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首页 > 稀土科普 > 稀土知识稀土超导体材料一、稀土超导材料 当某种材料在低于某一温度时,出现电阻为零的现象即超导现象,该温度即是临界温度(Tc)。超导体是一种抗磁体,低于临界温度时,超导体排斥任何试图施加于它的磁场,这就是所谓的迈斯纳效应。在超导材料中添加稀土可以使临界温度Tc大大提高,一般可达70~90K,从而使超导材料在价廉易得的液氮中使用,这就大大地推动了超导材料的研制和应用的发展。 超导现象是1911年由一位荷兰物理学家首先发现的,当水银温度降低到43K时,水银便失去了电阻。随后超导体的研究开发一直在进行,到1973年,科学家们制得一种铌锗合金,其临界温度是23.3K。1986年发现一些新的超导体,超导研究也因此取得了突破性进展,当时发现一种镧钡铜氧陶瓷,其临界温度为35K。1987年2月又发现YBa2Cu3O7-x高温超导体的临界温度达90K以上,大大超过了氮的沸点(77K)。新型稀土高温材料可以在液氮温度下工作。 二、超导材料主要应用领域 1.基础科学 利用超导装置可以正确测量磁场强度,磁通量、电流、电压、电磁能等许多物理量,而且这种仪器分辨能力极高,如超导量子干涉仪可以正确测量人的心磁、脑磁以及地磁。普通超导体的最大应用市场是在低温物理研究领域,首先应用于探测器、焊接设备及粒子加速器。 2.电子工业 电子工业有可能是新型超导体的第一个销售市场,在计算机上采用高温超导材料有两大优点:一是它减少了为冷却约瑟夫森装置所需的致冷;二是它通过回忆信号传递速度,改善了具有普通芯片的机器性能。在计算机中大规模应用高温超导薄膜可以加快计算速度。其运算速度比硅器件快1000倍。 电路的时间常数取决于电路的电阻和电容。如果没有电阻,时间常数减少到零,电路中的信号传递将会加速。在用半导体芯片的普通计算机里,可用加速元件开关速度的方法提高运行速度。电路可散布在芯片上,以保持冷却,但这样降低了运行速度。因为信号要走的距离长了,而约瑟夫森触点的开关时间仅有10-12秒,几乎没有热量产生。如果全部连线和电阻为零,则可大大减少热与功率的损耗。 3.在发电和电力传输方面 在电力工程设施中,如发电机、电动机、变压器、电力传输线及储能系统中,由于线路有电阻,因此会有大量的电损耗并转变为热。由于超导体的电阻为零,YBa2Cu3O7陶瓷超导体的热导率很低,所以,它们在这方面的应用潜力很大。英国的ICI高级材料研究所用YBa2Cu3O7线圈试制了一台发电机,当线圈转数为1500转/分时,发电机可产生2.5V的电压。目前超导体在电力设施中应用的主要问题是载流能力小,在超导体用于工业发电之前,仍需做大量的研究和试验工作。 超导体在能源方面的其他潜在应用领域有磁流体发电、热核发电及磁选机。磁选机除去煤矿中的硫,除去瓷土或矿石中的杂质。 4.超导磁悬浮列车 在列车车轮旁边安装小型超导磁体,在列车向前行驶时,超导磁体则向轨道产生强大的磁场,并和安装在轨道两旁的铝环相互作用,产生一种向上浮力,消除车轮与钢轨的摩擦力,起到加快车速的作用。高温超导体在悬浮列车上应用的研究集中在日本。 超导在运载上的其他应用可能还有用作轮船动力的超导电机、电磁空间发射工具及飞机悬浮跑道。 5.微波技术 微波技术是高温超导材料近期内可能得到重要应用的领域。近几年我国开展了多种超导微波器件的研究,制成的超导滤波器、超导天线、迟延线、振荡器、超导结型混频器等器件都具有国际先进水平。如为适应航天通讯需要研制的4.5GHz的YBCO超导体圆极化微带天线,在77K温度下天线的反射系数为1.5dB,匹配良好,达到航天部超导磁窗项目要求。研制的超导微波带通滤波器,通带宽大于10175±50MHz,插损≤1.2dB,阻带L≥40dB,驻波比≤1.5。超导量子干涉器件是可以测量微弱磁场的器件。“八五”期间重点进行了这种器件的制造并应用于大地磁测量项目。在双晶结、台阶结、台阶边缘结的器件研制方面取得的成果均接近世界先进水平。在与德国合作进行的大地磁测量上,取得较好效果。 6.其它 医疗中利用超导体介子发生器可以治疗癌症,利用超导磁体可以治疗脑血管肿瘤。此外,军事上利用超导可以击毁导弹。 三、稀土超导材料的发展状况 |
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