摘要：超導(dǎo)是金屬或合金在較低溫度下電阻變?yōu)榱愕男再|(zhì)。超導(dǎo)材料是當(dāng)代材料科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)十分活躍的重要前沿，其發(fā)展將推動(dòng)功能材料科學(xué)的深入發(fā)展。高溫超導(dǎo)材料經(jīng)過近 20年的研發(fā)，已經(jīng)初步進(jìn)入了大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化。隨著超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，它將會(huì)在許多科技領(lǐng)域起到舉足輕重的作用。

關(guān)鍵詞：超導(dǎo)、現(xiàn)象、性質(zhì)、應(yīng)用、發(fā)展。

一、超導(dǎo)現(xiàn)象

翁納斯在1908年首次把最后一個(gè)“永久氣體”氦氣液化，并得到了低于4K的低溫。1911年他在測(cè)量一個(gè)固態(tài)汞樣品的溫度與電阻的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度降低到4.2K時(shí)，實(shí)驗(yàn)用的樣品電阻突然減小到儀器無法覺察出的一個(gè)小值（當(dāng)時(shí)約為1*10-5）。由實(shí)驗(yàn)測(cè)出的汞的電阻率在4.2K附近的變化情況，該曲線表示在低于4.15K的溫度下汞的電阻率為零。

電阻率為零，即完全沒有電阻的狀態(tài)稱為超導(dǎo)態(tài)。除了汞以外，以后又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)有許多金屬及合金在低溫下也能轉(zhuǎn)變成超導(dǎo)態(tài)，但它們的轉(zhuǎn)變溫度（或叫臨界溫度Tc）不同。利用超導(dǎo)體的持續(xù)電流可做一個(gè)很有趣的懸浮實(shí)驗(yàn)。將一個(gè)小磁棒丟入一個(gè)超導(dǎo)鉛碗內(nèi)，可看到小磁棒懸浮在鉛碗內(nèi)而不下落。這是由于電磁感應(yīng)使鉛碗表面感應(yīng)出了持續(xù)電流。根據(jù)楞次定律，電流的磁場(chǎng)將對(duì)磁棒產(chǎn)生斥力，磁棒越靠近鉛碗，斥力就越大。最后這斥力可以大到足以抵消磁棒所受重力而使它懸浮在空中。

二、超導(dǎo)性質(zhì)

2.1零電阻性

超導(dǎo)材料處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)電阻為零，能夠無損耗地傳輸電能。

超導(dǎo)體的零電阻現(xiàn)象與常導(dǎo)體零電阻在實(shí)質(zhì)上截然不同。常導(dǎo)體的零電阻是指在理想的金屬晶體中，由于電子運(yùn)動(dòng)暢通無阻，因此沒有電阻；而超導(dǎo)體零電阻是指當(dāng)溫度降至某一數(shù)值Tc或以下時(shí)，其電阻突然變?yōu)榱恪?/p>

2.2完全抗磁性

1933年邁斯納和奧爾德首次發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體具有完全抗磁性的特點(diǎn)。把錫單晶球超導(dǎo)體在磁場(chǎng)（H≦Hc）中冷卻，在達(dá)到臨界溫度Tc以下時(shí)，超導(dǎo)體內(nèi)的磁通線一下子被排斥出去；或者先把超導(dǎo)體冷卻至Tc以下，再通以磁場(chǎng)，這時(shí)磁通線也被排斥出動(dòng)；如圖所示。即在超導(dǎo)狀態(tài)下，超導(dǎo)體內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.這就是邁斯納效應(yīng)。

三、超導(dǎo)應(yīng)用

超導(dǎo)體具有許多特殊的性質(zhì)，當(dāng)然應(yīng)用最主要的性質(zhì)是零電阻。人們通過大量實(shí)驗(yàn)，讓電流在超導(dǎo)體制成而成的圓型導(dǎo)體環(huán)中流動(dòng)，電流可以流動(dòng)長(zhǎng)達(dá)一年之久而沒有任何損失。科學(xué)家通過對(duì)超導(dǎo)理論的分析，得到了對(duì)超導(dǎo)現(xiàn)象的深入了解?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)在超導(dǎo)體中，部分電子形成了特殊的電子對(duì)，從而使導(dǎo)體顯示出超導(dǎo)性。

超導(dǎo)體在各個(gè)領(lǐng)域有著非常巨大的用途，從而使各國(guó)科學(xué)家致力研究超導(dǎo)的應(yīng)用。電能用超導(dǎo)體輸送可以大大減少不必要的消耗，應(yīng)用高溫超導(dǎo)體材料加工的電纜載流能力是普通銅絲的1200倍；使用的超導(dǎo)體，可以形成一個(gè)強(qiáng)大的磁場(chǎng)，可用于制造粒子加速器，如磁懸浮列車，列車可達(dá)到500公里每小時(shí)。感溫探頭使用的是超導(dǎo)對(duì)溫度非常敏感的性質(zhì)而制造。超導(dǎo)材料最有吸引力的應(yīng)用是產(chǎn)生，傳輸和能量存儲(chǔ)。

在超導(dǎo)狀態(tài)下的超導(dǎo)材料具有完全抗磁性和零電阻，只消耗很少的電力，就可以得到超過10萬(wàn)高斯穩(wěn)定強(qiáng)大的磁場(chǎng)。使用傳統(tǒng)的導(dǎo)體磁鐵產(chǎn)生這么大的磁場(chǎng)，需要消耗3.5兆瓦的電力、冷卻水，是一個(gè)相當(dāng)大的投資。超導(dǎo)磁體可用于AC超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，MHD發(fā)電機(jī)和超導(dǎo)傳輸線等。

高溫超導(dǎo)材料的使用是非常廣泛，大約分為三大類：高電流應(yīng)用（強(qiáng)電應(yīng)用），電子應(yīng)用系統(tǒng)（弱應(yīng)用）和抗磁性應(yīng)用。高電流的應(yīng)用，前面提到的超導(dǎo)發(fā)電，輸電和能源存儲(chǔ)，電子應(yīng)用，包括超導(dǎo)天線，超導(dǎo)微波器件，超導(dǎo)計(jì)算機(jī)，主要用于熱核聚變反應(yīng)堆和抗磁性磁懸浮列車。

四、 超導(dǎo)未來發(fā)展

超導(dǎo)材料，由于在一定的低溫條件下材料的電阻等于零，具有排除性質(zhì)的磁力線，因此在智能電網(wǎng)，城市電網(wǎng)擴(kuò)張具有廣闊的應(yīng)用前景。

據(jù)專業(yè)領(lǐng)域?qū)＜翌A(yù)測(cè)，超導(dǎo)市場(chǎng)有一個(gè)100億美元的潛在規(guī)模，超導(dǎo)材料占30%-40%。超導(dǎo)限流器的市場(chǎng)潛力是巨大的，是目前唯一的超導(dǎo)限流器可以解決短路電流過大，電路保護(hù)產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)主要依賴于美日進(jìn)口，進(jìn)口的超導(dǎo)材料費(fèi)用占產(chǎn)品50%左右的成本。本地化成為超導(dǎo)體的超導(dǎo)材料業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

未來十年是高溫超導(dǎo)市場(chǎng)發(fā)展和材料產(chǎn)業(yè)化的十年。據(jù)預(yù)測(cè)，2010年和2020年，世界超導(dǎo)市場(chǎng)將分別達(dá)到300億美元/年和2440億美元/年。

在不久的將來，我國(guó)的能源、醫(yī)療衛(wèi)生、電子技術(shù)和科學(xué)儀器等方面將會(huì)迫切需要超導(dǎo)技術(shù)。超導(dǎo)體的應(yīng)用將導(dǎo)致一場(chǎng)新技術(shù)革命。

高溫超導(dǎo)及低溫超導(dǎo)的技術(shù)應(yīng)用 ，將會(huì)成為 21 世紀(jì)的核心技術(shù)應(yīng)用 ，必將為造福全世界的人類而做出巨大的貢獻(xiàn)。（作者單位：沈陽(yáng)師范大學(xué)）

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