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超導材料具有什么特性意義

　　篇一：超導體特性

　　當一個磁體和一個處于超導態的超導體相互靠近時，磁體的磁場會使超導體表面中出現超導電流。此超導電流形成的磁場，在超導體內部，恰好和磁體的磁場大小相等，方向相反。這兩個磁志抵消，使超導體內部的磁感應強度為零，B=0，即超導體排斥體內的磁場。

　　1933年德國物理學家邁斯納（W.Meissner）和奧森菲爾（R.Ochsebfekd）對錫單晶球超導體做磁場分布測量時發現，在小磁場中把金屬冷卻進入超導態時，體內的磁力線一下被排出，磁力線不能穿過它的體內，也就是說超導體處于超導態時，體內的磁場恒等于零。

　　超導體一旦進入超導狀態，體內的磁通量將全部被排出體外，磁感應強度恒為零，且不論對導體是先降溫后加磁場，還是先加磁場后降溫，只要進入超導狀態，超導體就把全部磁通量排出體外。

　　此外，超導體還是完全的抗磁體，外加磁場無法進入或（嚴格說是）大范圍地存在于超導體內部，這是超導體的另一個基本特性。原理

　　產生邁斯納效應的原因是：當超導體處于超導態時，在磁場作用下，表面產生一個無損耗感應電流。這個電流產生的磁場恰恰與外加磁場大小相等、方向相反，因而總合成磁場為零。換句話說，這個無損耗感應電流對外加磁場起著屏蔽作用，因此稱它為抗磁性屏蔽電流。

　　超導體不是電阻無限小的理想導體。

　　因為對于電阻率ρ無限小的理想導體，根據歐姆定律E=ρJ，若ρ=0，則由麥克斯韋方程組▽×E=-δB/δt=0，由此可知在加磁場前后理想導體體內磁感應強度不發生變化，即B=C≠0，C為加入磁場前導體體內的磁感應強度。而超導體的邁斯納效應要求超導體內B=0。

　　后來人們還做過這樣一個實驗，在一個淺平的錫盤中，放入一個體積很小磁性很強的永久磁鐵，然后把溫度降低，使錫出現超導性。這時可以看到，小磁鐵竟然離開錫盤表面，飄然升起，與錫盤保持一定距離后，便懸空不動了。這是由于超導體的完全抗磁性，使小磁鐵的磁力線無法穿透超導體，磁場發生畸變，便產生了一個向上的浮力。

　　進一步的研究表明：處于超導態的物體，外加磁場之所以無法穿透它的內部，是因為在超導體的表面感生一個無損耗的抗磁超導電流，這一電

　　流產生的磁場，恰巧抵消了超導體內部的磁場。這一發現非常有意義，在此之后，人們用邁斯納效應來判別物質是否具有超導性。

　　邁斯納效應和零電阻現象是實驗上判定一個材料是否為超導體的兩大要素。

　　邁斯納效應指明了超導態是一個熱力學平衡狀態，與如何進入超導態的途徑無關，超導態的零電阻現象和邁斯納效應是超導態的兩個相互獨立，又相互聯系的基本屬性。單純的零電阻并不能保證邁斯納效應的存在，但零電阻效應又是邁斯納效應的必要條件。因此，衡量一種材料是否是超導體，必須看是否同時具備零電阻和邁斯納效應。

　　另外，科學家根據“邁斯納效應”的原理，應用于超導列車和超導船

　　篇二：超導材料的特性及應用

　　摘要：作為一種新型材料，超導材料越來越廣泛地應用到各個領域，人類對超導電性及其應用將越來越重視。超導材料的應用有著巨大的潛力和發展前景，這是不容置疑的。超導的實用前景似乎既近既遠，近者，在人類的生活中已得到了超導電技術帶來的好處，如醫用的核磁共振成像的超導磁體；同時，在電子器件上的應用，近幾年將會在市場上出現。遠者，人們會看到例如在微波通訊、計算機器件、儲能及平衡電網方面的應用。在總結超導電性的同時，本文將就超導材料的應用作簡要的介紹。

　　1、超導材料的超導特性

　　導體在溫度下降到某一值時，電阻會突然消失，即零電阻，這一現象稱為“超導現象”，將具有超導性的物質，稱為超導體，超導體如鈦、鋅、鉈、鉛、汞等，在超導狀態，當溫度降至溫度（超導轉變溫度）時，皆顯現出某些共同特征。

　　1.1 電阻為零。一個超導體環移去電源之后，還能保持原有的電流。有人做過實驗，發現超導環中的電流持續了二年半而無顯著衰減。

　　1.2 完全抗磁性。這一現象是1933年德國物理學家邁斯納等人在實驗中發現的，只要超導材料的溫度低于臨界溫度而進入超導態以后，該超導材料便把磁力線排斥體外，因此其體內的磁感應強度總是零。這種現象稱為“邁斯納效應”。

　　2、超導材料的應用

　　2.1 超導應用的巨大潛力

　　超導態是物質的一種獨特的狀態，它的新奇特性，立刻使人想到要將它們應用到技術上。超導體的零電阻效應顯示其具有無損耗輸運電流的性質。工業、國防、科研上用的大功率發電機、電動機如能實現超導化，將大大降低能耗并使其小型化。利用超導隧道效應，人們可以制造出世界上最靈敏的電磁信號的探測元件和用于高速運行的計算機元件。用這種探測器制造的超導量子干涉磁強計可以測量地球磁場幾十億分之一的變化，也能測量人的腦磁圖和心磁圖。超導體用于微波器件可以大大改善衛星通訊的質量。因此，超導體顯示了巨大的應用潛力。

　　2.2 超導材料在強電方面的應用

　　超導材料（超導線圈）在強電方面的主要應用包括：用于高能物理受控熱核反應和凝聚態物理研究的強場磁體；用于核磁共振裝置上以提供1~10T的均勻磁場以及核磁共振層次掃描；用于制造發電機和電動機線圈；用于高速列車上的磁懸浮線圈；用于輪船和潛艇的磁流體和電磁推進系統。

　　2.3 超導材料在弱電方面的應用

　　超導材料在弱電方面的應用主要是利用約瑟夫森結可以得到標準電壓，可以制造出超導量子干涉儀，進而用于生物磁學。另外約瑟夫森結在計算機應用上的還有著巨大潛力，我們可以制造出速度更快的計算機制造邏輯電路和存貯器。當然還有很多有特殊性能的器件。

　　3、結語

　　人類的未來離不開超導電技術及其技術的發展，超導電技術將會越來越廣泛地造福人類。在21世紀，超導電技術將會變得更為重要，超導材料的應用將會越來越廣泛。

　　篇三：1 超導體的性質

　　1911年夏天，當昂納斯的兩個研究生在做低溫實驗時，偶然發現某些金屬在極低溫環境中，金屬的電阻突然消失了。這一發現轟動了全世界的科學家，大家紛紛想要揭開超導的奧秘，因為只有了解了超導現象的微觀機理，才能使它為人類作出更大的貢獻。1955年金秋季節，巴丁與他的研究生羅伯特·施里弗，以及另一位年輕的博士利昂·庫珀組成了一個探索超導現象微觀機理的研究小組，開始朝這一神秘的領域進發。最終創立一套完整的超導微觀理論。他們三人榮幸地分享了1972年度的諾貝爾物理學獎。這一理論也以他們姓氏的頭一個字母命名，稱為“BCS理論”。

　　在很長一段時間內，超導材料的臨界溫度都在相當低的溫度范圍內徘徊，1986年，從瑞士蘇黎士的IBM實驗室傳來了激動人心的消息：鋇鑭銅氧化物的臨界溫度達到30K。根據BCS理論，超導最高臨界溫度不會超過40K，而現在卻早已遠遠地超過了這一極限，必須尋找新的理論。美國物理學家菲利普·安德森也提出了一個新的超導理論，他一反“庫珀對”的常規，認為電子不是互相吸引而是互相排斥，正是這種排斥才使電子與電子挨近了，結合了。中國復旦大學的陶瑞寶也提出了一個超導的激子滲流理論，這一理論認為，處于超導態下的電子具有特殊的能帶結構，這些電子形成的電子波在晶體中互相迭加，當在這晶體中通以電流時，電子就會繞過晶體中的點陣，沿電子波迭加的方向運動，不會產生阻力，由此便產生了超導現象。

　　超導現象真正的微觀機理還是一個謎，解開這個謎將是人類的又一大進步。

　　1 超導體的性質

　　超導現象的發現

　　超導是某些金屬或合金在低溫條件下出現的一種奇妙的現象。

　　19世紀末，低溫技術獲得了顯著的進展，曾一向被視為“永久氣體”的空氣被液化了。1877年氧氣被首先液化，液化點也就是我們所說的常壓下沸點是-183℃（90K）。隨后人們又液化了液化溫度是-196℃的氮氣。1898年杜瓦（J.Dewar）第一次把氫氣變成了液體氫，液化溫度為-253℃，他并發明了盛放液化氣的容器——杜瓦瓶。

　　最先發現這種現象的是荷蘭物理學家卡麥林·昂納斯。1908年卡麥林·昂納斯液化氦（-259℃）成功，從而達到一個新的低溫區（4.2K以下），他在這樣的低溫區內測量各種純金屬的電阻率。

　　1911年夏天，當昂納斯的兩個研究生在做低溫實驗時，偶然發現某些金屬在極低溫環境中，金屬的電阻突然消失了。昂納斯接著用水銀做實驗，發現水銀在4.1K時（約相當于-269℃），出現了這種超導現象；不但純汞，而且加入雜質后,甚至汞和錫的合金也具有這種性質。他把這種性質稱為超導電性。他又用鉛環做實驗，九百安培的電流在鉛環中流動不止，兩年半以后仍舊毫無衰減。

　　1932年霍爾姆和卡茂林－昂尼斯都在實驗中發現，隔著極薄一層氧化物的兩塊處于超導狀態的金屬，沒有外加電壓時也有電流流過。1933年荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發現了超導體的一個極為重要的性質。

　　超導體的基本性質

　　1、零電阻效應

　　在超導條件下，電阻等于零是超導體的最顯著的特性。如果將一金屬環放在磁場中,突然撤去磁場,在環內就會出現感生電流。金屬環具有電阻R和電感L。由于焦耳熱損耗,感生電流會逐漸衰減到零，衰減速度與L和R的比值有關,L/R的值越大，衰減越慢。如果圓環是超導體，則電阻為零而電感不為零；因此電流會毫不衰減地維持下去。這種“持續電流”已在多次實驗中觀察到。測量超導環中持續電流變化的實驗給出，樣品鉛的電阻率小于3.6×10-2歐姆厘米，它比銅在室溫下的電阻率1.6×10-6歐姆厘米還要小4.4×1016倍。這個實驗結果表明超導體的電阻率確實是零。

　　臨界溫度Tc ——超導體由正常態轉變為超導態的溫度。

　　臨界磁場BC——對于超導體，只有當外加磁場小于某一量值時，才能保持超導電性，否則超導態即被破壞，而轉變為正常態。這一磁場值稱為臨界磁場BC（臨界磁感應強度），有時用HC（臨界磁場強度）表示。臨界磁場與溫度的關系為

　　HC＝Ho[1-(T/Tc)2]式中Ho為0K時的臨界磁場。

　　同樣，超導體也存在一臨界電流IC。

　　零電阻測試裝置:

　　零電阻現象可以采用四引線法，通過樣品的電阻隨溫度的變化來進行測量。

　　2、邁斯納效應（理想抗磁性）：

　　這是超導體的另一個特征。1933年德國物理學家邁斯納（W.Meissner）和奧森菲爾德（R.Ochsebfekd）對錫單晶球超導體做磁場分布測量時發現，在小磁場中把金屬冷卻進入超導態時，體內的磁力線一下被排出，磁力線不能穿過它的體內，也就是說超導體處于超導態時,體內的磁場恒等于零。

　　這說超導體不是電阻無限小的理想導體。

　　因為對于電阻率ρ無限小的理想導體，根據J＝σＥ＝Ｅ／ρ，當ρ為０時，Ｅ必須為０才能使Ｊ保持有限。這就是說對理想導體在沒有電場Ｅ的條件下仍可以維持穩恒的電流密度。

　　另一方面，按麥克斯韋方程之一

　　BE t