xiàn)了T1系高溫超導(dǎo)體，將超導(dǎo)臨界溫度提高到當(dāng)時(shí)公認(rèn)的最高記錄125K。瑞士蘇黎世的希林等發(fā)現(xiàn)在HgBaCaCuO超導(dǎo)體中，臨界轉(zhuǎn)變溫度大約為133K，使高溫超導(dǎo)臨界溫度取得新的突破。

二、高溫超導(dǎo)體的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，高溫超導(dǎo)材料指的是：釔系(92 K)、鉍系(110 K)、鉈系(125 K)和汞系(135 K)以及2001年1月發(fā)現(xiàn)的新型超導(dǎo)體二硼化鎂(39 K)。其中最有實(shí)用價(jià)值的是鉍系、釔系(YBCO)和二硼化鎂(MgB2)。氧化物高溫超導(dǎo)材料是以銅氧化物為組分的具有鈣鈦礦層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜物質(zhì)，在正常態(tài)它們都是不良導(dǎo)體。同低溫超導(dǎo)體相比，高溫超導(dǎo)材料具有明顯的各向異性，在垂直和平行于銅氧結(jié)構(gòu)層方向上的物理性質(zhì)差別很大。高溫超導(dǎo)體屬于非理想的第II類(lèi)超導(dǎo)體。且具有比低溫超導(dǎo)體更高的臨界磁場(chǎng)和臨界電流，因此是更接近于實(shí)用的超導(dǎo)材料。特別是在低溫下的性能比傳統(tǒng)超導(dǎo)體高得多。

高溫超導(dǎo)材料已進(jìn)入實(shí)用化的研究開(kāi)發(fā)階段，氧化物復(fù)合超導(dǎo)材料的耐用(robustness)和穩(wěn)定性已引起材料科學(xué)家的廣泛重視。由于高溫超導(dǎo)薄膜材料較早進(jìn)入電子學(xué)器件的應(yīng)用領(lǐng)域，很多學(xué)者做了薄膜材料與環(huán)境相關(guān)的穩(wěn)定性和壽命研究工作。浸泡實(shí)驗(yàn)是一種常用的方法：在不同試劑(水、酒精和丙酮等)、不同氣氛(干氮、濕氮和流動(dòng)氧等)中做周期循環(huán)和熱時(shí)效疲勞試驗(yàn)。研究表明，超導(dǎo)電性的退化主要來(lái)自于雜相(第二相)及時(shí)效過(guò)程中的析出相。美國(guó)西北大學(xué)的Mirkin建議把在其它材料中應(yīng)用已十分廣泛的分子單層表面化學(xué)改性(又稱(chēng)“自裝配，Self assembly”)引入到高溫超導(dǎo)銅氧化合物中來(lái)。例如用有機(jī)物對(duì)YBCO表面進(jìn)行分子單層表面改性，以此改善薄膜對(duì)環(huán)境的敏感性。

高溫超導(dǎo)帶材以鉍鍶鈣銅氧(BSCCO/2223)系為第一代帶材，它以?xún)?yōu)良的可加工性而得到了廣泛的開(kāi)發(fā)，并在超導(dǎo)強(qiáng)電應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)重要位置。但鉍系材料的實(shí)用臨界電流密度較低，并且在77 K的應(yīng)用磁場(chǎng)也很低。相反，YBCO材料在77 K的超導(dǎo)電性遠(yuǎn)優(yōu)于BSCCO材料；然而它的可加工性卻極差，傳統(tǒng)的壓力加工和熱處理工藝難以做出超導(dǎo)性好的帶材。

近年來(lái)隨著材料科學(xué)工藝技術(shù)的發(fā)展，一種在軋制(rolling)金屬基帶上制造YBCO超導(dǎo)帶材的工藝受到極大重視，并被冠以“下一代”高溫超導(dǎo)帶材或“第二代”帶材。有兩種基本技術(shù)方案：(1)以美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)為代表的一個(gè)方案，稱(chēng)作軋制雙取向金屬基帶法(RABiTS)。會(huì)上Specht報(bào)告了基帶的退火織構(gòu)穩(wěn)定性分析，并在1m長(zhǎng)的取向金屬基帶上用激光沉積YBCO外延膜。

歐洲以德國(guó)、丹麥等為代表，努力開(kāi)展高溫超導(dǎo)材料工藝及應(yīng)用研究。丹麥的NKT已批量制造鉍系超導(dǎo)帶材。長(zhǎng)10m、2000 A的超導(dǎo)電力電纜正在研制中，下一步開(kāi)發(fā)三相、50～100 m輸電電纜。西門(mén)子公司計(jì)劃到2003年制成20 MVA的超導(dǎo)變壓器。用于電子學(xué)方面探傷的RF-SQUID及衛(wèi)星通訊用高溫超導(dǎo)濾波器也在試制之中。

三、高溫超導(dǎo)材料的制備工藝

為適應(yīng)各種應(yīng)用的要求，高溫超導(dǎo)材料主要有：膜材(薄膜、厚膜)、塊材、線材和帶材等類(lèi)型。3.1 薄膜

高溫超導(dǎo)體薄膜是構(gòu)成高溫超導(dǎo)電子器件的基礎(chǔ)，制備出優(yōu)質(zhì)的高溫超導(dǎo)薄膜是走向器件應(yīng)用的關(guān)鍵。高溫超導(dǎo)薄膜的制備幾乎都是在單晶襯底(如SrTiO3、LaAlO3或MgO)上進(jìn)行薄膜的氣相沉積或外延生長(zhǎng)的。經(jīng)過(guò)十年的研究，高溫超導(dǎo)薄膜的制備技術(shù)已趨于成熟，達(dá)到了實(shí)用化水平(Jc>106

Ac·m?2,T=77K)。目前，最常用、最有效的兩種鍍膜技術(shù)是：磁控濺射(MS)和脈沖激光沉積(PLD)。這兩種方法各有其獨(dú)到之處，磁控濺射法是適合于大面積沉積的最優(yōu)生長(zhǎng)法之一。脈沖激光沉積法能簡(jiǎn)便地使薄膜的化學(xué)組成與靶的化學(xué)組成達(dá)到一致，并且能控制薄膜的厚度。3.2 厚膜

高溫超導(dǎo)體厚膜主要用于HTS磁屏蔽、微波諧振器、天線等。它與薄膜的區(qū)別不僅僅是膜的厚度，還有沉積方式上的不同。其主要不同點(diǎn)在以下三個(gè)方面：(1)通常，薄膜的沉積需要使用單晶襯底；(2)沉積出的薄膜相對(duì)于襯底的晶向而言具有一定的取向度；(3)一般薄膜的制造需要使用真空技術(shù)。獲得厚膜的方法有很多：如熱解噴涂和電泳沉積等，而最常用的技術(shù)是絲網(wǎng)印刷和刮漿法，這兩種方法在電子工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。3.3 線材、帶材

超導(dǎo)材料在強(qiáng)電上的應(yīng)用，要求高溫超導(dǎo)體必須被加工成包含有超導(dǎo)體和一種普通金屬的復(fù)合多絲線材或帶材。但陶瓷高溫超導(dǎo)體本身是很脆的，因此不能被拉制成細(xì)的線材。在眾多的超導(dǎo)陶瓷線材的制備方法中，鉍系陶瓷粉體銀套管軋制法(Ag PIT)是最成熟并且比較理想的方法。而壓制出鉍系帶材的臨界電流密度比通過(guò)滾軋技術(shù)制備出帶材的臨界電流密度要高得多。3.4 塊材

最初的氧化物超導(dǎo)體都是用固相法或化學(xué)法制得粉末，然后用機(jī)械壓塊和燒結(jié)等通常的粉末冶金工藝獲得塊材，制備方法比較簡(jiǎn)單。但Tc達(dá)到了一定的高度，而載流能力Jc太低，則不能滿(mǎn)足應(yīng)用的要求，因此必須要提高其臨界電流密度。經(jīng)過(guò)多年的研究，采用定向凝固技術(shù)制備出的無(wú)大角度晶界的YBa2Cu3O7?x塊材，其Jc值可達(dá)105A·m?2(77 K)。

四、高溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用 綜合目前超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展情況，超導(dǎo)技術(shù)可以在以下行業(yè)得到應(yīng)用和拓展：

4.1電力

超導(dǎo)技術(shù)與電力技術(shù)的結(jié)合將給電力行業(yè)的發(fā)、輸、配電帶來(lái)革命性的改變，電力行業(yè)是超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)最重要的應(yīng)用場(chǎng)所與市場(chǎng)。超導(dǎo)技術(shù)在電力中的應(yīng)用主要包括：

4.1.1高溫超導(dǎo)電纜

現(xiàn)有電纜的擴(kuò)容問(wèn)題一直困擾著城市電力的發(fā)展。傳統(tǒng)的城市地下輸電電纜存在著通量小、損耗大、對(duì)土壤和地下水有熱污染及油污染、土建費(fèi)用高等問(wèn)題，城市電力擴(kuò)容變得越來(lái)越困難。高溫超導(dǎo)電纜具有體積小、造價(jià)低、高節(jié)能、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，終將替代傳統(tǒng)電纜。

高溫超導(dǎo)電纜的大規(guī)模應(yīng)用能夠極大地提高電力輸電系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本。目前國(guó)際上高溫超導(dǎo)電纜的總體發(fā)展趨勢(shì)是研制大容量、低交流損耗、超長(zhǎng)高溫超導(dǎo)電纜。據(jù)專(zhuān)家估計(jì)，高溫超導(dǎo)電纜最有可能率先實(shí)現(xiàn)實(shí)用化和商業(yè)化。

4.1.2超導(dǎo)電機(jī)：

電動(dòng)機(jī)是最常用的電氣設(shè)備，但傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)耗電量極大。美國(guó)工業(yè)界專(zhuān)家估計(jì)，1,000馬力以上的工業(yè)用電動(dòng)機(jī)大約要消耗美國(guó)能源的25%。與常規(guī)電機(jī)相比，超導(dǎo)電機(jī)具有節(jié)能性好、體積小、單機(jī)容量大、造價(jià)及運(yùn)營(yíng)成本低、穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。供給同樣的功率，超導(dǎo)電機(jī)的尺寸是常規(guī)電機(jī)的1/3，制造成本可降低40%，電流損耗可減少50%，運(yùn)行成本可降低50%。美國(guó)能源部估計(jì)，高溫超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)的低損耗每年可減少數(shù)十億美元的運(yùn)行費(fèi)用。

在軍事上戰(zhàn)艦應(yīng)用高溫超導(dǎo)電機(jī)，其艦船體積重量更小，空間布置更靈活，推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠，效率更高，控制更方便，調(diào)速性能更好，能大大提高隱蔽性，達(dá)到高速安靜運(yùn)行，具有重要的軍事意義。

4.1.3超導(dǎo)變壓器：

常規(guī)變壓器有許多缺點(diǎn)，如負(fù)載損耗高、重量和尺寸大、過(guò)負(fù)載能力低、沒(méi)有限流能力、油污染及壽命短等。在美國(guó)，變壓器的總裝機(jī)容量約為總發(fā)電量的3-4倍，其電力系統(tǒng)的網(wǎng)損約為總發(fā)電量的7.34%，其中25%為變壓器損失。相比較而言，超導(dǎo)變壓器體積小、重量輕、電壓轉(zhuǎn)換能量效率高、火災(zāi)環(huán)境事故機(jī)率低、無(wú)油污染等優(yōu)點(diǎn)，在提高電力系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行性能、降低成本、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境等方面有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

4.1.4超導(dǎo)限流器：

限流器（FCL）是一種提高電網(wǎng)穩(wěn)定性的電力設(shè)備。隨著社會(huì)的發(fā)展,對(duì)電網(wǎng)的質(zhì)量要求越來(lái)越高，而傳統(tǒng)的限流器很難在短時(shí)間內(nèi)對(duì)電網(wǎng)的脈沖電流起到限制作用。高溫超導(dǎo)限流器正好禰補(bǔ)了傳統(tǒng)限流器的缺點(diǎn)，其限流時(shí)間可小于百微秒級(jí)，能快速和有效地起到限流作用。超導(dǎo)限流器是利用超導(dǎo)體的超導(dǎo)態(tài)-常態(tài)轉(zhuǎn)變的物理特性來(lái)達(dá)到限流要求，它可同時(shí)集檢測(cè)、觸發(fā)和限流于一身，被認(rèn)為是當(dāng)前最好的而且也是唯一的行之有效的短路故障限流裝置。1989年以來(lái)，美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、瑞士和日本等都相繼開(kāi)展了高溫超導(dǎo)限流器的研究。當(dāng)前，國(guó)際上適應(yīng)配電系統(tǒng)的高溫超導(dǎo)限流器的技術(shù)性能已經(jīng)接近應(yīng)用的水平，但大體上仍處在示范試驗(yàn)階段。

4.1.5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)或其他負(fù)載的一種電力設(shè)施。由于儲(chǔ)能線圈由超導(dǎo)線繞制且維持在超導(dǎo)態(tài)，線圈中所儲(chǔ)能幾乎無(wú)損耗地永久儲(chǔ)存下去直到需要釋放時(shí)為止。超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置不僅可用于調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的峰谷或解決電網(wǎng)瞬間斷電對(duì)用電設(shè)備的影響，而且可用于降低或消除電網(wǎng)的低頻功率震蕩從而改善電網(wǎng)的電壓和頻率特性，同時(shí)還可用于無(wú)功和功率因數(shù)的調(diào)節(jié)以改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.2醫(yī)療

4.2.1核磁共振人體成像儀（MRI）：

MRI是通過(guò)探測(cè)人體各個(gè)器官在磁場(chǎng)下感應(yīng)出的不同信號(hào)來(lái)診斷病變的一種設(shè)備。傳統(tǒng)的MRI采用常規(guī)磁體,磁場(chǎng)小,很難探測(cè)到初期的病變，同時(shí)，其主磁場(chǎng)處于封閉的磁體空洞內(nèi)，掃描時(shí)需將受檢者置于與外界隔絕的狹小空間，易使人產(chǎn)生幽閉恐怖癥，大大影響了該設(shè)備的廣泛應(yīng)用，低溫超導(dǎo)磁體因此被廣泛應(yīng)用于MRI中。由于低溫超導(dǎo)的液氦溫度要求，其運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用很高。一些國(guó)家加快了高溫超導(dǎo)MRI的研究，1998年，Oxford磁體技術(shù)公司和西門(mén)子公司合作研制了一個(gè)用于人體MRI的高溫超導(dǎo)磁體。

4.3運(yùn)輸

4.3.1磁懸浮列車(chē)：

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)交通運(yùn)輸?shù)囊笤絹?lái)越高，高速列車(chē)應(yīng)運(yùn)而生。與現(xiàn)有的鐵路、公路、水路和航空四種傳統(tǒng)運(yùn)輸方式相比，超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)具有高速、安全、噪音低和占地小等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)理想的交通工具。

使用Bi系高溫超導(dǎo)線材的超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)，懸浮間隙大，速度高，相對(duì)于低溫超導(dǎo)的磁懸浮列車(chē)而言，制冷費(fèi)用低，制冷設(shè)備簡(jiǎn)單。英納公司和清華大學(xué)應(yīng)用超導(dǎo)研究中心合作開(kāi)展高溫超導(dǎo)磁懸浮列車(chē)的研究，目前已取得較大突破，并且已經(jīng)申請(qǐng)了高溫超導(dǎo)磁懸浮專(zhuān)利。4.4 IT行業(yè) 4.4.1超導(dǎo)計(jì)算機(jī)：

高速計(jì)算機(jī)要求集成電路芯片上的元件和連接線密集排列，但密集排列的電路在工作時(shí)會(huì)發(fā)生大量的熱，而散熱是超大規(guī)模集成電路面臨的難題。超導(dǎo)計(jì)算機(jī)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(dǎo)器件來(lái)制作，不存在散熱問(wèn)題，同時(shí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度大大提高。此外，科學(xué)家正研究用半導(dǎo)體和超導(dǎo)體來(lái)制造晶體管，甚至完全用超導(dǎo)體來(lái)制作晶體管。4.4.2超導(dǎo)開(kāi)關(guān)：

超導(dǎo)開(kāi)關(guān)可以分為電阻開(kāi)關(guān)和電感開(kāi)關(guān)。電阻開(kāi)關(guān)是利用超導(dǎo)體以下性能：若改變磁場(chǎng)、電流和溫度三個(gè)參量的任一個(gè)，就可以使它從零電阻態(tài)轉(zhuǎn)變到有阻狀態(tài)。例如，用冷子管作開(kāi)關(guān)，就是利用一個(gè)完全超導(dǎo)的控制元件所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，通過(guò)使門(mén)元件發(fā)生超導(dǎo)---正常轉(zhuǎn)變來(lái)控制門(mén)元件的電阻而制成。這種開(kāi)關(guān)的低電阻態(tài)為零，高電阻態(tài)典型的是毫歐姆數(shù)量級(jí)，所以，開(kāi)關(guān)比是無(wú)限大。電感開(kāi)關(guān)的原理是：不是像線圈、線等電路元件的電感，可用來(lái)將靠近它的超導(dǎo)體作正常態(tài)和超導(dǎo)態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，或移動(dòng)電路元件附近的超導(dǎo)表面，使它發(fā)生相同轉(zhuǎn)變，制成開(kāi)關(guān)。由于超導(dǎo)體的特殊性能，超導(dǎo)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)速度可達(dá)納秒。4.5超導(dǎo)磁分離裝置：

磁分離器在物質(zhì)的提純、分離方面具有舉足輕重的作用。傳統(tǒng)的磁分離器由于很難產(chǎn)生高磁場(chǎng)，其應(yīng)用受到了很大的限制。高溫超導(dǎo)線材具有比銅線高100倍的通流能力,用它制成的磁分離器很容易得到高磁場(chǎng)強(qiáng)度和高磁場(chǎng)梯度,解決了許多用傳統(tǒng)磁分離器分離不了物質(zhì)的分離問(wèn)題，并且能節(jié)約大量能源，與傳統(tǒng)磁分離器相比，節(jié)能效率提高90%。我國(guó)高嶺土儲(chǔ)量占世界的70%，高溫超導(dǎo)磁分離器的發(fā)展將給我國(guó)高嶺土工業(yè)帶來(lái)突破性發(fā)展。同時(shí)，高溫超導(dǎo)磁分離器能大大提高一次污水處理能力，將給環(huán)保工業(yè)帶來(lái)一場(chǎng)革命。

??綜合以上分析可以看出，超導(dǎo)線材作為一種新型材料，將廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)、軍事技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生和各種高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，其前景有可能如當(dāng)年的晶體管取代電子管一樣，世界將勢(shì)必迎來(lái)一個(gè)嶄新的超導(dǎo)時(shí)代。高溫超導(dǎo)線材及其應(yīng)用產(chǎn)品有著廣闊的市場(chǎng)前景。

五、目前超導(dǎo)材料研究面臨的問(wèn)題

超導(dǎo)材料有著廣闊的應(yīng)用前景，但要用超導(dǎo)材料來(lái)改進(jìn)現(xiàn)有的科技工程又決非易事?？茖W(xué)家和工程師們所遇到的困難是如何使超導(dǎo)材料實(shí)用化，即提高臨界轉(zhuǎn)變溫度、臨界電流密度和改良其加工性能，制造出理想的超導(dǎo)材料。目前面臨的主要問(wèn)題如下： 5.1提高臨界電流密度

目前，高溫超導(dǎo)材料的最突出的問(wèn)題是在外加磁場(chǎng)下，臨界電流密度偏低。超導(dǎo)薄膜，一般是在弱磁場(chǎng)中工作，Jc值(～l06A／era)基本可滿(mǎn)足電子器件的要求。但體材和線(帶)材的Jc值還遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)用化所要求的水平，特別是在有外加磁場(chǎng)時(shí)，Jc急劇下降?？茖W(xué)家對(duì)影響Jc的原因和解決辦法進(jìn)行了大量研究。許多科學(xué)家都認(rèn)為，影響Jc的主要原因是：(1)晶界間的弱連結(jié)；(2)晶粒中的磁力線運(yùn)動(dòng).5.1.1弱連結(jié)

造成弱連結(jié)的原因及弱連結(jié)的性質(zhì)尚不十分清楚。一般認(rèn)為是由于生成的晶體結(jié)構(gòu)不佳、在晶界處存在位錯(cuò)、晶界處化學(xué)成份的改變及結(jié)晶的細(xì)微裂紋等原因使通道上的電流受阻。解決的方法是使結(jié)晶沿a—b導(dǎo)電層(CuO2層)的方向擇優(yōu)生長(zhǎng)，采用長(zhǎng)時(shí)問(wèn)退火、熔融織構(gòu)法或定向凝固法等制備大平行板式結(jié)晶。這種排成直線的多晶消除了在電流方向上的弱連結(jié)，解決了各向異性的問(wèn)題 5.1.2磁力線運(yùn)動(dòng)

增強(qiáng)磁通釘扎力可解決磁力線運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，有效的磁通釘扎需要有足夠的釘扎中心,其尺寸要與超導(dǎo)相干長(zhǎng)度相匹配。增強(qiáng)磁通釘扎力的方法有中子輻照、相分解、引入彌散相、化學(xué)摻雜等,其作用都是引入釘扎中心。實(shí)驗(yàn)證明,中子或質(zhì)子輻照后，Jc可提高幾十倍到近百倍實(shí)際上,很難把弱連接和磁通蠕動(dòng)完壘割裂開(kāi)來(lái)，對(duì)于超導(dǎo)實(shí)用化來(lái)說(shuō)，都是迫切需要解決的問(wèn)題。5.2 制備長(zhǎng)線材

在實(shí)際應(yīng)用中，超導(dǎo)線材占有很大比重，困此，制備性能滿(mǎn)足要求的高溫超導(dǎo)線(帶)材是重點(diǎn)研究課題之。

陶瓷超導(dǎo)物質(zhì)的脆性是其固有的特性,但也不是不可克服的?，F(xiàn)在常用辦法是將高溫超導(dǎo)粉末裝入有廷性的金屬套管中,然后進(jìn)行多道次拉拔。一般可采用銅或銀包套,阻銀包套為最佳。因?yàn)楦邷爻瑢?dǎo)化合物對(duì)氧含最十分敏感，在氧氣氛下拉拔，氧氣要通過(guò)金屬包套滲透到高溫超導(dǎo)化合物內(nèi)部。銀的透氣性較好,又有好的延展性,所現(xiàn)在多使用銀套管(或稱(chēng)銀鞘琺)為了增加韌性,也可以往超導(dǎo)粉末中摻人一定量的金屬粉末(如銀粉)。有許多方法可制各線材,如溶膠一凝膠法、紡絲法、芯線滌布法、真空鍍膜法、濺射法、化學(xué)氣相沉積法等等。所有方法制得的線l材長(zhǎng)度都達(dá)不到實(shí)用化的水平。

隨著長(zhǎng)度的增加,高溫超導(dǎo)的Jc降低。同時(shí)應(yīng)該看到,線材的長(zhǎng)度不是孤立的問(wèn)題，它與高溫超導(dǎo)材料的合成、加工、連接等多種因素密切相關(guān)。5.3 經(jīng)濟(jì)效益

高溫超導(dǎo)材料研究剛剛起步，經(jīng)濟(jì)效益尚未提到議事日程，而對(duì)于實(shí)用化來(lái)說(shuō)，經(jīng)濟(jì)效益是必須考慮的問(wèn)題近兩年超導(dǎo)材料的制備成本已顯著下降，例如，釔系超導(dǎo)薄膜1989年的售價(jià)是1000~3000美元/片，現(xiàn)在降到350美元/片； 鉈系超導(dǎo)薄膜的價(jià)格從2950美元/cm 2下降到1000美元/cm2，隨之薄膜器件的價(jià)格也降低了?？偟目磥?lái)，高溫超導(dǎo)材料仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,生產(chǎn)技術(shù)很不成熟,目前技術(shù)改進(jìn)的著眼點(diǎn)是提高性能指標(biāo)，而對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的追求是更遠(yuǎn)一些的目標(biāo)。

六、參考文獻(xiàn)： 李華,胡國(guó)程,LI Hua,HU Guo-cheng.超導(dǎo)材料.湖南冶金,2000(5)2 馮瑞華,姜山.超導(dǎo)材料的發(fā)展與研究現(xiàn)狀.低溫與超導(dǎo),2007,35(6)3 談國(guó)強(qiáng).超導(dǎo)材料的發(fā)展?fàn)顩r.佛山陶瓷，2005,5 4 超導(dǎo)材料的應(yīng)用.內(nèi)蒙古電大學(xué)刊,2004,2 5 石勇.超導(dǎo)材料的制備與特性研究綜述.山西煤炭管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，19 6 楊公安,蒲永平，王瑾菲，莊永勇.超導(dǎo)材料研究進(jìn)展及其應(yīng)用.陶瓷，2009(7)7 嚴(yán)仲明,董亮，王豫.超導(dǎo)材料在電工領(lǐng)域的應(yīng)用.電工材料,2007 8 宗曦華,張喜澤.超導(dǎo)材料在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用.電線電纜,2006(5)9 袁冠森.高溫超導(dǎo)材料的實(shí)用化的新進(jìn)展.稀有金屬,1998,22(3)10 錢(qián)九紅，袁冠森.高溫超導(dǎo)材料制備工藝的進(jìn)展.稀有金屬,1998年 22(2)11 李想.我國(guó)超導(dǎo)材料發(fā)展快步走向?qū)嵱卯a(chǎn)業(yè)化.稀有金屬快報(bào),2006，25(5)12 錢(qián)廷欣,周雅偉，趙曉鵬.新型超導(dǎo)材料的研究進(jìn)展.材料導(dǎo)報(bào),2006，20(2)13 李想.中國(guó)超導(dǎo)材料發(fā)展快步走向?qū)嵱没?稀土信息,2006(5)

第三篇：高溫超導(dǎo)材料的研究與應(yīng)用 信息檢索答卷

2015—2016學(xué) 《Cryogenics and Superconductivity》

基

金：國(guó)家磁約束核聚變能研究專(zhuān)項(xiàng)基金（2011GB112001,2013GB110001）;國(guó)際合作項(xiàng)目（2013DFA51050）;國(guó)家自然科學(xué)基金（51271155,51377138）;中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目（SWJTU11ZT31,2682013CX004）;四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2011JY0031,2011JY0130）資助課題

摘要：高溫超導(dǎo)磁體運(yùn)行過(guò)程中,磁體的熱穩(wěn)定性是磁體能否安全運(yùn)行和實(shí)用化的重要指標(biāo)。在磁體熱穩(wěn)定性的相關(guān)研究中,超導(dǎo)磁體在運(yùn)行過(guò)程中的交流損耗和熱傳導(dǎo)特性是兩個(gè)值得研究的問(wèn)題。因此,文中運(yùn)用商業(yè)有限元軟件Comsol構(gòu)造了YBCO高溫超導(dǎo)體的數(shù)值仿真模型,通過(guò)Comsol中的AC/DC模塊和熱傳導(dǎo)模塊的相互耦合,在給予不同頻率和不同幅值的交變外磁場(chǎng)激勵(lì)下,對(duì)YBCO高溫超導(dǎo)體在運(yùn)行過(guò)程中的溫升特性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析,并計(jì)算出其交流損耗。為避免超導(dǎo)體失超,保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行提供一定的指導(dǎo)。In the process of running high temperature superconducting（HTS）magnet,the thermal stability of magnets is one of the important indicators for its safe operation and practical application as the thermal stability related research of magnet,the ac loss and heat transfer characteristics are two problems which are to be studied worthy of studying.Therefore,using the commercial finite element software Comsol in this paper,the numerical simulation model of YBCO HTS was constructed.Through introducing AC / DC module and heat transfer module,the temperature characteristics of YBCO HTS was really-time monitored and analyzed and its AC loss was calculated in a variety of alternating magnetic field excitation and under the condition of different frequencies,which was to avoid quench and provide some reference for the stable operation of HTS.關(guān)鍵詞：高溫超導(dǎo)體交流損耗熱傳導(dǎo) HTS AC loss Heat transfer 分類(lèi)號(hào)：TM26 [工業(yè)技術(shù)>電工技術(shù)>電工材料>超導(dǎo)體、超導(dǎo)體材料]

日本東京大學(xué)發(fā)現(xiàn)新的高溫超導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu) 收藏本頁(yè)導(dǎo)出題錄分享

作

者：楊曉嬋高影響力作者

出

處：《現(xiàn)代材料動(dòng)態(tài)》 2014年高影響力期刊

《Information of Advanced Materials》 摘要：日本東京大學(xué)大學(xué)院的酒井志朗助教等人對(duì)高溫超導(dǎo)體在即將呈現(xiàn)超導(dǎo)性能之前的電子結(jié)構(gòu)有了新的發(fā)現(xiàn)。這一研究成果將在很大程度上改變今后高溫超導(dǎo)研究的方向，并有望推進(jìn)高溫超導(dǎo)材料的開(kāi)發(fā)。物質(zhì)中存在充滿(mǎn)電子的低能量區(qū)域和無(wú)電子的高能量區(qū)域，此前對(duì)高溫超導(dǎo)機(jī)理的研究主要是實(shí)驗(yàn)手段及低能量區(qū)域的電子結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：日本東京大學(xué)高溫超導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)高溫超導(dǎo)材料高溫超導(dǎo)機(jī)理超導(dǎo)性能研究成果實(shí)驗(yàn)手段

分類(lèi)號(hào)：TM26 [工業(yè)技術(shù)>電工技術(shù)>電工材料>超導(dǎo)體、超導(dǎo)體材料]

學(xué)位論文

高溫超導(dǎo)體中局域結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對(duì)超導(dǎo)電性的影響

銅氧化物高溫超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)后，吸引了大量科研工作者對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)地研究。人們已經(jīng)積累了很多重要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并在銅氧化物高溫超導(dǎo)體的基本特性上達(dá)成了一些共識(shí)，但對(duì)高溫超導(dǎo)電性機(jī)制的研究仍處于不斷爭(zhēng)論和探索的階段。越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明電聲相互作用對(duì)高溫超導(dǎo)電性是重要的，因此有必要探索晶體結(jié)構(gòu)對(duì)高溫超導(dǎo)電性的影響。高溫超導(dǎo)體的d波對(duì)稱(chēng)性和贗能隙都對(duì)電聲相互作用機(jī)制提出了新的挑戰(zhàn)。如果電聲相互作用機(jī)制是適用的，它應(yīng)該能恰當(dāng)?shù)亟忉宒波和贗能隙的特征。這些特征可能起源于晶體結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈的各向異性，尤其是某些特殊的局域結(jié)構(gòu)。因此，本論文主要研究了高溫超導(dǎo)體的局域結(jié)構(gòu)，希望揭示其對(duì)高溫超導(dǎo)電性的影響。

本論文首先研究了YBa2Cu3Oy(YBCO)的不同摻雜體系。對(duì)平衡雙摻雜的Y1-xSrxBa2-xLaxCu3Oy體系，由于電荷的自補(bǔ)償，該體系的載流子濃度保持不變，因此可以通過(guò)它直接探索晶體結(jié)構(gòu)與超導(dǎo)電性的關(guān)聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn)該體系的塊間結(jié)合能與超導(dǎo)臨界溫度Tc有很好的負(fù)關(guān)聯(lián)效應(yīng)，說(shuō)明晶體結(jié)構(gòu)確實(shí)對(duì)高溫超導(dǎo)電性有重要影響。對(duì)Y1-xPrxBa2Cu3Oy(YPBCO)體系的研究發(fā)現(xiàn)，在Pr摻雜濃度分別為0.25和0.5時(shí)，樣品的Tc對(duì)磁場(chǎng)的依賴(lài)表現(xiàn)出一定的反常，這可能與此時(shí)CuO2面的異常波動(dòng)有關(guān)。通過(guò)考慮CuO2面上由相鄰Cu原子和O原子構(gòu)成的穩(wěn)定“鐵三角”的集體振動(dòng)，本文嘗試解釋了YPBCO體系的低頻Raman特性。對(duì)七個(gè)雙摻雜YBCO體系CuO2面鍵角的分析表明，CuO2面的穩(wěn)定性會(huì)影響超導(dǎo)電性，CuO2面越穩(wěn)定，越有利于高Tc的保持。對(duì)Pr1-xYxBa2Cu3Oy(PYBCO)體系的超導(dǎo)樣品和非超導(dǎo)樣品，以及非超導(dǎo)的Pr1-xCaxBa2-xLaxCu3Oy(PCBLCO)體系的比較發(fā)現(xiàn):在非超導(dǎo)體系中CuO2面鍵角的漲落遠(yuǎn)大于超導(dǎo)體系。測(cè)量不同體系的Raman光譜，在超導(dǎo)體系中觀察到了與CuO2面鐵三角有關(guān)的兩個(gè)穩(wěn)定的聲子。這兩個(gè)聲子分別與節(jié)點(diǎn)電子態(tài)和反節(jié)點(diǎn)電子態(tài)強(qiáng)烈耦合，而在非超導(dǎo)體系中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與它們對(duì)應(yīng)的特征峰。這同樣說(shuō)明CuO2面局域結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的確與超導(dǎo)電性有關(guān)。Pr摻雜對(duì)CuO2面穩(wěn)定性的破壞，可能是PBCO體系失去超導(dǎo)電性的原因。

本文同樣系統(tǒng)地研究了不同的Bi-Sr-Ca-Cu-O(BSCCO)摻雜體系。通過(guò)對(duì)Pb摻雜的Bi2212體系和Bi2223體系的晶體結(jié)構(gòu)包括晶格常數(shù)、原子坐標(biāo)和鍵長(zhǎng)鍵角進(jìn)行精細(xì)分析，本文證明了BSCCO體系的CuO2面上存在與YBCO體系中一樣的鐵三角結(jié)構(gòu)。這說(shuō)明鐵三角在銅氧化物高溫超導(dǎo)體中是普遍存在的。本文用分塊模型計(jì)算了BSCCO體系的塊間彈性模量，研究了其分別隨單胞中CuO2面層數(shù)和O摻雜濃度的變化關(guān)系，并與相應(yīng)Tc的變化關(guān)系作對(duì)比，證明了彈性模量與Tc之間顯著負(fù)相關(guān)。這說(shuō)明塊間應(yīng)力對(duì)超導(dǎo)電性有重要影響。塊間應(yīng)力正是CuO2面具有穩(wěn)定局域結(jié)構(gòu)的原因，因此CuO2面的穩(wěn)定性同樣會(huì)影響超導(dǎo)電性。

根據(jù)YBCO和BSCCO不同摻雜體系的研究結(jié)果，CuO2面的穩(wěn)定性對(duì)高溫超導(dǎo)電性有重要影響。本文懷疑銅氧化物高溫超導(dǎo)體中贗能隙的形成可能與CuO2面的穩(wěn)定性有關(guān)，從電聲相互作用的觀點(diǎn)出發(fā)提出了一種關(guān)于贗能隙起源的猜想。為驗(yàn)證這一猜想，本文進(jìn)一步考察了La0.7Sr0.3MnO3(LSMO)的Co摻雜體系。巨磁阻LSMO材料雖然不超導(dǎo)，但是存在與銅氧化物高溫超導(dǎo)體相似的贗能隙。如果高溫超導(dǎo)體中贗能隙起源與CuO2面穩(wěn)定性有關(guān)的猜想是正確的，那么在LSMO材料中應(yīng)該能夠發(fā)現(xiàn)與CuO2面鐵三角類(lèi)似的穩(wěn)定局域結(jié)構(gòu)。用常規(guī)固相反應(yīng)法制備摻Co的LSMO體系樣品，用粉末衍射方法測(cè)量其XRD譜，通過(guò)對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)的精細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)其中確實(shí)存在穩(wěn)定的局域三角結(jié)構(gòu)。這間接說(shuō)明高溫超導(dǎo)體中贗能隙的起源的確與CuO2面的穩(wěn)定性有關(guān)。

總之，本論文對(duì)不同的銅氧化物高溫超導(dǎo)材料，以及與高溫超導(dǎo)體具有相似贗能隙的非超導(dǎo)材料的研究，證明了銅氧化物高溫超導(dǎo)體中局域結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對(duì)超導(dǎo)電性有重要影響，可能是贗能隙形成的原因。對(duì)其進(jìn)行更深入的研究將有助于對(duì)高溫超導(dǎo)電性機(jī)制的最終理解。

作者： 郭超群

學(xué)科專(zhuān)業(yè)： 凝聚態(tài)物理 授予學(xué)位： 博士 學(xué)位授予單位： 北京大學(xué) 導(dǎo)師姓名： 張酣 學(xué)位：

2014 語(yǔ)種： chi 分類(lèi)號(hào)：

TM262 關(guān)鍵詞： 銅氧化物高溫超導(dǎo)體超導(dǎo)電性贗能隙電聲相互作用局域結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

銅氧化物高溫超導(dǎo)體的點(diǎn)接觸隧道譜研究

對(duì)銅氧化物高溫超導(dǎo)體點(diǎn)接觸隧道譜的研究可以比較準(zhǔn)確地得到銅氧超導(dǎo)體的能隙，是研究銅氧化物超導(dǎo)體配對(duì)機(jī)制的一種有效的方法。本論文著重研究高精度點(diǎn)接觸隧道譜儀搭建及銅氧高溫超導(dǎo)體La1.89Sr0.11CuO4(LSCO)和Nd1.85Ce0.15CuO4-y(NCCO)的點(diǎn)接觸隧道譜的測(cè)量和分析，主要工作包括三個(gè)方面:

1.根據(jù)超導(dǎo)體的基本性質(zhì)和點(diǎn)接觸隧道譜的原理，采用擴(kuò)展的BTK理論對(duì)實(shí)際測(cè)量的點(diǎn)接觸隧道譜線進(jìn)行擬合，得到超導(dǎo)能隙的信息。

2.銅氧化物高溫超導(dǎo)體鑭鍶銅氧(LSCO)和釹鈰銅氧(NCCO)的點(diǎn)接觸隧道譜研究。發(fā)現(xiàn)電流達(dá)到臨界電流值時(shí)電導(dǎo)譜線存在跳變，這與傳統(tǒng)超導(dǎo)體中遇到的問(wèn)題類(lèi)似，通過(guò)減去臨界電流附近突變產(chǎn)生的電阻值，修正后的Ⅳ曲線能很好地與BTK理論擬合的數(shù)據(jù)重合，這為今后處理類(lèi)似問(wèn)題提供了一種比較可靠的解決方法。

3.搭建了高精度點(diǎn)接觸隧道譜儀。依據(jù)點(diǎn)接觸隧道譜儀工作原理，采用商業(yè)的壓電陶瓷慣性步進(jìn)電機(jī)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出點(diǎn)接觸隧道譜儀的構(gòu)架，然后進(jìn)行材料選取、圖紙繪制、委托加工，以及測(cè)量的程序編寫(xiě)（利用Labview軟件），最后進(jìn)行組裝調(diào)試，并摸索制備針尖的工藝。

作者： 江浩

學(xué)科專(zhuān)業(yè)： 凝聚態(tài)物理 授予學(xué)位： 碩士

學(xué)位授予單位： 云南大學(xué) 導(dǎo)師姓名： 張晉單磊 學(xué)位：

2014 語(yǔ)種： chi 分類(lèi)號(hào)：

O511.4 關(guān)鍵詞： 點(diǎn)接觸隧道譜

Andreev反射銅氧化物高溫超導(dǎo)體零偏壓電導(dǎo)峰

科技成果

高溫超導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)研究 成果信息 項(xiàng)目編號(hào) 1400580039

封東來(lái)謝斌平完成單位 復(fù)旦大學(xué) 完成人 申報(bào)信息 鑒定日期 公布年份

2013 學(xué)科分類(lèi)號(hào)

O492.1 O511 關(guān)鍵詞 性

成果簡(jiǎn)介 高溫超導(dǎo)電性一直是凝聚態(tài)物理最前沿的科學(xué)問(wèn)題之一，對(duì)它的理解將極大加深項(xiàng)目組對(duì)凝聚態(tài)物理的認(rèn)識(shí)，并有著重...銅氧化物高溫超導(dǎo)體的理論研究 成果信息 項(xiàng)目編號(hào) 1400201379

黃忠兵林海青 銅氧化物高溫超導(dǎo)體鐵基高溫超導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)高溫超導(dǎo)電完成單位 湖北大學(xué)香港中文大學(xué) 完成人 申報(bào)信息 鑒定日期 公布年份

2012 學(xué)科分類(lèi)號(hào)

TM262 關(guān)鍵詞 銅氧化物高溫超導(dǎo)體晶格系統(tǒng)凝聚態(tài)物理學(xué)

成果簡(jiǎn)介 “銅氧化物高溫超導(dǎo)體的理論研究”屬于凝聚態(tài)物理學(xué)中的超導(dǎo)物理和強(qiáng)關(guān)聯(lián)物理范疇，也是該領(lǐng)域的前沿研究課題。該...專(zhuān)利

用重離子輻照提高GdBaCuO高溫超導(dǎo)體性能的方法

本發(fā)明提供了一種利用重離子輻照提高GdBaCuO高溫超導(dǎo)體性能的方法，該方法能大幅提高高溫超導(dǎo)材料的磁化強(qiáng)度。該方法包括使用重離子輻照裝置對(duì)熔融織構(gòu)單疇GdBaCuO高溫超導(dǎo)材料進(jìn)行重離子輻照，輻照所......專(zhuān)利類(lèi)型： 發(fā)明專(zhuān)利

申請(qǐng)（專(zhuān)利）號(hào)： CN200910242000.1 申請(qǐng)日期： 2009年12月18日 公開(kāi)(公告)日： 2010年6月23日 公開(kāi)(公告)號(hào)： CN101747086A 主分類(lèi)號(hào)： C04B41/80,C04B41/00,C,C04,C04B,C04B41 分類(lèi)號(hào)： C04B41/80,C04B41/00,C,C04,C04B,C04B41 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人：

北京有色金屬研究總院

發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： 焦玉磊,肖玲,鄭明輝

用摻雜低溫燃燒合成法制備的Gd211相提高GdBaCuO高溫超導(dǎo)體性能的方法

用摻雜低溫燃燒合成法制備的Gd211相提高GdBaCuO高溫超導(dǎo)體性能的方法，包括：第一步，把Gd2O3與CuO分別用濃硝酸溶解，Ba(NO3)2用去離子水溶解，溶解完畢后將三種溶液混合；第二步，選用......專(zhuān)利類(lèi)型： 發(fā)明專(zhuān)利

申請(qǐng)（專(zhuān)利）號(hào)： CN200710304556.X 申請(qǐng)日期： 2007年12月28日 公開(kāi)(公告)日： 2009年7月1日 公開(kāi)(公告)號(hào)： CN101471162 主分類(lèi)號(hào)： H01B13/00,H,H01,H01B,H01B13 分類(lèi)號(hào)： H01B13/00,H,H01,H01B,H01B13 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人：

北京有色金屬研究總院

發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： 焦玉磊,肖玲,鄭明輝,馬小海,宿新泰,燕青芝,葛昌純

摻雜BaCeO3提高GdBaCuO高溫超導(dǎo)體性能的方法

本發(fā)明提供一種摻雜BaCeO3提高GdBaCuO高溫超導(dǎo)體性能的方法，首先用固相法合成的BaCeO3粉體與固相法合成的GdBaCuO粉體混合，其中BaCeO3粉體占總重量的0.25-1.0％，經(jīng)高速振......專(zhuān)利類(lèi)型： 發(fā)明專(zhuān)利

申請(qǐng)（專(zhuān)利）號(hào)： CN200810240069.6 申請(qǐng)日期： 2008年12月17日 公開(kāi)(公告)日： 2010年6月23日 公開(kāi)(公告)號(hào)： CN101747033A 主分類(lèi)號(hào)： C04B35/45,C04B35/00,C,C04,C04B,C04B35 分類(lèi)號(hào)： C04B35/45,C04B35/00,C,C04,C04B,C04B35 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人：

北京有色金屬研究總院

發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： 焦玉磊,肖玲,鄭明輝

外文文獻(xiàn) Application of high temperature superconductors for fusion 高溫超導(dǎo)體在聚變中的應(yīng)用

摘要：The use of High Temperature Superconductor(HTS)materials in future fusion machines can increase the efficiency drastically.高溫超導(dǎo)體在核聚變中的應(yīng)用能大大提高效率

作者： W.H.Fietz；R.Heller；S.I.Schlachter；W.Goldacker 期刊： Fusion engineering and designEISCI 年，卷(期)： 2011, 86(6/8)關(guān)鍵詞 fusion magnetsDEMOcurrentleadshigh temperature superconductorITERW7-X 正文語(yǔ)種：eng

Two classes of superconductors discovered in our material research: Iron-based high temperature superconductor and electride superconductor 研究中發(fā)現(xiàn)的兩類(lèi)超導(dǎo)材料：鐵基高溫超導(dǎo)體和電子超導(dǎo)體 作者H Hosono 摘要We discovered two new classes of superconductors in the course of material exploration for electronic-active oxides.One is 12CaO·7Al 2 O 3 crystal in which electrons accomodate in the crystallographic sub-nanometer-sized cavities.This material exhibiting metal–superconductor transition at 0.2K is the first electride superconductor.The other is iron oxypnicitides with a layered structure.This superconductor is rather different from high T c cuprates in several respects.The high T c is emerged by doping carriers to the metallic parent phases which undergo crystallographic transition(tetra to ortho)and Pauli para to antiferromagnetic transition at 65150K.The T c is robust to impurity doping to the Fe sites or is induced by partial substitution of the Fe 2+ sites with Co 2+ or Ni 2+.This article gives a brief summary of these discoveries and recent advances.在電子活性氧化物材料探索過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)了2類(lèi)超導(dǎo)體。

出版源《Physica C Superconductivity》, 2009, 469(s 9–12):314-325 關(guān)鍵詞New materials: theory design and fabrication / Superconducting materials / Transport properties / Nonconventional mechanisms

Prospects of High Temperature Superconductors for fusion magnets and power applications 用于聚變磁體和電力應(yīng)用的高溫超導(dǎo)體的發(fā)展前景 作者WH Fietz，C Barth，S Drotziger 摘要ABSTRACT During the last few years, progress in the field of second-generation High Temperature Superconductors(HTS)was breathtaking.Industry has taken up production of long length coated REBCO conductors with reduced angular dependency on external magnetic field and excellent critical current density jc.Consequently these REBCO tapes are used more and more in power application.For fusion magnets, high current conductors in the kA range are needed to limit the voltage during fast discharge.Several designs for high current Cables using High Temperature Superconductors have been proposed.With the REBCO tape performance at hand, the prospects of fusion magnets based on such high current cables are promising.An operation at 4.5 K offers a comfortable temperature margin, more mechanical stability and the possibility to reach even higher fields compared to existing solutions with Nb3Sn which could be interesting with respect to DEMO.After a brief overview of HTS use in power application the paper will give an overview of possible use of HTS material for fusion application.Present high current HTS cable designs are reviewed and the potential using such concepts for future fusion magnets is discussed.在過(guò)去幾年中，第二代高溫超導(dǎo)體的研究進(jìn)展是驚人的 出版源《Fusion Engineering & Design》, 2013, 88(6-8):440–445 關(guān)鍵詞High Temperature Superconductor / HTS / High current cable / Fusion / Magnet

5.文獻(xiàn)綜述 本文主要闡述了超導(dǎo)體研究的發(fā)展以及超導(dǎo)材料在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，以及未來(lái)的發(fā)展展望。本文將著重講述高溫超導(dǎo)材料及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：超導(dǎo)高溫超導(dǎo)體超導(dǎo)的應(yīng)用

材料的電阻隨著溫度降低而減小并最終出現(xiàn)零電阻的現(xiàn)象被稱(chēng)為超導(dǎo)現(xiàn)象。這類(lèi)材料被稱(chēng)為超導(dǎo)材料。超導(dǎo)體所具備的獨(dú)特的零電阻效應(yīng)、邁納斯效應(yīng)、約瑟夫森效應(yīng)和同位素效應(yīng)使其有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，使人們超遠(yuǎn)距離無(wú)損耗傳輸?shù)膲?mèng)想成為現(xiàn)實(shí)。１高溫超導(dǎo)材料

高溫超導(dǎo)體屬于第二類(lèi)超導(dǎo)體，目前只要有五種代表性氧化物高溫超導(dǎo)體材料：La系，Bi系，Y系，Ti系和Hg系。[1] 由于強(qiáng)電方面眾多的潛在應(yīng)用需要長(zhǎng)線帶材（千米數(shù)量級(jí)），所以人們先后在ＹＢＣＯ，ＢＳＣＣＯ及ＭｇＢ２線材帶化實(shí)用化方面做了大量工作。［２］ ２高溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用

由于超導(dǎo)體嚴(yán)格的低溫要求，其在日常生活中的應(yīng)用嚴(yán)重受限制。故超導(dǎo)體尚未達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用水平。

目前高溫超導(dǎo)體在強(qiáng)電領(lǐng)域的應(yīng)用主要有電線引流，輸電電纜，磁體［３］故障限流器，變壓器等。

在弱電領(lǐng)域的應(yīng)用主要有超導(dǎo)量子干涉儀，高溫超導(dǎo)濾波器等［４］ ３結(jié)語(yǔ)

高溫超導(dǎo)材料的發(fā)展逐漸步入成熟，即將進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化的時(shí)代。其在軍工，醫(yī)療，通訊等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景?？梢灶A(yù)見(jiàn)，高溫超導(dǎo)在未來(lái)將占據(jù)極其重要的地位。

參考文獻(xiàn)

1劉湘月.高溫超導(dǎo)材料的發(fā)展進(jìn)程與應(yīng)用[J].黑龍江科技信息, 2015(12).2馬衍偉.超導(dǎo)材料研究及應(yīng)用進(jìn)展[J].科學(xué)新聞, 2007(5):20-21.３楊公安, 蒲永平, 王瑾菲,等.超導(dǎo)材料研究進(jìn)展及其應(yīng)用[J].陶瓷, 2009(07):56-59.４吳興超, 李永勝, 徐峰.高溫超導(dǎo)材料的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀[J].材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用, 2014(04):95-100.

第四篇：國(guó)內(nèi)外高溫超導(dǎo)材料的研究發(fā)展概述（小編推薦）

國(guó)內(nèi)外高溫超導(dǎo)材料的研究發(fā)展概述

***（材料科學(xué)與工程學(xué)院，中國(guó)計(jì)量學(xué)院，浙江 杭州，310018）

摘 要

超導(dǎo)材料技術(shù)是21世紀(jì)具有戰(zhàn)略意義的高新技術(shù)，極具發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)前景。本文主要從美國(guó)、日本、歐洲國(guó)家、韓國(guó)等國(guó)外國(guó)家的相關(guān)研發(fā)計(jì)劃、政策以及主要科研機(jī)構(gòu)的研發(fā)概況出發(fā)，結(jié)合中國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀闡明目前國(guó)內(nèi)外超導(dǎo)材料技術(shù)的研究政策和方向。

關(guān)鍵詞：超導(dǎo)材料技術(shù)；超導(dǎo)計(jì)劃；超導(dǎo)應(yīng)用；超導(dǎo)發(fā)展；研究方向 中圖分類(lèi)號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 文章編號(hào)：

The development and application of high temperature

superconducting materials

***（College of material science and engineering, China Jiliang University, Zhejiang

Hangzhou 310018）

Abstract Superconducting materials and technologies are strategically high-tech in the 21st century, and have highly potential andmarketprospects.This paperanalyzed the R&D programs and policies of the United States, Japan, European countries, SouthKorea, as well as R&D priorities of major scientific research institutions, introduced the current progress of superconducting materials and technologies research policies and priorities abroad.Keywords: Superconducting materials and technologies,Superconductivity Projects, R&D institu-tes,Research priorities

0 引言

超導(dǎo)材料技術(shù)是二十一世紀(jì)具有戰(zhàn)略意義的高新技術(shù)，極具發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)前景。世界各發(fā)達(dá)國(guó)家政府紛紛制訂相關(guān)計(jì)劃和加大研發(fā)投資，積極開(kāi)展超導(dǎo)材料技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。美國(guó)、歐洲各國(guó)、日本、韓國(guó)和中國(guó)都競(jìng)相開(kāi)展高溫超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)故障限流器、超導(dǎo)變壓器、超導(dǎo)電機(jī)和超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置等的研究，競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。超導(dǎo)材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是不斷探求更高溫度的超導(dǎo)體，實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)化，使超導(dǎo)材料技術(shù)應(yīng)用更加廣泛，主要包括能源、交通運(yùn)輸、電子技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、重大科學(xué)裝置等領(lǐng)域，也必將引起這些領(lǐng)域的重大變革。

在國(guó)際上超導(dǎo)材料具有巨大的市場(chǎng)空間，我國(guó)政府和相關(guān)行業(yè)也將目光投向這一高科技含量的領(lǐng)域，在我國(guó)2006~2020年中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃中，高溫超導(dǎo)技術(shù)被列為前沿技術(shù)被列為新材料技術(shù)的發(fā)展方向之一。高溫超導(dǎo)材料的發(fā)展歷史

1911年，荷蘭萊頓大學(xué)的卡林·昂尼斯意外地發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻到-268.98℃時(shí)，汞的電阻突然消失；后來(lái)他又發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類(lèi)似的低溫下失去電阻的特性，由于它的特殊導(dǎo)電性能，卡末林·昂尼斯稱(chēng)之為超導(dǎo)態(tài)。

自卡末林·昂尼斯發(fā)現(xiàn)汞在4.2K附近的超導(dǎo)電性以來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)的新超導(dǎo)材料幾乎遍布整個(gè)元素周期表，從輕元素硼、鋰到過(guò)渡重金屬鈾系列等。超導(dǎo)材料的最初研究多集中在元素、合金、過(guò)渡金屬碳化物和氮化物等方面。至1973年，發(fā)現(xiàn)了一系列A15型超導(dǎo)體和三元系超導(dǎo)體，如Nb3Sn、V3Ga、Nb3Ge，其中Nb3Sn超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度（Tc）值達(dá)到23.2K。以上超導(dǎo)材料要用液氦做致冷劑才能呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，因而在應(yīng)用上受到很大限制。

圖1超導(dǎo)材料的發(fā)展歷程

1986年超導(dǎo)材料的研究取得了突破性進(jìn)展，IBM瑞士研究中心J.Georg.Bed-norz和K.Alexaner.Mueller發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為35K的La-Ba-Cu-O，鑭系）高溫氧化物超導(dǎo)體。鑭-鋇-銅-氧（氧化物的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了世界范圍內(nèi)研究超導(dǎo)材料的新熱潮。1年后，即1987年，美國(guó)科學(xué)家朱經(jīng)武和中國(guó)科學(xué)院趙忠賢院士發(fā)現(xiàn)了材料臨界轉(zhuǎn)變溫度（Tc）達(dá)到90K以上的釔-鋇-銅-氧（Y-Ba-Cu-O，簡(jiǎn)寫(xiě)YBCO）化合物，至此，超導(dǎo)材料的研究進(jìn)入了液氮溫區(qū)。隨后短短的數(shù)年內(nèi)，人們又相繼發(fā)現(xiàn)了稀土系（主要是Y-Ba-Cu-O，Tc為93K）、鉍系（鉍-鍶-鈣-銅-氧（Bi-Sr-Ca-Cu-O，BSCCO），Tc為93K）、鉈系（鉈-鋇-鈣-銅-氧（Tl-Ba-Ca-Cu-O），Tc為120K）和汞系（（Hg-Ba-Ca-Cu-O），Tc為130K）等氧化物超導(dǎo)材料，在加壓條件，Hg-Ba-Ca-Cu-O氧化物的最高Tc可達(dá)160K。這類(lèi)氧化物超導(dǎo)材料的臨界轉(zhuǎn)變溫度遠(yuǎn)高于25K，可以工作在廉價(jià)的液氮（Tc為77K，價(jià)格1元/L）環(huán)境中，所以這類(lèi)氧化物超導(dǎo)材料被稱(chēng)為高溫超導(dǎo)材料。到目前為止，發(fā)現(xiàn)的5000多種超導(dǎo)材料中，高溫超導(dǎo)材料約有50多種，但是研究較多的是鑭系、稀土系、鉍系、汞系、鉈系和新型超導(dǎo)體二硼化鎂（MgB2，Tc為39K）6類(lèi)材料。到目前為止，研究最廣泛的是鉍系、釔系氧化物和二硼化鎂。

2008年2月，東京工業(yè)大學(xué)研究小組合成了氟摻雜杉氧鐵砷化合物，把該化合物中的一部分氧離子轉(zhuǎn)換成氟離子，它就開(kāi)始表現(xiàn)出超導(dǎo)性，并且在26K時(shí)具有超導(dǎo)特性。同年，中科院物理所科研小組報(bào)告，鍶摻雜錮氧鐵砷化合物的超導(dǎo)臨界溫度為25k，該發(fā)現(xiàn)最大的意義在于實(shí)現(xiàn)了高溫超導(dǎo)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域上新的突破，為新型高溫超導(dǎo)研究指明了一個(gè)新的方向，新的鐵基超導(dǎo)材料將激發(fā)物理學(xué)界新一輪的高溫超導(dǎo)研究高潮。國(guó)外高溫超導(dǎo)體的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，高溫超導(dǎo)材料已進(jìn)入實(shí)用化的研究開(kāi)發(fā)階段，氧化物復(fù)合超導(dǎo)材料的耐用和穩(wěn)定性引起材料科學(xué)家的廣泛重視。下文將對(duì)國(guó)外的有關(guān)研究進(jìn)行概述。2.1 美國(guó)超導(dǎo)材料技術(shù)

2006年6月美國(guó)能源部DOE發(fā)布了超導(dǎo)技術(shù)基礎(chǔ)研究需求報(bào)告，指出超導(dǎo)技術(shù)在應(yīng)用、渦旋物質(zhì)（vortexmatter）超導(dǎo)理論、新現(xiàn)象和超導(dǎo)材料5個(gè)方面的基礎(chǔ)研究挑戰(zhàn)，明確了新超導(dǎo)體的探索與發(fā)現(xiàn)、原子級(jí)超導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)與性能控制、優(yōu)化超導(dǎo)材料輸電能力、理解和開(kāi)發(fā)競(jìng)爭(zhēng)電子相、超導(dǎo)性能與超導(dǎo)體理論預(yù)測(cè)、揭示高Tc超導(dǎo)性的基本理論、發(fā)展渦旋物質(zhì)科學(xué)等未來(lái)7個(gè)優(yōu)先研究方向，以及合成、表征、理論集成新工具和超導(dǎo)利用新能材料2個(gè)交叉研究方向。表1為美國(guó)超導(dǎo)技術(shù)基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[15]。

表1 超導(dǎo)技術(shù)基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

基礎(chǔ)研究

? ? 目前現(xiàn)狀 銅酸鹽超導(dǎo)體

涂層導(dǎo)體制備 YBCO涂層 MgB2

釘扎渦旋和弱鍵連固態(tài)渦旋物質(zhì)釘扎 輸電能力限制 結(jié)構(gòu)渦旋變換 MgB2雙超導(dǎo)能隙 渦旋中心微觀理論

?

挑戰(zhàn)

第二代導(dǎo)體研究與開(kāi)發(fā) ?

更高的臨界電流、交流電損失 ?

沉積動(dòng)力學(xué)與反應(yīng) ?

低溫學(xué)支撐技術(shù)研發(fā):冷藏系統(tǒng)、低溫電介質(zhì)、低能電子學(xué) ?

發(fā)展交流電磁場(chǎng)下渦旋玻璃態(tài)理論

? 超導(dǎo)應(yīng)用 ?

?

?

接

?

發(fā)展渦旋釘扎微觀理論

渦旋物質(zhì)

?

?

?

?

了解各界面和斷層處渦旋釘扎行為 ?

開(kāi)發(fā)新方法增強(qiáng)渦旋釘扎，提高臨界電流密度達(dá)到理論極限 ?

理清累積釘扎效應(yīng)性能 ?

了解極高超臨界電流下渦旋電氣力學(xué) ?

自組裝納米周期陣列設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高密度一對(duì)一渦旋釘扎方案

?

表1（續(xù)）超導(dǎo)技術(shù)基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

基礎(chǔ)研究 渦旋物質(zhì) ?

目前現(xiàn)狀

?

未來(lái)超導(dǎo)體的渦旋性能

?

? ? ? ? ? ? 超導(dǎo)理論

挑戰(zhàn)

利用鐵磁缺陷設(shè)計(jì)磁性釘扎方案 開(kāi)發(fā)新一代成像工具，如洛倫茲顯微鏡、磁力顯微鏡等 超導(dǎo)BSC理論

超導(dǎo)態(tài):電子對(duì)相干態(tài) 將電子結(jié)合成對(duì)的超導(dǎo)膠 提高Tc:尋找不同的超導(dǎo)膠 探索臨界溫度的基本限制 檢測(cè)新型超導(dǎo)體的新工具，如掃描隧道顯微鏡、光傳導(dǎo)、角分辨光電子譜、非彈性中子散射光譜 贗隙相性質(zhì)

超導(dǎo)渦旋中心的電子態(tài)

平面隧道和Andreev反射光譜學(xué) 高臨界場(chǎng)是否適于電子對(duì)分離 量子相轉(zhuǎn)變作用 量子物質(zhì)新興形態(tài) 新興實(shí)驗(yàn)技術(shù) 電磁磁化綜合制圖 原子尺度電磁結(jié)構(gòu)成像

電子與電子對(duì)動(dòng)力學(xué)過(guò)程與作用 新型超導(dǎo)體探索中的理性設(shè)計(jì) 新型合成方法 納米尺度超導(dǎo)結(jié)構(gòu)

? ?

? 新型超導(dǎo)體

? ? ? ? ? 新現(xiàn)象

高溫超導(dǎo)體 ? ? ? ?

?

超導(dǎo)材料 ? ? 探索新型超導(dǎo)體 材料先進(jìn)合成技術(shù) 納米超導(dǎo)材料

? ? ?

2003年7月，DOE在公布的《Grid 20300A National Vision for Electricityps Second 100 Years》報(bào)告中，把高溫超導(dǎo)技術(shù)列為美國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)未來(lái)30年發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。該報(bào)告制訂了2010年、2020年和2030年美國(guó)在電力方面高溫超導(dǎo)的發(fā)展目標(biāo)，2010年前驗(yàn)證超導(dǎo)技術(shù)主干輸電網(wǎng)絡(luò)的可行性，實(shí)現(xiàn)10英里長(zhǎng)多相超導(dǎo)電纜應(yīng)用；2020年前HTS發(fā)電機(jī)、變壓器和電纜方面取得重要進(jìn)展，并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離超導(dǎo)傳輸電纜應(yīng)用；2030年前建成國(guó)家超導(dǎo)主干輸電網(wǎng)絡(luò)。2.2 日本超導(dǎo)材料技術(shù)的發(fā)展

日本超導(dǎo)材料技術(shù)的發(fā)展一直在國(guó)際上處于先進(jìn)地位。早在1987年9月日本就建立了Super-GM（Eng-ineering Research Association for Superconductive Gene ration Equipment and Materials）計(jì)劃，其長(zhǎng)期目標(biāo)是發(fā)展超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)及相關(guān)的電力應(yīng)用。1988年，日本成立了國(guó)際超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究中心（In-ternational Superconduc tivity Technology Center ISTEC），致力于超導(dǎo)技術(shù)的調(diào)查研究和基礎(chǔ)研究開(kāi)發(fā)，并積極促進(jìn)超導(dǎo)材料技術(shù)的國(guó)際交流。超導(dǎo)研究開(kāi)發(fā)預(yù)算由日本新能源產(chǎn)業(yè)綜合技術(shù)開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)NEDO下的新能源技術(shù)發(fā)展部所控制，但其中大部分的預(yù)算均用于電力和電子應(yīng)用的研究開(kāi)發(fā)中。這表明日本政府在超導(dǎo)方面投入了相當(dāng)大的精力，NEDO對(duì)超導(dǎo)技術(shù)研究項(xiàng)目進(jìn)行大力支持，近年其開(kāi)展的超導(dǎo)技術(shù)研究項(xiàng)目見(jiàn)表2。

表2 日本超導(dǎo)材料技術(shù)主要研發(fā)機(jī)構(gòu)及其研發(fā)方向

研發(fā)機(jī)構(gòu)

物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)超導(dǎo)材料中心

產(chǎn)業(yè)綜合技術(shù)研究所能源技術(shù)研究部超導(dǎo)技術(shù)研究小組 國(guó)際超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究中心 理化學(xué)研究所

電報(bào)電話公司基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室超導(dǎo)量子物理研究小組 高亮度光科學(xué)研究中心Spring-8加速器部門(mén)

2.3 歐洲超導(dǎo)材料技術(shù)的發(fā)展

主要研發(fā)方向

新超導(dǎo)體探索、金屬和氧化物超導(dǎo)體高品質(zhì)導(dǎo)線開(kāi)發(fā)、高品質(zhì)超導(dǎo)材料制備分析、新超導(dǎo)器件的開(kāi)發(fā)、SQUID的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用、高場(chǎng)超導(dǎo)磁鐵開(kāi)發(fā)與應(yīng)用等

高溫超導(dǎo)氧化物應(yīng)用、大面積超導(dǎo)氧化物薄膜、故障限流元件、超導(dǎo)薄膜限流器

超導(dǎo)塊材、帶材、線材、涂層導(dǎo)體、低溫超導(dǎo)器件實(shí)驗(yàn)技術(shù)的研發(fā)，超導(dǎo)技術(shù)國(guó)際交流與合作，超導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)化等

超級(jí)計(jì)算機(jī)、加速器等科學(xué)裝置 超導(dǎo)磁通量子

超導(dǎo)扭擺器（wiggler）

歐洲為促進(jìn)超導(dǎo)電力技術(shù)和超導(dǎo)材料技術(shù)的發(fā)展，歐洲國(guó)家應(yīng)用超導(dǎo)聯(lián)盟（The Consortium of European Companies Determined to Use Superconductivity, CONECTUS）成立于1994年，是一個(gè)非營(yíng)利性的組織，領(lǐng)導(dǎo)歐洲公司全面超導(dǎo)技術(shù)商業(yè)化，促進(jìn)歐洲經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。

1998年，歐洲基金會(huì)ESF（European Science Foun-dation）發(fā)布了極端尺度和條件下超導(dǎo)渦旋物質(zhì)項(xiàng)目計(jì)劃。該計(jì)劃涉及15個(gè)歐洲國(guó)家、68個(gè)研究團(tuán)隊(duì)。NES綜合研究設(shè)施和技術(shù)包括5個(gè)層次，第一層為現(xiàn)代樣品制備和納米結(jié)構(gòu)技術(shù)；第二層為渦旋可視化局部探針技術(shù)和納米尺度冷凝物波動(dòng)函數(shù)成像；第三層為下一代共享研究設(shè)施；第四層為新應(yīng)用開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；第五層為理論方法和技術(shù)。大部分的超導(dǎo)研發(fā)資助還是來(lái)自歐盟各國(guó)家項(xiàng)目，主要是在德國(guó)、意大利、西班牙、荷蘭和英國(guó)等。2.4 韓國(guó)超導(dǎo)材料技術(shù)的發(fā)展 韓國(guó)政府在啟動(dòng)21世紀(jì)前沿研發(fā)計(jì)劃（21C FrontierR&D Program）中，明確表示選擇一些高新技術(shù)與產(chǎn)業(yè)，加大力度開(kāi)發(fā)，以期望得到快速發(fā)展。2001年7月韓國(guó)科技部成立超導(dǎo)應(yīng)用技術(shù)中心（Center for Applied Superconductivity Techn-ology，CAST），主要任務(wù)就是發(fā)展、促進(jìn)和利用商業(yè)化超導(dǎo)技術(shù)，負(fù)責(zé)管理“應(yīng)用超導(dǎo)技術(shù)發(fā)展先進(jìn)能源系統(tǒng)計(jì)劃”DAPAS（Development of Advanced Power System by Applied Superconductivity Tech-nologies）的實(shí)施。

DAPAS計(jì)劃在2011年前發(fā)展和商業(yè)化HTS，以及超導(dǎo)地下電纜、變壓器、限流器、馬達(dá)等超導(dǎo)能源設(shè)備，為社會(huì)貢獻(xiàn)一個(gè)環(huán)境良好、能源損耗小且高等級(jí)信息社會(huì)的能源架構(gòu)體系。DAPAS計(jì)劃確定了未來(lái)發(fā)展階段目標(biāo)：2001-2003年為核心技術(shù)開(kāi)發(fā)階段，發(fā)展HTS電纜和系統(tǒng)技術(shù)；2004-2006年為預(yù)商業(yè)化階段，改進(jìn)第一階段技術(shù)，發(fā)展原型設(shè)備；2007-2010年為商業(yè)化階段，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，發(fā)展商業(yè)化工業(yè)技術(shù)。表3為DAPAS工作分工、DAPAS計(jì)劃發(fā)展路線圖。

表3 DAPAS計(jì)劃工作

種類(lèi) 項(xiàng)目 電纜 變壓器 限流器 馬達(dá) 數(shù)字邏輯器 HTS-PLT線材 HTC-CC線材

參與單位 KERI 韓國(guó)理工學(xué)院 韓國(guó)電力研究院（KEPRI）

KERI

韓國(guó)光技術(shù)院（KOPTI）KERI/韓國(guó)機(jī)械與材料院

（KIMM）KERI/韓國(guó)原子能研究院

（KAERI）Neuros公司 Gyeongsang大學(xué)

韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究院（KBSI）

KERI 超導(dǎo)電力設(shè)備

超導(dǎo)數(shù)碼設(shè)備

超導(dǎo)通用技術(shù) 低溫技術(shù) 絕緣技術(shù)

HTS線圈理論技術(shù)（如連接、交流損耗等）電力系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù) 國(guó)內(nèi)的高溫超導(dǎo)材料開(kāi)發(fā)進(jìn)展

3.1 我國(guó)在超導(dǎo)領(lǐng)域地位的國(guó)際比較

我國(guó)在超導(dǎo)研究，特別是高溫超導(dǎo)領(lǐng)域處在世界前沿，在1987年在銅氧化物超導(dǎo)體的時(shí)候，中國(guó)當(dāng)時(shí)就是世界領(lǐng)先。2008年鐵基超導(dǎo)體從日本開(kāi)始。最后中國(guó)科學(xué)家取得鐵基超導(dǎo)研究在世界的領(lǐng)先地位；但在整體水平上，包括應(yīng)用物理方面的研究，還有一定差距。但是盡管有差距，很有潛力在國(guó)際上能夠走在前面的[3]。

在國(guó)家“863”專(zhuān)項(xiàng)計(jì)劃及產(chǎn)業(yè)政策的扶持下，我國(guó)在超導(dǎo)帶材制備、超導(dǎo)強(qiáng)電應(yīng)用、超導(dǎo)弱電應(yīng)用方面積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，并取得了一定成果，部分領(lǐng)域還建立了相關(guān)示范線。我國(guó)超導(dǎo)技術(shù)發(fā)展歷程中，具有里程碑式意義的事件有：

① 2001年12月1日，我國(guó)首條鉍（Bi）系高溫超導(dǎo)帶材生產(chǎn)線在北京英納超導(dǎo)技術(shù)有限公司正式投產(chǎn)，標(biāo)志著我國(guó)在一代Bi系高溫超導(dǎo)帶材產(chǎn)業(yè)化方面已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平；

② 2004年4月19日，由北京英納超導(dǎo)技術(shù)有限公司和云南電力集團(tuán)主導(dǎo)的33.5m、2kA/35kV三相交流電纜在昆明普吉變電站掛網(wǎng)運(yùn)行，這是我國(guó)第1組并網(wǎng)運(yùn)行的超導(dǎo)電纜，也是世界第3組超導(dǎo)電纜；

③2004年12月，75m、10.5kV/1.5kA三相交流超導(dǎo)電纜在甘肅省白銀市完成了安裝、調(diào)試和并網(wǎng)運(yùn)行，此高溫電纜項(xiàng)目由中國(guó)科學(xué)院電工研究所牽頭，甘肅長(zhǎng)通電纜科技股份有限公司參與超導(dǎo)電纜的制作；

④2008年1月7日，由北京英納超導(dǎo)技術(shù)有限公司參與研制的35kV/90MVA超導(dǎo)限流器樣機(jī)（飽和鐵心型）在云南普吉變電站進(jìn)行了掛網(wǎng)試運(yùn)行；

⑤2011年2月，國(guó)內(nèi)首個(gè)超導(dǎo)變電站在甘肅白銀建成，在同年4月正式投入運(yùn)行，該變電站包含了高溫超導(dǎo)電纜、高溫超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)、高溫超導(dǎo)變壓器和高溫超導(dǎo)限流器，代表了我國(guó)超導(dǎo)技術(shù)的最先進(jìn)水平，創(chuàng)造了多項(xiàng)第一；

⑥2012年1月7日，國(guó)家電網(wǎng)天津電力公司首臺(tái)高溫超導(dǎo)限流器（220kV/800 A）在天津石各莊調(diào)試完畢并運(yùn)行，北京英納超導(dǎo)技術(shù)有限公司和天津市百利電氣有限公司共同參與了該項(xiàng)目。3.2 對(duì)當(dāng)前我國(guó)超導(dǎo)技術(shù)發(fā)展的認(rèn)識(shí) 3.2.1 整體技術(shù)水平與國(guó)際相比仍有很大差距

我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了Bi系高溫超導(dǎo)帶材的的產(chǎn)業(yè)化，也建立了多條超導(dǎo)示范線，為我國(guó)超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。但從整體技術(shù)水平看，與國(guó)際差距仍然很大，尤其是在長(zhǎng)距離二代超導(dǎo)帶材的制備、超導(dǎo)電流引線、超導(dǎo)電動(dòng)機(jī)、低溫制冷技術(shù)和終端接頭技術(shù)等方面[6]。3.2.2 原始創(chuàng)新成果較少

我國(guó)在超導(dǎo)領(lǐng)域缺少原始創(chuàng)新，科研上一直跟隨他人的腳步。要想縮小這種差距，就必須在成果上有創(chuàng)新突破。盡管近幾年我國(guó)超導(dǎo)領(lǐng)域取得了快速發(fā)展，論文和專(zhuān)利數(shù)量也有了較大增長(zhǎng)，但在原創(chuàng)性及基礎(chǔ)研究領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)化方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有很大差距。

3.2.3 超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn) 2012年2月22日，《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》出臺(tái)，明確提出超導(dǎo)材料作為新材料產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的方向之一，超導(dǎo)材料迎來(lái)了新的發(fā)展契機(jī)。強(qiáng)電領(lǐng)域是超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要方向，隨著“智能電網(wǎng)”建設(shè)正式寫(xiě)入“十二五”規(guī)劃，對(duì)現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和電能質(zhì)量有了新的要求，超導(dǎo)技術(shù)成為可能解決以上問(wèn)題的方案之一。另一方面，電網(wǎng)的復(fù)雜性，也為超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用提出了新的挑戰(zhàn)。3.3 對(duì)我國(guó)超導(dǎo)技術(shù)發(fā)展的建議 3.3.1 繼續(xù)加大政府扶持力度

政府的推動(dòng)作用是無(wú)可替代的，尤其是在超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)處于規(guī)模化前夕這一關(guān)鍵時(shí)期。從發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展經(jīng)驗(yàn)可以看出，政府在其中都起到了重要的引導(dǎo)和扶持作用，尤其是資金上的扶持極為重要。日本新能源和工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織，1999-2008年期間累計(jì)投入626億日元，開(kāi)展高溫超導(dǎo)電纜、變壓器、飛輪儲(chǔ)能、發(fā)電機(jī)、故障限流器等方面的研發(fā)工作，其中材料與設(shè)備的開(kāi)發(fā)幾乎占了總投入的一半；韓國(guó)政府耗資1.44億美元發(fā)展高溫超統(tǒng)。我國(guó)在“十二五”期間，政府在加大政策扶持力度的同時(shí)，應(yīng)增加經(jīng)費(fèi)的投入比例，爭(zhēng)取在已有工作的基礎(chǔ)上，把握機(jī)遇，以期在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中縮小差距。

3.3.2 以國(guó)家政策為先導(dǎo)，調(diào)動(dòng)地方政府積極性

超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，除了需要國(guó)家政策的扶持外，調(diào)動(dòng)地方政府的積極性也是非常重要的，因?yàn)榈胤秸谫Y源協(xié)調(diào)方面有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。以國(guó)家政策為方向，明確發(fā)展重點(diǎn)，有助于超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展。如我國(guó)第一條超導(dǎo)電纜及首座超導(dǎo)變電站，都是在地方政府的支持下才順利實(shí)現(xiàn)了試運(yùn)行。以上海為例，在上海市政府的支持下，由上海電纜研究所牽頭，聯(lián)合上海市電力公司、上海交通大學(xué)、上海大學(xué)、上海電纜廠有限公司、上海三原電纜附件有限公司，成立了上海高溫超導(dǎo)電纜產(chǎn)業(yè)化及工程應(yīng)用產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，明確以工程化、產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)，重點(diǎn)發(fā)展超導(dǎo)電纜等相關(guān)超導(dǎo)電力應(yīng)用技術(shù)和第2代高溫超導(dǎo)帶材。以聯(lián)盟為支撐，上海交通大學(xué)李貽杰教授成功研發(fā)了百米級(jí)2代高溫超導(dǎo)帶材，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。

3.3.3 繼續(xù)加大產(chǎn)學(xué)研合作力度，鼓勵(lì)企業(yè)進(jìn)入超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)

超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)是一個(gè)高技術(shù)、高風(fēng)險(xiǎn)、高投入、前景好但回收周期長(zhǎng)的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。過(guò)去，研發(fā)主體（或參與者）主要是中國(guó)科學(xué)院、清華大學(xué)等有實(shí)力的科研院所和高校，經(jīng)費(fèi)來(lái)源單一，基本是來(lái)自于政府撥款，資金有限。研究方向也主要側(cè)重于基礎(chǔ)研究，即使取得了成果，也難以進(jìn)行中試乃至產(chǎn)業(yè)化。另一方面，企業(yè)產(chǎn)品雖接近市場(chǎng)，資金實(shí)力強(qiáng)，但研發(fā)實(shí)力薄弱。若將產(chǎn)學(xué)研三者聯(lián)合，各自發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，使得研發(fā)與市場(chǎng)緊密結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，必有助于推進(jìn)超導(dǎo)技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。此外，企業(yè)進(jìn)入超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，一方面可以參與超導(dǎo)項(xiàng)目的研發(fā)，另一方面又可為項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化提供后備保證?，F(xiàn)代企業(yè)已經(jīng)深深意識(shí)到超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的巨大商業(yè)價(jià)值和開(kāi)發(fā)前景，國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始蟄伏超導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，提前布局，搶占市場(chǎng)先機(jī)。結(jié)語(yǔ)

超導(dǎo)技術(shù)在交通、能源、電力等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景和巨大的市場(chǎng)價(jià)值。美國(guó)科學(xué)家認(rèn)為，超導(dǎo)技術(shù)就像半導(dǎo)體一樣會(huì)引起社會(huì)工業(yè)的巨大變革。但從目前來(lái)說(shuō)，超導(dǎo)技術(shù)并不具備規(guī)模化的條件，還有很長(zhǎng)的路要走。據(jù)估計(jì)，超導(dǎo)技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，至少還需要5～10年的時(shí)間。在這期間，如何把握機(jī)遇、推進(jìn)超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化、參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，是政府、企業(yè)和無(wú)數(shù)科研工作者需要思考的戰(zhàn)略性課題。

致謝

在論文撰寫(xiě)過(guò)程中，我得到了江老師的熱情幫助。她為人隨和熱情，治學(xué)細(xì)心嚴(yán)謹(jǐn)，而且還很關(guān)心我們。在論文的寫(xiě)作和措辭等方面她也總會(huì)以“專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”嚴(yán)格要求我們，從選題、定題開(kāi)始，一直到最后論文的反復(fù)修改、潤(rùn)色，江老師始終認(rèn)真負(fù)責(zé)地給予我們深刻而細(xì)致地指導(dǎo)，幫助我們開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。正是老師的無(wú)私幫助與熱忱鼓勵(lì)，我的這篇論文才能夠得以順利完成，在此，我衷心的感謝江老師為我們的辛勤付出。

另外，還要感謝學(xué)校圖書(shū)館這個(gè)平臺(tái)，它為我們查閱文獻(xiàn)資料提供了很大的方便，也讓我從中收獲頗豐。也感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者，本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒(méi)有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫(xiě)作。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮瑞華,姜山.超導(dǎo)材料的發(fā)展與研究現(xiàn)狀[J].低溫與超導(dǎo),2007,35(6): 520-526.[2]蔡傳兵,劉志勇,魯玉明.實(shí)用超導(dǎo)材料的發(fā)展演變及其前景展望[J].中國(guó)材料進(jìn)展(Mat-erials China),2011,30(3):1-8.[3]林良真.我國(guó)超導(dǎo)技術(shù)研究進(jìn)程及展望[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào).2005,20(1):1-7.[4]肖立業(yè),林良真.超導(dǎo)電力技術(shù)新進(jìn)展及其未來(lái)發(fā)展的思考[M].2006,35(6):491-496.[5]羅貞禮,韓征和.高溫超導(dǎo)復(fù)雜產(chǎn)品的戰(zhàn)略地位與復(fù)雜特性分析[J].新材料產(chǎn)業(yè),2008(12):68-71.[6]周廉,甘子釗.中國(guó)高溫超導(dǎo)材料應(yīng)用發(fā)展戰(zhàn)略研究[M].北京化學(xué)工業(yè)出社,2007,10-28.[7]蔣志君,實(shí)用化高溫超導(dǎo)材料研發(fā)進(jìn)展[J].中國(guó)材料進(jìn)展(MaterialsChina),2009,28(4):28-33.[8]陳艷.超導(dǎo)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].科技咨詢(xún).2006(31):15-16.[9]張麗.淺談超導(dǎo)體的應(yīng)用前景[J].新材料產(chǎn)業(yè).2012(6):72-74.[10]楊軍.超導(dǎo)電性的研究及成用[J].現(xiàn)代物理知識(shí).2004,16(5):28-31.[11]羅家運(yùn).超導(dǎo)百年發(fā)展歷史回顧與展望[J].科技傳播.2013,3.[12]楊公安,蒲永平,王瑾菲等.超導(dǎo)材料研究進(jìn)展及其應(yīng)用[J].陶瓷,2009(7).[13]李想.我國(guó)超導(dǎo)材料發(fā)展快步走向?qū)嵱卯a(chǎn)業(yè)化[J].稀有金屬快報(bào),2006(5):45-46.[14]吳志榮.國(guó)內(nèi)外超導(dǎo)材料開(kāi)發(fā)進(jìn)展[J].中國(guó)金屬通報(bào).2010(35):40-41.[15]馮瑞華.國(guó)外超導(dǎo)材料技術(shù)研究政策和方向.低溫與超導(dǎo).2008(8):22-30.[16]王醒東,袁卿瑞,項(xiàng)飛.對(duì)我國(guó)超導(dǎo)技術(shù)發(fā)展的認(rèn)識(shí)和建議.新材料產(chǎn)業(yè).2012(6):65-67.

第五篇：優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)大豆育種研究新進(jìn)展

優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)大豆育種研究新進(jìn)展

農(nóng)作物新品種在農(nóng)業(yè)各項(xiàng)增產(chǎn)措施中占有較大的比重。“十五”以來(lái)，我們?cè)谂嘤齼?yōu)質(zhì)高產(chǎn)大豆新品種方面取得了突出的研究進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了“多出品種”、和“出好品種”的育種目標(biāo)。我們運(yùn)用高效育種技術(shù)（主要包括廣泛利用國(guó)內(nèi)外資源材料、多種方法創(chuàng)造豐富的變異后代、擴(kuò)大育種群體規(guī)模、生物新技術(shù)的運(yùn)用、目標(biāo)性狀的有效鑒定與篩選、異地加代與穿梭育種、及時(shí)升級(jí)試驗(yàn)與區(qū)試報(bào)審等），在原來(lái)工作基礎(chǔ)上僅用四年時(shí)間（2001—2004年）共育成10個(gè)優(yōu)良大豆新品種，包括2004年審定1個(gè)（科豐17號(hào)—北京市審定）、2003年審定3個(gè)（科豐14號(hào)—國(guó)家審定，科新7號(hào)—北京市審定，科新8號(hào)—北京市審定）、2002年審定3個(gè)（科新4號(hào)—北京市審定，科豐15號(hào)—天津市審定，科豐37號(hào)—天津市審定）和2001年審定3個(gè)（科新3號(hào)—國(guó)家審定，科新6號(hào)—北京市審定，科豐53號(hào)—天津市審定）。其中一些品種正在生產(chǎn)上擴(kuò)大示范推廣。這些大豆新品種的共同特點(diǎn)是品質(zhì)優(yōu)良和產(chǎn)量高（比區(qū)試對(duì)照品種的增產(chǎn)幅度在6%—25%），優(yōu)質(zhì)主要表現(xiàn)在籽粒商品性好（粒大均勻、黃種皮、淺種臍）和蛋白質(zhì)含量高(42.2%—49.98%)，而且脂肪含量也不低(18.6%—21.0%)，很受農(nóng)民和加工企業(yè)的歡迎, 也符合外貿(mào)出口標(biāo)準(zhǔn)。在這10個(gè)新品種中，就百粒重而言：≥25克的有5個(gè)（科豐14號(hào)、科豐15號(hào)、科豐17號(hào)、科豐53號(hào)、科新6號(hào)）、≥22克的有8個(gè)，而≤20克的只有2個(gè)（科新7號(hào)、科新8號(hào)）；在蛋白質(zhì)含量方面：≥45%的有4個(gè)（科新3號(hào)、科新6號(hào)、科豐14號(hào)、科豐53號(hào)）、≥42%的為全部10個(gè)品種。這些優(yōu)良新品種的推廣應(yīng)用對(duì)我國(guó)優(yōu)質(zhì)大豆產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將產(chǎn)生重要的推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞： 大豆新品種 大粒 高蛋白 育種研究 進(jìn)展