第一篇：中國科學技術大學高溫超導物理研究新進展

中國科學技術大學高溫超導物理研究新進展

摘 要在中國科學技術大學（以下簡稱中國科大）建校50周年之際，文章作者對近年來中國科大在高溫超導物理方面的最新研究進展情況作一介紹，包括新型高溫超導材料探索研究和高溫超導機理實驗研究.在新型高溫超導材料探索研究方面，文章作者首次發現了除高溫超導銅基化合物以外第一個超導溫度突破麥克米蘭極限（39 K）的非銅基超導體――鐵基砷化物SmO1-xFxFeAs，該類材料的最高超導轉變溫度可達到55K；中國科大還成功地制備出大量高質量的超導化合物單晶，包括Nd2-xCexCuO4,NaxCoO2,CuxTiSe2等.在高溫超導機理實驗研究方面，中國科大系統地研究了SmO1-xFxFeAs體系的電輸運性質給出了該體系的電子相圖；發現了在電子型高溫超導體中存在反常的熱滯現象和電荷-自旋強烈耦合作用；在NaxCoO2體系中也開展了系列的工作，并且首次明確了電荷有序態中小自旋的磁結構問題；此外，還系統地研究了CuxTiSe2體系中電荷密度波與超導的相互關系.??

關鍵詞高溫超導,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80年代末，高溫超導銅氧化合物的發現引發了全球研究高溫超導的熱潮.至今，高溫超導的研究已經有22年的歷史，在20多年的廣泛研究中,人們積累了大量的實驗數據和理論方法.到目前為止，雖然已經有許多很好的理論模型，但是高溫超導機理問題仍然沒有完全解決，許多實驗的結果還存在爭議.??

銅氧化物的奇特物理源自于電子的強關聯效應，而且人們發現這種強關聯效應是普遍存在于物質之中的，尤其是在d電子和f電子化合物中最常見.高溫超導的研究也不再局限于認識高溫超導電性本身，而是要理解強關聯效應背后所有的物理現象以及如何建立研究強關聯體系的范式.因而強關聯體系中的超導現象也就成為高溫超導的研究范圍，并且吸引了人們極大的興趣.我們的工作的重點就是圍繞新的高溫超導材料以及強關聯超導材料開展的.??

這里我們將分為兩個方面來介紹我們的工作進展，即新型高溫超導材料探索和高溫超導機理實驗研究.?? 研究工作的進展情況??

2.1 新型高溫超導材料探索??

2.1.1 新高溫超導體的發現??

1986年，IBM研究實驗室的德國物理學家柏諾茲與瑞士物理學家繆勒在層狀銅氧化合物體系中發現了高于40K的臨界轉變溫度［1］，隨后該體系的臨界溫度不斷提高，最終達到了163K（高壓下）［2］.該發現掀起了全球范圍的超導研究熱潮并且對經典的“BCS”理論也提出了挑戰.德國物理學家柏諾茲與瑞士物理學家繆勒也因為他們的發現獲得了1987年的諾貝爾物理學獎.自從層狀銅氧化合物高溫超導體發現以來，人們一直都在致力于尋找更高臨界溫度的新超導體.然而到目前為止，臨界溫度高于40K的超導體只有銅氧化合物超導體.在非銅氧化合物超導體中，臨界溫度最高的就是39K的MgB2超導體［3］.但是該超導體的臨界溫度非常接近“BCS”理論所預言的理論值［4］.因此，尋找一個臨界溫度高于40K的非銅氧化合物超導體對于理解普適的高溫超導電性是非常重要的，尤其是高溫超導的機理到目前還沒有得到類似于“BCS”一樣完美的理論.在我們最近的研究中，我們在具有ZrCuSiAs結構的釤砷氧化物SmFeAsO1-xFx中發現了體超導電性［5］.我們的電阻率和磁化率測量表明，該體系的超導臨界溫度達到了43K.該材料是目前為止第一個臨界溫度超過40K的非銅氧化合物超導體.高于40K的臨界轉變溫度也有力地說明了該體系是一個非傳統的高溫超導體.該發現勢必會對我們認識高溫超導現象帶來新的契機.??

關于電荷有序NaxCoO2體系的磁結構一直以來都存在爭議，被大家普遍接受的磁結構有兩種:一種是由美國MIT實驗組提出的類似“stripe”的磁結構［52］，另一種是由日本實驗組提出的有大、小磁矩的磁結構［53］.通過研究磁場下角度依賴的磁阻，我們從實驗上給出了強有力的證據,證明了日本實驗組給出的磁結構更加合理［54］，從而解決了關于磁結構的爭論.并且我們還通過我們的結果首次確定了電荷有序NaxCoO2體系的小磁矩的磁結構.另外我們還在實驗中發現，在x=0.55時，體系的小磁矩會形成面內鐵磁性［55］.該實驗進一步證明了大、小磁矩磁結構的正確性，并且表明體系的小磁矩的磁結構是強烈依賴于Na的含量.基于以上兩個發現，我們又進一步證明了，在強場下，小磁矩會發生一個磁場誘導的自旋90度翻轉，并且同時伴隨有磁性的轉變［56］.至此，我們對該體系的磁結構有了一個完整的認識，并且給出了該體系在電荷有序附近的磁性相圖.在對磁結構認識的同時，我們還發現了該體系具有很強的自旋電荷耦合，這將有助于我們理解體系的超導電性.??

2.2.4 CuxTiSe2體系的研究??

過渡金屬二硫族化合物（TMD’s）具有非常豐富的物理現象.不同的化學組成和結構可以導致迥然不同的物理性質.例如，兩維體系的電荷密度波是首先在TMD’s中發現的［57］.電荷密度波態，1T結構的TaS2會在費米面打開一個能隙［58］，但在2H結構的TaS2中，能隙只是部分打開［59］，而在1T結構中的TiSe2中卻沒有任何能隙的打開［60］.非常有意思的是，超導電性總是在2H結構的TMD’s材料中和電荷密度波相互共存、相互競爭［61―63］，但在1T結構的化合物中，卻很少觀察到這種現象.最近，在1T結構的CuxTiSe2中發現的超導電性進一步豐富了TMD’s材料的物理內容［64］.在不摻雜的1T結構的TiSe2中，體系表現為CDW，并且這種材料中的CDW機制到目前還在爭論中.隨著銅原子的摻雜，CDW轉變溫度會迅速下降，這種情況類似于MxTiSe2’s(M=Fe,Mn,Ta,V和Nb)化合物［65―68］.與此同時，超導電性會在摻雜量為x=0.04出現，并在x=0.08達到最大值4.3K，然后轉變溫度開始下降，在x=0.10時下降為2.8K.令人驚奇的是，這樣一個相圖和高溫超導銅氧化物以及重費米子體系是非常的類似的［69］，所不同的是，在這里與超導相互競爭的是電荷序，而在高溫超導銅氧化物以及重費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，對它的研究將會給其他相關領域也帶來重要的幫助.基于以上考慮，我們系統地研究了CuxTiSe2（0.015≤x≤0.110）單晶的輸運性質、電子結構以及低溫熱導（x=??0.55）［70―72］.當x≤0.025，體系在低溫下會形成電荷密度波，并在面內和面外的電阻率隨溫度曲線都表現出一個寬峰行為.隨著Cu的摻雜，電荷密度波被完全壓制在x=0.55附近，隨后體系會出現超導電性且隨Cu摻雜而增強.體系的超導電性在x≥??0.08以后開始被壓制，在Cu0.11TiSe2樣品中，直到??1.8K都沒有發現超導電性.通過角分辨光電子譜的研究，發現1T-TiSe2母體具有半導體類型的能帶結構，并且發現，隨著Cu摻雜體系的化學勢顯著提高，從而導致電荷密度波的壓制以及超導電性的出現.我們還通過低溫熱導的測量確定了該體系的超導為單帶的s波超導.??

小結??

以上介紹了我們在高溫超導領域的最新進展.我們不但在高溫超導銅基化合物中取得了不錯的成績，在新超導體研究中也處于國際領先水平，尤其是在新的鐵基高溫超導體的研究方面.?オ?

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第二篇：高溫超導材料論文 最新

高溫超導材料研究

摘要：簡要介紹了高溫超導材料及其發展歷史，對超導材料的發展現狀和用途進行說明，對目前超導材料的主要研制方法進行了分析。關鍵詞：超導材料 研究進展 高溫 應用

一、高溫超導材料的發展歷史

高溫超導材料一般是指臨界溫度在絕對溫度77K以上、電阻接近零的超導材料，通常可以在廉價的液氮（77K）制冷環境中使用，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薄膜，應用在電子、通信等領域；鉍鍶鈣銅氧主要用于線材的制造。

1911年，荷蘭萊頓大學的卡末林·昂尼斯意外地發現，將汞冷卻到-268.98°C時，汞的電阻突然消失；后來他又發現許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性，由于它的特殊導電性能，卡末林·昂尼斯稱之為超導態，他也因此獲得了1913年諾貝爾獎。

1933年，荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發現了超導體的另一個極為重要的性質，當金屬處在超導狀態時，這一超導體內的磁感應強度為零，卻把原來存在于體內的磁場排擠出去。對單晶錫球進行實驗發現：錫球過渡到超導狀態時，錫球周圍的磁場突然發生變化，磁力線似乎一下子被排斥到超導體之外去了，人們將這種現象稱之為“邁斯納效應”。

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

二、高溫超導體的發展現狀

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

高溫超導材料已進入實用化的研究開發階段，氧化物復合超導材料的耐用(robustness)和穩定性已引起材料科學家的廣泛重視。由于高溫超導薄膜材料較早進入電子學器件的應用領域，很多學者做了薄膜材料與環境相關的穩定性和壽命研究工作。浸泡實驗是一種常用的方法：在不同試劑(水、酒精和丙酮等)、不同氣氛(干氮、濕氮和流動氧等)中做周期循環和熱時效疲勞試驗。研究表明，超導電性的退化主要來自于雜相(第二相)及時效過程中的析出相。美國西北大學的Mirkin建議把在其它材料中應用已十分廣泛的分子單層表面化學改性(又稱“自裝配，Self assembly”)引入到高溫超導銅氧化合物中來。例如用有機物對YBCO表面進行分子單層表面改性，以此改善薄膜對環境的敏感性。

高溫超導帶材以鉍鍶鈣銅氧(BSCCO/2223)系為第一代帶材，它以優良的可加工性而得到了廣泛的開發，并在超導強電應用領域占據重要位置。但鉍系材料的實用臨界電流密度較低，并且在77 K的應用磁場也很低。相反，YBCO材料在77 K的超導電性遠優于BSCCO材料；然而它的可加工性卻極差，傳統的壓力加工和熱處理工藝難以做出超導性好的帶材。

近年來隨著材料科學工藝技術的發展，一種在軋制(rolling)金屬基帶上制造YBCO超導帶材的工藝受到極大重視，并被冠以“下一代”高溫超導帶材或“第二代”帶材。有兩種基本技術方案：(1)以美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)為代表的一個方案，稱作軋制雙取向金屬基帶法(RABiTS)。會上Specht報告了基帶的退火織構穩定性分析，并在1m長的取向金屬基帶上用激光沉積YBCO外延膜。

歐洲以德國、丹麥等為代表，努力開展高溫超導材料工藝及應用研究。丹麥的NKT已批量制造鉍系超導帶材。長10m、2000 A的超導電力電纜正在研制中，下一步開發三相、50～100 m輸電電纜。西門子公司計劃到2003年制成20 MVA的超導變壓器。用于電子學方面探傷的RF-SQUID及衛星通訊用高溫超導濾波器也在試制之中。

三、高溫超導材料的制備工藝

為適應各種應用的要求，高溫超導材料主要有：膜材(薄膜、厚膜)、塊材、線材和帶材等類型。3.1 薄膜

高溫超導體薄膜是構成高溫超導電子器件的基礎，制備出優質的高溫超導薄膜是走向器件應用的關鍵。高溫超導薄膜的制備幾乎都是在單晶襯底(如SrTiO3、LaAlO3或MgO)上進行薄膜的氣相沉積或外延生長的。經過十年的研究，高溫超導薄膜的制備技術已趨于成熟，達到了實用化水平(Jc>106

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

高溫超導體厚膜主要用于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。其主要不同點在以下三個方面：(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。獲得厚膜的方法有很多：如熱解噴涂和電泳沉積等，而最常用的技術是絲網印刷和刮漿法，這兩種方法在電子工業中得到了廣泛的應用。3.3 線材、帶材

超導材料在強電上的應用，要求高溫超導體必須被加工成包含有超導體和一種普通金屬的復合多絲線材或帶材。但陶瓷高溫超導體本身是很脆的，因此不能被拉制成細的線材。在眾多的超導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滾軋技術制備出帶材的臨界電流密度要高得多。3.4 塊材

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

四、高溫超導材料的應用 綜合目前超導技術的發展情況，超導技術可以在以下行業得到應用和拓展：

4.1電力

超導技術與電力技術的結合將給電力行業的發、輸、配電帶來革命性的改變，電力行業是超導產業最重要的應用場所與市場。超導技術在電力中的應用主要包括：

4.1.1高溫超導電纜

現有電纜的擴容問題一直困擾著城市電力的發展。傳統的城市地下輸電電纜存在著通量小、損耗大、對土壤和地下水有熱污染及油污染、土建費用高等問題，城市電力擴容變得越來越困難。高溫超導電纜具有體積小、造價低、高節能、無污染等優點，具有巨大的經濟效益和環保效益，終將替代傳統電纜。

高溫超導電纜的大規模應用能夠極大地提高電力輸電系統的運行效率，降低運行成本。目前國際上高溫超導電纜的總體發展趨勢是研制大容量、低交流損耗、超長高溫超導電纜。據專家估計，高溫超導電纜最有可能率先實現實用化和商業化。

4.1.2超導電機：

電動機是最常用的電氣設備，但傳統電動機耗電量極大。美國工業界專家估計，1,000馬力以上的工業用電動機大約要消耗美國能源的25%。與常規電機相比，超導電機具有節能性好、體積小、單機容量大、造價及運營成本低、穩定性能好等優點，具有很好的經濟效益和環保效益。供給同樣的功率，超導電機的尺寸是常規電機的1/3，制造成本可降低40%，電流損耗可減少50%，運行成本可降低50%。美國能源部估計，高溫超導電動機的低損耗每年可減少數十億美元的運行費用。

在軍事上戰艦應用高溫超導電機，其艦船體積重量更小，空間布置更靈活，推進系統運行更加可靠，效率更高，控制更方便，調速性能更好，能大大提高隱蔽性，達到高速安靜運行，具有重要的軍事意義。

4.1.3超導變壓器：

常規變壓器有許多缺點，如負載損耗高、重量和尺寸大、過負載能力低、沒有限流能力、油污染及壽命短等。在美國，變壓器的總裝機容量約為總發電量的3-4倍，其電力系統的網損約為總發電量的7.34%，其中25%為變壓器損失。相比較而言，超導變壓器體積小、重量輕、電壓轉換能量效率高、火災環境事故機率低、無油污染等優點，在提高電力系統的可靠性和運行性能、降低成本、節約能源、保護環境等方面有著重要的現實意義。

4.1.4超導限流器：

限流器（FCL）是一種提高電網穩定性的電力設備。隨著社會的發展,對電網的質量要求越來越高，而傳統的限流器很難在短時間內對電網的脈沖電流起到限制作用。高溫超導限流器正好禰補了傳統限流器的缺點，其限流時間可小于百微秒級，能快速和有效地起到限流作用。超導限流器是利用超導體的超導態-常態轉變的物理特性來達到限流要求，它可同時集檢測、觸發和限流于一身，被認為是當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，美國、德國、法國、瑞士和日本等都相繼開展了高溫超導限流器的研究。當前，國際上適應配電系統的高溫超導限流器的技術性能已經接近應用的水平，但大體上仍處在示范試驗階段。

4.1.5超導儲能裝置

超導儲能裝置是利用超導線圈將電磁能直接儲存起來，需要時再將電磁能返回電網或其他負載的一種電力設施。由于儲能線圈由超導線繞制且維持在超導態，線圈中所儲能幾乎無損耗地永久儲存下去直到需要釋放時為止。超導儲能裝置不僅可用于調節電力系統的峰谷或解決電網瞬間斷電對用電設備的影響，而且可用于降低或消除電網的低頻功率震蕩從而改善電網的電壓和頻率特性，同時還可用于無功和功率因數的調節以改善電力系統的穩定性。

4.2醫療

4.2.1核磁共振人體成像儀（MRI）：

MRI是通過探測人體各個器官在磁場下感應出的不同信號來診斷病變的一種設備。傳統的MRI采用常規磁體,磁場小,很難探測到初期的病變，同時，其主磁場處于封閉的磁體空洞內，掃描時需將受檢者置于與外界隔絕的狹小空間，易使人產生幽閉恐怖癥，大大影響了該設備的廣泛應用，低溫超導磁體因此被廣泛應用于MRI中。由于低溫超導的液氦溫度要求，其運行和維護費用很高。一些國家加快了高溫超導MRI的研究，1998年，Oxford磁體技術公司和西門子公司合作研制了一個用于人體MRI的高溫超導磁體。

4.3運輸

4.3.1磁懸浮列車：

隨著國民經濟的發展，社會對交通運輸的要求越來越高，高速列車應運而生。與現有的鐵路、公路、水路和航空四種傳統運輸方式相比，超導磁懸浮列車具有高速、安全、噪音低和占地小等優點，是未來理想的交通工具。

使用Bi系高溫超導線材的超導磁懸浮列車，懸浮間隙大，速度高，相對于低溫超導的磁懸浮列車而言，制冷費用低，制冷設備簡單。英納公司和清華大學應用超導研究中心合作開展高溫超導磁懸浮列車的研究，目前已取得較大突破，并且已經申請了高溫超導磁懸浮專利。4.4 IT行業 4.4.1超導計算機：

高速計算機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會發生大量的熱，而散熱是超大規模集成電路面臨的難題。超導計算機中的超大規模集成電路，其元件間的互連線用接近零電阻和超微發熱的超導器件來制作，不存在散熱問題，同時計算機的運算速度大大提高。此外，科學家正研究用半導體和超導體來制造晶體管，甚至完全用超導體來制作晶體管。4.4.2超導開關：

超導開關可以分為電阻開關和電感開關。電阻開關是利用超導體以下性能：若改變磁場、電流和溫度三個參量的任一個，就可以使它從零電阻態轉變到有阻狀態。例如，用冷子管作開關，就是利用一個完全超導的控制元件所產生的磁場，通過使門元件發生超導---正常轉變來控制門元件的電阻而制成。這種開關的低電阻態為零，高電阻態典型的是毫歐姆數量級，所以，開關比是無限大。電感開關的原理是：不是像線圈、線等電路元件的電感，可用來將靠近它的超導體作正常態和超導態之間的轉變，或移動電路元件附近的超導表面，使它發生相同轉變，制成開關。由于超導體的特殊性能，超導開關的開關速度可達納秒。4.5超導磁分離裝置：

磁分離器在物質的提純、分離方面具有舉足輕重的作用。傳統的磁分離器由于很難產生高磁場，其應用受到了很大的限制。高溫超導線材具有比銅線高100倍的通流能力,用它制成的磁分離器很容易得到高磁場強度和高磁場梯度,解決了許多用傳統磁分離器分離不了物質的分離問題，并且能節約大量能源，與傳統磁分離器相比，節能效率提高90%。我國高嶺土儲量占世界的70%，高溫超導磁分離器的發展將給我國高嶺土工業帶來突破性發展。同時，高溫超導磁分離器能大大提高一次污水處理能力，將給環保工業帶來一場革命。

??綜合以上分析可以看出，超導線材作為一種新型材料，將廣泛應用于國民經濟、軍事技術、醫療衛生和各種高新技術產業的各個領域，其前景有可能如當年的晶體管取代電子管一樣，世界將勢必迎來一個嶄新的超導時代。高溫超導線材及其應用產品有著廣闊的市場前景。

五、目前超導材料研究面臨的問題

超導材料有著廣闊的應用前景，但要用超導材料來改進現有的科技工程又決非易事。科學家和工程師們所遇到的困難是如何使超導材料實用化，即提高臨界轉變溫度、臨界電流密度和改良其加工性能，制造出理想的超導材料。目前面臨的主要問題如下： 5.1提高臨界電流密度

目前，高溫超導材料的最突出的問題是在外加磁場下，臨界電流密度偏低。超導薄膜，一般是在弱磁場中工作，Jc值(～l06A／era)基本可滿足電子器件的要求。但體材和線(帶)材的Jc值還遠未達到實用化所要求的水平，特別是在有外加磁場時，Jc急劇下降。科學家對影響Jc的原因和解決辦法進行了大量研究。許多科學家都認為，影響Jc的主要原因是：(1)晶界間的弱連結；(2)晶粒中的磁力線運動.5.1.1弱連結

造成弱連結的原因及弱連結的性質尚不十分清楚。一般認為是由于生成的晶體結構不佳、在晶界處存在位錯、晶界處化學成份的改變及結晶的細微裂紋等原因使通道上的電流受阻。解決的方法是使結晶沿a—b導電層(CuO2層)的方向擇優生長，采用長時問退火、熔融織構法或定向凝固法等制備大平行板式結晶。這種排成直線的多晶消除了在電流方向上的弱連結，解決了各向異性的問題 5.1.2磁力線運動

增強磁通釘扎力可解決磁力線運動問題。一般來說，有效的磁通釘扎需要有足夠的釘扎中心,其尺寸要與超導相干長度相匹配。增強磁通釘扎力的方法有中子輻照、相分解、引入彌散相、化學摻雜等,其作用都是引入釘扎中心。實驗證明,中子或質子輻照后，Jc可提高幾十倍到近百倍實際上,很難把弱連接和磁通蠕動完壘割裂開來，對于超導實用化來說，都是迫切需要解決的問題。5.2 制備長線材

在實際應用中，超導線材占有很大比重，困此，制備性能滿足要求的高溫超導線(帶)材是重點研究課題之。

陶瓷超導物質的脆性是其固有的特性,但也不是不可克服的。現在常用辦法是將高溫超導粉末裝入有廷性的金屬套管中,然后進行多道次拉拔。一般可采用銅或銀包套,阻銀包套為最佳。因為高溫超導化合物對氧含最十分敏感，在氧氣氛下拉拔，氧氣要通過金屬包套滲透到高溫超導化合物內部。銀的透氣性較好,又有好的延展性,所現在多使用銀套管(或稱銀鞘琺)為了增加韌性,也可以往超導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、化學氣相沉積法等等。所有方法制得的線l材長度都達不到實用化的水平。

隨著長度的增加,高溫超導的Jc降低。同時應該看到,線材的長度不是孤立的問題，它與高溫超導材料的合成、加工、連接等多種因素密切相關。5.3 經濟效益

高溫超導材料研究剛剛起步，經濟效益尚未提到議事日程，而對于實用化來說，經濟效益是必須考慮的問題近兩年超導材料的制備成本已顯著下降，例如，釔系超導薄膜1989年的售價是1000~3000美元/片，現在降到350美元/片； 鉈系超導薄膜的價格從2950美元/cm 2下降到1000美元/cm2，隨之薄膜器件的價格也降低了。總的看來，高溫超導材料仍處于實驗室研究階段,生產技術很不成熟,目前技術改進的著眼點是提高性能指標，而對經濟效益的追求是更遠一些的目標。

六、參考文獻： 李華,胡國程,LI Hua,HU Guo-cheng.超導材料.湖南冶金,2000(5)2 馮瑞華,姜山.超導材料的發展與研究現狀.低溫與超導,2007,35(6)3 談國強.超導材料的發展狀況.佛山陶瓷，2005,5 4 超導材料的應用.內蒙古電大學刊,2004,2 5 石勇.超導材料的制備與特性研究綜述.山西煤炭管理干部學院學報，2006，19 6 楊公安,蒲永平，王瑾菲，莊永勇.超導材料研究進展及其應用.陶瓷，2009(7)7 嚴仲明,董亮，王豫.超導材料在電工領域的應用.電工材料,2007 8 宗曦華,張喜澤.超導材料在電力系統中的應用.電線電纜,2006(5)9 袁冠森.高溫超導材料的實用化的新進展.稀有金屬,1998,22(3)10 錢九紅，袁冠森.高溫超導材料制備工藝的進展.稀有金屬,1998年 22(2)11 李想.我國超導材料發展快步走向實用產業化.稀有金屬快報,2006，25(5)12 錢廷欣,周雅偉，趙曉鵬.新型超導材料的研究進展.材料導報,2006，20(2)13 李想.中國超導材料發展快步走向實用化.稀土信息,2006(5)

第三篇：高溫超導材料的研究與應用 信息檢索答卷

2015—2016學 《Cryogenics and Superconductivity》

基

金：國家磁約束核聚變能研究專項基金（2011GB112001,2013GB110001）;國際合作項目（2013DFA51050）;國家自然科學基金（51271155,51377138）;中央高校基本科研業務費資助項目（SWJTU11ZT31,2682013CX004）;四川省科技計劃項目（2011JY0031,2011JY0130）資助課題

摘要：高溫超導磁體運行過程中,磁體的熱穩定性是磁體能否安全運行和實用化的重要指標。在磁體熱穩定性的相關研究中,超導磁體在運行過程中的交流損耗和熱傳導特性是兩個值得研究的問題。因此,文中運用商業有限元軟件Comsol構造了YBCO高溫超導體的數值仿真模型,通過Comsol中的AC/DC模塊和熱傳導模塊的相互耦合,在給予不同頻率和不同幅值的交變外磁場激勵下,對YBCO高溫超導體在運行過程中的溫升特性進行實時監測和分析,并計算出其交流損耗。為避免超導體失超,保證其安全穩定運行提供一定的指導。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.關鍵詞：高溫超導體交流損耗熱傳導 HTS AC loss Heat transfer 分類號：TM26 [工業技術>電工技術>電工材料>超導體、超導體材料]

日本東京大學發現新的高溫超導體電子結構 收藏本頁導出題錄分享

作

者：楊曉嬋高影響力作者

出

處：《現代材料動態》 2014年高影響力期刊

《Information of Advanced Materials》 摘要：日本東京大學大學院的酒井志朗助教等人對高溫超導體在即將呈現超導性能之前的電子結構有了新的發現。這一研究成果將在很大程度上改變今后高溫超導研究的方向，并有望推進高溫超導材料的開發。物質中存在充滿電子的低能量區域和無電子的高能量區域，此前對高溫超導機理的研究主要是實驗手段及低能量區域的電子結構。

關鍵詞：日本東京大學高溫超導體電子結構高溫超導材料高溫超導機理超導性能研究成果實驗手段

分類號：TM26 [工業技術>電工技術>電工材料>超導體、超導體材料]

學位論文

高溫超導體中局域結構的穩定性對超導電性的影響

銅氧化物高溫超導體被發現后，吸引了大量科研工作者對其進行系統地研究。人們已經積累了很多重要的實驗結果，并在銅氧化物高溫超導體的基本特性上達成了一些共識，但對高溫超導電性機制的研究仍處于不斷爭論和探索的階段。越來越多的實驗證據表明電聲相互作用對高溫超導電性是重要的，因此有必要探索晶體結構對高溫超導電性的影響。高溫超導體的d波對稱性和贗能隙都對電聲相互作用機制提出了新的挑戰。如果電聲相互作用機制是適用的，它應該能恰當地解釋d波和贗能隙的特征。這些特征可能起源于晶體結構強烈的各向異性，尤其是某些特殊的局域結構。因此，本論文主要研究了高溫超導體的局域結構，希望揭示其對高溫超導電性的影響。

本論文首先研究了YBa2Cu3Oy(YBCO)的不同摻雜體系。對平衡雙摻雜的Y1-xSrxBa2-xLaxCu3Oy體系，由于電荷的自補償，該體系的載流子濃度保持不變，因此可以通過它直接探索晶體結構與超導電性的關聯。研究發現該體系的塊間結合能與超導臨界溫度Tc有很好的負關聯效應，說明晶體結構確實對高溫超導電性有重要影響。對Y1-xPrxBa2Cu3Oy(YPBCO)體系的研究發現，在Pr摻雜濃度分別為0.25和0.5時，樣品的Tc對磁場的依賴表現出一定的反常，這可能與此時CuO2面的異常波動有關。通過考慮CuO2面上由相鄰Cu原子和O原子構成的穩定“鐵三角”的集體振動，本文嘗試解釋了YPBCO體系的低頻Raman特性。對七個雙摻雜YBCO體系CuO2面鍵角的分析表明，CuO2面的穩定性會影響超導電性，CuO2面越穩定，越有利于高Tc的保持。對Pr1-xYxBa2Cu3Oy(PYBCO)體系的超導樣品和非超導樣品，以及非超導的Pr1-xCaxBa2-xLaxCu3Oy(PCBLCO)體系的比較發現:在非超導體系中CuO2面鍵角的漲落遠大于超導體系。測量不同體系的Raman光譜，在超導體系中觀察到了與CuO2面鐵三角有關的兩個穩定的聲子。這兩個聲子分別與節點電子態和反節點電子態強烈耦合，而在非超導體系中并沒有發現與它們對應的特征峰。這同樣說明CuO2面局域結構的穩定性的確與超導電性有關。Pr摻雜對CuO2面穩定性的破壞，可能是PBCO體系失去超導電性的原因。

本文同樣系統地研究了不同的Bi-Sr-Ca-Cu-O(BSCCO)摻雜體系。通過對Pb摻雜的Bi2212體系和Bi2223體系的晶體結構包括晶格常數、原子坐標和鍵長鍵角進行精細分析，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構。這說明鐵三角在銅氧化物高溫超導體中是普遍存在的。本文用分塊模型計算了BSCCO體系的塊間彈性模量，研究了其分別隨單胞中CuO2面層數和O摻雜濃度的變化關系，并與相應Tc的變化關系作對比，證明了彈性模量與Tc之間顯著負相關。這說明塊間應力對超導電性有重要影響。塊間應力正是CuO2面具有穩定局域結構的原因，因此CuO2面的穩定性同樣會影響超導電性。

根據YBCO和BSCCO不同摻雜體系的研究結果，CuO2面的穩定性對高溫超導電性有重要影響。本文懷疑銅氧化物高溫超導體中贗能隙的形成可能與CuO2面的穩定性有關，從電聲相互作用的觀點出發提出了一種關于贗能隙起源的猜想。為驗證這一猜想，本文進一步考察了La0.7Sr0.3MnO3(LSMO)的Co摻雜體系。巨磁阻LSMO材料雖然不超導，但是存在與銅氧化物高溫超導體相似的贗能隙。如果高溫超導體中贗能隙起源與CuO2面穩定性有關的猜想是正確的，那么在LSMO材料中應該能夠發現與CuO2面鐵三角類似的穩定局域結構。用常規固相反應法制備摻Co的LSMO體系樣品，用粉末衍射方法測量其XRD譜，通過對其晶體結構的精細分析，發現其中確實存在穩定的局域三角結構。這間接說明高溫超導體中贗能隙的起源的確與CuO2面的穩定性有關。

總之，本論文對不同的銅氧化物高溫超導材料，以及與高溫超導體具有相似贗能隙的非超導材料的研究，證明了銅氧化物高溫超導體中局域結構的穩定性對超導電性有重要影響，可能是贗能隙形成的原因。對其進行更深入的研究將有助于對高溫超導電性機制的最終理解。

作者： 郭超群

學科專業： 凝聚態物理 授予學位： 博士 學位授予單位： 北京大學 導師姓名： 張酣 學位：

2014 語種： chi 分類號：

TM262 關鍵詞： 銅氧化物高溫超導體超導電性贗能隙電聲相互作用局域結構穩定性

銅氧化物高溫超導體的點接觸隧道譜研究

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

1.根據超導體的基本性質和點接觸隧道譜的原理，采用擴展的BTK理論對實際測量的點接觸隧道譜線進行擬合，得到超導能隙的信息。

2.銅氧化物高溫超導體鑭鍶銅氧(LSCO)和釹鈰銅氧(NCCO)的點接觸隧道譜研究。發現電流達到臨界電流值時電導譜線存在跳變，這與傳統超導體中遇到的問題類似，通過減去臨界電流附近突變產生的電阻值，修正后的Ⅳ曲線能很好地與BTK理論擬合的數據重合，這為今后處理類似問題提供了一種比較可靠的解決方法。

3.搭建了高精度點接觸隧道譜儀。依據點接觸隧道譜儀工作原理，采用商業的壓電陶瓷慣性步進電機、數據采集系統和溫控系統，設計出點接觸隧道譜儀的構架，然后進行材料選取、圖紙繪制、委托加工，以及測量的程序編寫（利用Labview軟件），最后進行組裝調試，并摸索制備針尖的工藝。

作者： 江浩

學科專業： 凝聚態物理 授予學位： 碩士

學位授予單位： 云南大學 導師姓名： 張晉單磊 學位：

2014 語種： chi 分類號：

O511.4 關鍵詞： 點接觸隧道譜

Andreev反射銅氧化物高溫超導體零偏壓電導峰

科技成果

高溫超導體的電子結構研究 成果信息 項目編號 1400580039

封東來謝斌平完成單位 復旦大學 完成人 申報信息 鑒定日期 公布年份

2013 學科分類號

O492.1 O511 關鍵詞 性

成果簡介 高溫超導電性一直是凝聚態物理最前沿的科學問題之一，對它的理解將極大加深項目組對凝聚態物理的認識，并有著重...銅氧化物高溫超導體的理論研究 成果信息 項目編號 1400201379

黃忠兵林海青 銅氧化物高溫超導體鐵基高溫超導體電子結構高溫超導電完成單位 湖北大學香港中文大學 完成人 申報信息 鑒定日期 公布年份

2012 學科分類號

TM262 關鍵詞 銅氧化物高溫超導體晶格系統凝聚態物理學

成果簡介 “銅氧化物高溫超導體的理論研究”屬于凝聚態物理學中的超導物理和強關聯物理范疇，也是該領域的前沿研究課題。該...專利

用重離子輻照提高GdBaCuO高溫超導體性能的方法

本發明提供了一種利用重離子輻照提高GdBaCuO高溫超導體性能的方法，該方法能大幅提高高溫超導材料的磁化強度。該方法包括使用重離子輻照裝置對熔融織構單疇GdBaCuO高溫超導材料進行重離子輻照，輻照所......專利類型： 發明專利

申請（專利）號： CN200910242000.1 申請日期： 2009年12月18日 公開(公告)日： 2010年6月23日 公開(公告)號： CN101747086A 主分類號： C04B41/80,C04B41/00,C,C04,C04B,C04B41 分類號： C04B41/80,C04B41/00,C,C04,C04B,C04B41 申請（專利權）人：

北京有色金屬研究總院

發明（設計）人： 焦玉磊,肖玲,鄭明輝

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用摻雜低溫燃燒合成法制備的Gd211相提高GdBaCuO高溫超導體性能的方法，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......專利類型： 發明專利

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北京有色金屬研究總院

發明（設計）人： 焦玉磊,肖玲,鄭明輝,馬小海,宿新泰,燕青芝,葛昌純

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本發明提供一種摻雜BaCeO3提高GdBaCuO高溫超導體性能的方法，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％，經高速振......專利類型： 發明專利

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北京有色金屬研究總院

發明（設計）人： 焦玉磊,肖玲,鄭明輝

外文文獻 Application of high temperature superconductors for fusion 高溫超導體在聚變中的應用

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

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)關鍵詞 fusion magnetsDEMOcurrentleadshigh temperature superconductorITERW7-X 正文語種：eng

Two classes of superconductors discovered in our material research: Iron-based high temperature superconductor and electride superconductor 研究中發現的兩類超導材料：鐵基高溫超導體和電子超導體 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程中，我們發現了2類超導體。

出版源《Physica C Superconductivity》, 2009, 469(s 9–12):314-325 關鍵詞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用的高溫超導體的發展前景 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.在過去幾年中，第二代高溫超導體的研究進展是驚人的 出版源《Fusion Engineering & Design》, 2013, 88(6-8):440–445 關鍵詞High Temperature Superconductor / HTS / High current cable / Fusion / Magnet

5.文獻綜述 本文主要闡述了超導體研究的發展以及超導材料在現實生活中的應用，以及未來的發展展望。本文將著重講述高溫超導材料及其應用。

關鍵詞：超導高溫超導體超導的應用

材料的電阻隨著溫度降低而減小并最終出現零電阻的現象被稱為超導現象。這類材料被稱為超導材料。超導體所具備的獨特的零電阻效應、邁納斯效應、約瑟夫森效應和同位素效應使其有廣泛的應用價值，使人們超遠距離無損耗傳輸的夢想成為現實。１高溫超導材料

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

由于超導體嚴格的低溫要求，其在日常生活中的應用嚴重受限制。故超導體尚未達到大規模應用水平。

目前高溫超導體在強電領域的應用主要有電線引流，輸電電纜，磁體［３］故障限流器，變壓器等。

在弱電領域的應用主要有超導量子干涉儀，高溫超導濾波器等［４］ ３結語

高溫超導材料的發展逐漸步入成熟，即將進入大規模應用和產業化的時代。其在軍工，醫療，通訊等領域都有著廣泛的應用前景。可以預見，高溫超導在未來將占據極其重要的地位。

參考文獻

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第四篇：國內外高溫超導材料的研究發展概述（小編推薦）

國內外高溫超導材料的研究發展概述

***（材料科學與工程學院，中國計量學院，浙江 杭州，310018）

摘 要

超導材料技術是21世紀具有戰略意義的高新技術，極具發展潛力和市場前景。本文主要從美國、日本、歐洲國家、韓國等國外國家的相關研發計劃、政策以及主要科研機構的研發概況出發，結合中國發展現狀闡明目前國內外超導材料技術的研究政策和方向。

關鍵詞：超導材料技術；超導計劃；超導應用；超導發展；研究方向 中圖分類號： 文獻標識碼： 文章編號：

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

超導材料技術是二十一世紀具有戰略意義的高新技術，極具發展潛力和市場前景。世界各發達國家政府紛紛制訂相關計劃和加大研發投資，積極開展超導材料技術開發和應用。美國、歐洲各國、日本、韓國和中國都競相開展高溫超導電纜、超導故障限流器、超導變壓器、超導電機和超導儲能裝置等的研究，競爭十分激烈。超導材料技術的發展趨勢是不斷探求更高溫度的超導體，實現高溫超導材料產業化，使超導材料技術應用更加廣泛，主要包括能源、交通運輸、電子技術、醫療衛生、軍事、重大科學裝置等領域，也必將引起這些領域的重大變革。

在國際上超導材料具有巨大的市場空間，我國政府和相關行業也將目光投向這一高科技含量的領域，在我國2006~2020年中長期科技發展規劃中，高溫超導技術被列為前沿技術被列為新材料技術的發展方向之一。高溫超導材料的發展歷史

1911年，荷蘭萊頓大學的卡林·昂尼斯意外地發現，將汞冷卻到-268.98℃時，汞的電阻突然消失；后來他又發現許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性，由于它的特殊導電性能，卡末林·昂尼斯稱之為超導態。

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

圖1超導材料的發展歷程

1986年超導材料的研究取得了突破性進展，IBM瑞士研究中心J.Georg.Bed-norz和K.Alexaner.Mueller發現了超導轉變溫度為35K的La-Ba-Cu-O，鑭系）高溫氧化物超導體。鑭-鋇-銅-氧（氧化物的發現引發了世界范圍內研究超導材料的新熱潮。1年后，即1987年，美國科學家朱經武和中國科學院趙忠賢院士發現了材料臨界轉變溫度（Tc）達到90K以上的釔-鋇-銅-氧（Y-Ba-Cu-O，簡寫YBCO）化合物，至此，超導材料的研究進入了液氮溫區。隨后短短的數年內，人們又相繼發現了稀土系（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）等氧化物超導材料，在加壓條件，Hg-Ba-Ca-Cu-O氧化物的最高Tc可達160K。這類氧化物超導材料的臨界轉變溫度遠高于25K，可以工作在廉價的液氮（Tc為77K，價格1元/L）環境中，所以這類氧化物超導材料被稱為高溫超導材料。到目前為止，發現的5000多種超導材料中，高溫超導材料約有50多種，但是研究較多的是鑭系、稀土系、鉍系、汞系、鉈系和新型超導體二硼化鎂（MgB2，Tc為39K）6類材料。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，東京工業大學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換成氟離子，它就開始表現出超導性，并且在26K時具有超導特性。同年，中科院物理所科研小組報告，鍶摻雜錮氧鐵砷化合物的超導臨界溫度為25k，該發現最大的意義在于實現了高溫超導基礎研究領域上新的突破，為新型高溫超導研究指明了一個新的方向，新的鐵基超導材料將激發物理學界新一輪的高溫超導研究高潮。國外高溫超導體的發展現狀

目前，高溫超導材料已進入實用化的研究開發階段，氧化物復合超導材料的耐用和穩定性引起材料科學家的廣泛重視。下文將對國外的有關研究進行概述。2.1 美國超導材料技術

2006年6月美國能源部DOE發布了超導技術基礎研究需求報告，指出超導技術在應用、渦旋物質（vortexmatter）超導理論、新現象和超導材料5個方面的基礎研究挑戰，明確了新超導體的探索與發現、原子級超導體的結構與性能控制、優化超導材料輸電能力、理解和開發競爭電子相、超導性能與超導體理論預測、揭示高Tc超導性的基本理論、發展渦旋物質科學等未來7個優先研究方向，以及合成、表征、理論集成新工具和超導利用新能材料2個交叉研究方向。表1為美國超導技術基礎研究現狀與挑戰[15]。

表1 超導技術基礎研究現狀與挑戰

基礎研究

? ? 目前現狀 銅酸鹽超導體

涂層導體制備 YBCO涂層 MgB2

釘扎渦旋和弱鍵連固態渦旋物質釘扎 輸電能力限制 結構渦旋變換 MgB2雙超導能隙 渦旋中心微觀理論

?

挑戰

第二代導體研究與開發 ?

更高的臨界電流、交流電損失 ?

沉積動力學與反應 ?

低溫學支撐技術研發:冷藏系統、低溫電介質、低能電子學 ?

發展交流電磁場下渦旋玻璃態理論

? 超導應用 ?

?

?

接

?

發展渦旋釘扎微觀理論

渦旋物質

?

?

?

?

了解各界面和斷層處渦旋釘扎行為 ?

開發新方法增強渦旋釘扎，提高臨界電流密度達到理論極限 ?

理清累積釘扎效應性能 ?

了解極高超臨界電流下渦旋電氣力學 ?

自組裝納米周期陣列設計，實現高密度一對一渦旋釘扎方案

?

表1（續）超導技術基礎研究現狀與挑戰

基礎研究 渦旋物質 ?

目前現狀

?

未來超導體的渦旋性能

?

? ? ? ? ? ? 超導理論

挑戰

利用鐵磁缺陷設計磁性釘扎方案 開發新一代成像工具，如洛倫茲顯微鏡、磁力顯微鏡等 超導BSC理論

超導態:電子對相干態 將電子結合成對的超導膠 提高Tc:尋找不同的超導膠 探索臨界溫度的基本限制 檢測新型超導體的新工具，如掃描隧道顯微鏡、光傳導、角分辨光電子譜、非彈性中子散射光譜 贗隙相性質

超導渦旋中心的電子態

平面隧道和Andreev反射光譜學 高臨界場是否適于電子對分離 量子相轉變作用 量子物質新興形態 新興實驗技術 電磁磁化綜合制圖 原子尺度電磁結構成像

電子與電子對動力學過程與作用 新型超導體探索中的理性設計 新型合成方法 納米尺度超導結構

? ?

? 新型超導體

? ? ? ? ? 新現象

高溫超導體 ? ? ? ?

?

超導材料 ? ? 探索新型超導體 材料先進合成技術 納米超導材料

? ? ?

2003年7月，DOE在公布的《Grid 20300A National Vision for Electricityps Second 100 Years》報告中，把高溫超導技術列為美國電力網絡未來30年發展的關鍵技術之一。該報告制訂了2010年、2020年和2030年美國在電力方面高溫超導的發展目標，2010年前驗證超導技術主干輸電網絡的可行性，實現10英里長多相超導電纜應用；2020年前HTS發電機、變壓器和電纜方面取得重要進展，并實現長距離超導傳輸電纜應用；2030年前建成國家超導主干輸電網絡。2.2 日本超導材料技術的發展

日本超導材料技術的發展一直在國際上處于先進地位。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）計劃，其長期目標是發展超導電動機及相關的電力應用。1988年，日本成立了國際超導產業技術研究中心（In-ternational Superconduc tivity Technology Center ISTEC），致力于超導技術的調查研究和基礎研究開發，并積極促進超導材料技術的國際交流。超導研究開發預算由日本新能源產業綜合技術開發機構NEDO下的新能源技術發展部所控制，但其中大部分的預算均用于電力和電子應用的研究開發中。這表明日本政府在超導方面投入了相當大的精力，NEDO對超導技術研究項目進行大力支持，近年其開展的超導技術研究項目見表2。

表2 日本超導材料技術主要研發機構及其研發方向

研發機構

物質材料研究機構超導材料中心

產業綜合技術研究所能源技術研究部超導技術研究小組 國際超導產業技術研究中心 理化學研究所

電報電話公司基礎研究實驗室超導量子物理研究小組 高亮度光科學研究中心Spring-8加速器部門

2.3 歐洲超導材料技術的發展

主要研發方向

新超導體探索、金屬和氧化物超導體高品質導線開發、高品質超導材料制備分析、新超導器件的開發、SQUID的開發與應用、高場超導磁鐵開發與應用等

高溫超導氧化物應用、大面積超導氧化物薄膜、故障限流元件、超導薄膜限流器

超導塊材、帶材、線材、涂層導體、低溫超導器件實驗技術的研發，超導技術國際交流與合作，超導標準化等

超級計算機、加速器等科學裝置 超導磁通量子

超導扭擺器（wiggler）

歐洲為促進超導電力技術和超導材料技術的發展，歐洲國家應用超導聯盟（The Consortium of European Companies Determined to Use Superconductivity, CONECTUS）成立于1994年，是一個非營利性的組織，領導歐洲公司全面超導技術商業化，促進歐洲經濟和社會發展。

1998年，歐洲基金會ESF（European Science Foun-dation）發布了極端尺度和條件下超導渦旋物質項目計劃。該計劃涉及15個歐洲國家、68個研究團隊。NES綜合研究設施和技術包括5個層次，第一層為現代樣品制備和納米結構技術；第二層為渦旋可視化局部探針技術和納米尺度冷凝物波動函數成像；第三層為下一代共享研究設施；第四層為新應用開發的實驗平臺；第五層為理論方法和技術。大部分的超導研發資助還是來自歐盟各國家項目，主要是在德國、意大利、西班牙、荷蘭和英國等。2.4 韓國超導材料技術的發展 韓國政府在啟動21世紀前沿研發計劃（21C FrontierR&D Program）中，明確表示選擇一些高新技術與產業，加大力度開發，以期望得到快速發展。2001年7月韓國科技部成立超導應用技術中心（Center for Applied Superconductivity Techn-ology，CAST），主要任務就是發展、促進和利用商業化超導技術，負責管理“應用超導技術發展先進能源系統計劃”DAPAS（Development of Advanced Power System by Applied Superconductivity Tech-nologies）的實施。

DAPAS計劃在2011年前發展和商業化HTS，以及超導地下電纜、變壓器、限流器、馬達等超導能源設備，為社會貢獻一個環境良好、能源損耗小且高等級信息社會的能源架構體系。DAPAS計劃確定了未來發展階段目標：2001-2003年為核心技術開發階段，發展HTS電纜和系統技術；2004-2006年為預商業化階段，改進第一階段技術，發展原型設備；2007-2010年為商業化階段，進行現場測試，發展商業化工業技術。表3為DAPAS工作分工、DAPAS計劃發展路線圖。

表3 DAPAS計劃工作

種類 項目 電纜 變壓器 限流器 馬達 數字邏輯器 HTS-PLT線材 HTC-CC線材

參與單位 KERI 韓國理工學院 韓國電力研究院（KEPRI）

KERI

韓國光技術院（KOPTI）KERI/韓國機械與材料院

（KIMM）KERI/韓國原子能研究院

（KAERI）Neuros公司 Gyeongsang大學

韓國基礎科學研究院（KBSI）

KERI 超導電力設備

超導數碼設備

超導通用技術 低溫技術 絕緣技術

HTS線圈理論技術（如連接、交流損耗等）電力系統應用技術 國內的高溫超導材料開發進展

3.1 我國在超導領域地位的國際比較

我國在超導研究，特別是高溫超導領域處在世界前沿，在1987年在銅氧化物超導體的時候，中國當時就是世界領先。2008年鐵基超導體從日本開始。最后中國科學家取得鐵基超導研究在世界的領先地位；但在整體水平上，包括應用物理方面的研究，還有一定差距。但是盡管有差距，很有潛力在國際上能夠走在前面的[3]。

在國家“863”專項計劃及產業政策的扶持下，我國在超導帶材制備、超導強電應用、超導弱電應用方面積累了大量的經驗，并取得了一定成果，部分領域還建立了相關示范線。我國超導技術發展歷程中，具有里程碑式意義的事件有：

① 2001年12月1日，我國首條鉍（Bi）系高溫超導帶材生產線在北京英納超導技術有限公司正式投產，標志著我國在一代Bi系高溫超導帶材產業化方面已達到國際領先水平；

② 2004年4月19日，由北京英納超導技術有限公司和云南電力集團主導的33.5m、2kA/35kV三相交流電纜在昆明普吉變電站掛網運行，這是我國第1組并網運行的超導電纜，也是世界第3組超導電纜；

③2004年12月，75m、10.5kV/1.5kA三相交流超導電纜在甘肅省白銀市完成了安裝、調試和并網運行，此高溫電纜項目由中國科學院電工研究所牽頭，甘肅長通電纜科技股份有限公司參與超導電纜的制作；

④2008年1月7日，由北京英納超導技術有限公司參與研制的35kV/90MVA超導限流器樣機（飽和鐵心型）在云南普吉變電站進行了掛網試運行；

⑤2011年2月，國內首個超導變電站在甘肅白銀建成，在同年4月正式投入運行，該變電站包含了高溫超導電纜、高溫超導儲能系統、高溫超導變壓器和高溫超導限流器，代表了我國超導技術的最先進水平，創造了多項第一；

⑥2012年1月7日，國家電網天津電力公司首臺高溫超導限流器（220kV/800 A）在天津石各莊調試完畢并運行，北京英納超導技術有限公司和天津市百利電氣有限公司共同參與了該項目。3.2 對當前我國超導技術發展的認識 3.2.1 整體技術水平與國際相比仍有很大差距

我國已經實現了Bi系高溫超導帶材的的產業化，也建立了多條超導示范線，為我國超導產業的發展奠定了基礎。但從整體技術水平看，與國際差距仍然很大，尤其是在長距離二代超導帶材的制備、超導電流引線、超導電動機、低溫制冷技術和終端接頭技術等方面[6]。3.2.2 原始創新成果較少

我國在超導領域缺少原始創新，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新突破。盡管近幾年我國超導領域取得了快速發展，論文和專利數量也有了較大增長，但在原創性及基礎研究領域和產業化方面與發達國家相比仍有很大差距。

3.2.3 超導產業發展面臨新的機遇和挑戰 2012年2月22日，《新材料產業“十二五”發展規劃》出臺，明確提出超導材料作為新材料產業重點發展的方向之一，超導材料迎來了新的發展契機。強電領域是超導技術應用的一個重要方向，隨著“智能電網”建設正式寫入“十二五”規劃，對現代電網運行的穩定性、安全性、經濟性和電能質量有了新的要求，超導技術成為可能解決以上問題的方案之一。另一方面，電網的復雜性，也為超導技術應用提出了新的挑戰。3.3 對我國超導技術發展的建議 3.3.1 繼續加大政府扶持力度

政府的推動作用是無可替代的，尤其是在超導產業處于規模化前夕這一關鍵時期。從發達國家發展經驗可以看出，政府在其中都起到了重要的引導和扶持作用，尤其是資金上的扶持極為重要。日本新能源和工業技術發展組織，1999-2008年期間累計投入626億日元，開展高溫超導電纜、變壓器、飛輪儲能、發電機、故障限流器等方面的研發工作，其中材料與設備的開發幾乎占了總投入的一半；韓國政府耗資1.44億美元發展高溫超統。我國在“十二五”期間，政府在加大政策扶持力度的同時，應增加經費的投入比例，爭取在已有工作的基礎上，把握機遇，以期在國際競爭中縮小差距。

3.3.2 以國家政策為先導，調動地方政府積極性

超導產業的發展，除了需要國家政策的扶持外，調動地方政府的積極性也是非常重要的，因為地方政府在資源協調方面有著獨特優勢。以國家政策為方向，明確發展重點，有助于超導產業的加速發展。如我國第一條超導電纜及首座超導變電站，都是在地方政府的支持下才順利實現了試運行。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，聯合上海市電力公司、上海交通大學、上海大學、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電纜產業化及工程應用產業技術創新戰略聯盟，明確以工程化、產業化為目標，重點發展超導電纜等相關超導電力應用技術和第2代高溫超導帶材。以聯盟為支撐，上海交通大學李貽杰教授成功研發了百米級2代高溫超導帶材，填補了國內空白。

3.3.3 繼續加大產學研合作力度，鼓勵企業進入超導產業

超導產業是一個高技術、高風險、高投入、前景好但回收周期長的高新技術產業。過去，研發主體（或參與者）主要是中國科學院、清華大學等有實力的科研院所和高校，經費來源單一，基本是來自于政府撥款，資金有限。研究方向也主要側重于基礎研究，即使取得了成果，也難以進行中試乃至產業化。另一方面，企業產品雖接近市場，資金實力強，但研發實力薄弱。若將產學研三者聯合，各自發揮優勢，使得研發與市場緊密結合，優勢互補，必有助于推進超導技術的研發和產業化進程。此外，企業進入超導產業有其獨特的優勢，一方面可以參與超導項目的研發，另一方面又可為項目的產業化提供后備保證。現代企業已經深深意識到超導產業的巨大商業價值和開發前景，國內企業已經開始蟄伏超導產業，提前布局，搶占市場先機。結語

超導技術在交通、能源、電力等領域有廣泛的應用前景和巨大的市場價值。美國科學家認為，超導技術就像半導體一樣會引起社會工業的巨大變革。但從目前來說，超導技術并不具備規模化的條件，還有很長的路要走。據估計，超導技術實現產業化，至少還需要5～10年的時間。在這期間，如何把握機遇、推進超導技術的發展和產業化、參與國際競爭，是政府、企業和無數科研工作者需要思考的戰略性課題。

致謝

在論文撰寫過程中，我得到了江老師的熱情幫助。她為人隨和熱情，治學細心嚴謹，而且還很關心我們。在論文的寫作和措辭等方面她也總會以“專業標準”嚴格要求我們，從選題、定題開始，一直到最后論文的反復修改、潤色，江老師始終認真負責地給予我們深刻而細致地指導，幫助我們開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。正是老師的無私幫助與熱忱鼓勵，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，還要感謝學校圖書館這個平臺，它為我們查閱文獻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者，本文引用了數位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發，我將很難完成本篇論文的寫作。

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第五篇：優質高產大豆育種研究新進展

優質高產大豆育種研究新進展

農作物新品種在農業各項增產措施中占有較大的比重。“十五”以來，我們在培育優質高產大豆新品種方面取得了突出的研究進展，實現了“多出品種”、和“出好品種”的育種目標。我們運用高效育種技術（主要包括廣泛利用國內外資源材料、多種方法創造豐富的變異后代、擴大育種群體規模、生物新技術的運用、目標性狀的有效鑒定與篩選、異地加代與穿梭育種、及時升級試驗與區試報審等），在原來工作基礎上僅用四年時間（2001—2004年）共育成10個優良大豆新品種，包括2004年審定1個（科豐17號—北京市審定）、2003年審定3個（科豐14號—國家審定，科新7號—北京市審定，科新8號—北京市審定）、2002年審定3個（科新4號—北京市審定，科豐15號—天津市審定，科豐37號—天津市審定）和2001年審定3個（科新3號—國家審定，科新6號—北京市審定，科豐53號—天津市審定）。其中一些品種正在生產上擴大示范推廣。這些大豆新品種的共同特點是品質優良和產量高（比區試對照品種的增產幅度在6%—25%），優質主要表現在籽粒商品性好（粒大均勻、黃種皮、淺種臍）和蛋白質含量高(42.2%—49.98%)，而且脂肪含量也不低(18.6%—21.0%)，很受農民和加工企業的歡迎, 也符合外貿出口標準。在這10個新品種中，就百粒重而言：≥25克的有5個（科豐14號、科豐15號、科豐17號、科豐53號、科新6號）、≥22克的有8個，而≤20克的只有2個（科新7號、科新8號）；在蛋白質含量方面：≥45%的有4個（科新3號、科新6號、科豐14號、科豐53號）、≥42%的為全部10個品種。這些優良新品種的推廣應用對我國優質大豆產業的發展將產生重要的推動作用。

關鍵詞： 大豆新品種 大粒 高蛋白 育種研究 進展