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超导材料综述前言人类在享受现代文明的同时, 面临着日益严重的能源危机、资源危机。在被称为数字时代的今天, 人们却依赖着为昨天设计的电力系统, 唯一的变化是电缆越来越粗、机组越来越大。一方面,能源供应越来越紧张,另一方面,大量电能却被浪费在所使用的传统材料上。当前,我国电网的电能损耗约占总发电量的 9% ,其中 90% 左右是由电缆损耗的。到 201 0 年,按预测的装机容量,中国在输配电网上将损失二到三个三峡电站的发电量;在美国,每年仅在输电线路上的损失就高达 40 亿美元。如果使用高温超导线材, 不仅可以避免这些损失,而且可以节约大量的金属材料。◆超导的发展历史【1】 1 、超导电性的发现本世纪初, 随着科学的发展和技术的革新, 纯金属的电阻在绝对零度附近的变化情况引起人们极大的兴趣。 1908 年, 荷兰物理学家恩纳斯(O nnes ) 首次成功地将氦气液化, 征服了最后一种“永久性”气体, 获得了 41 25 ~11 15 K 的低温。为此, 人们就有条件进行纯金属电阻在绝对零度附近变化规律的研究实验, 由于汞比其它金属更容易提纯,1911 年, 恩纳斯就选用了汞作为实验对象进行低温电性实验, 结果发现汞的电阻在412K 左右会突然消失, 此即人们首次看到的超导电性。此后, 恩纳斯、兰道(L andau ) 等人又相继发现了锡、铅、钽、钍、钛、铌等在低温下的超导电性。随着更多金属在低温下超导电性的发现, 人们着手深入认识超导体的特性, 并试图从理论上作出合理的解释。但因条件的限制, 人们对超导体基本性质的认识, 只局限于零电阻( 即电阻为零)。直到 1933 年德国物理学家梅斯勒(M eissner ) 等人发现超导体的完全抗磁性, 人们才认识超导体的两大性质: 零电阻和抗磁性。由于这一阶段的工作主要是认识性的基础工作, 所以, 通常认为 1911 ~ 1932 年是超导电性的发现阶段。 2 、低温超导阶段在梅斯勒发现超导体的抗磁性之后, 相继有荷兰物理学家埃伦弗斯特根据有关的超导体在液氦中比热不连续现象, 提出热力学中二级相变的概念; 柯特和卡西米尔提出超导的二流体模型; 德国物理学家 F· 伦敦和 H· 伦敦兄弟提出超导电性的电动力学唯相理论( 即伦敦方程); 度海森伯根据电子间的库仑相互作用, 提出了一种超导微观理论, 波尔提出了另一种微观理论; 前苏联物理学家阿布里科索夫提出第二类超导体的概念; 巴丁、库伯和施里费提出了 BCS 理论; 贾埃弗发现超导体中的单电子隧道效应; 约毖夫森提出了约毖夫森效应等等。在理论研究的同时, 新超导材料的开发也有了突破性的进展。其中最引人注目的是第二类超导体的问世、N b3Ge 超导薄膜的研制成功以及有机超导体的发现。事实上,在 20 世纪 30 年代, 人们对超导合金的一些研究已涉及第二类超导体的问题。在 1936 ~ 1937 年, 前苏联物理学家舒布尼科夫等人的实验工作尤为突出, 他们做出了接近理想第二类超导体的材料, 但由于历史的原因, 这方面的研究中断了数年, 直至 1950 年, 前苏联物理学家阿布里科索夫完善了第二类超导体理论。在此基础上, 人们认识到第二类超导体的重要特性, 由于它具有较高的临界电流密度和临界磁场, 使超导材料初步进入应用阶段。此后, 人们更多的研究如何使超导材料实用化。