淺談超導(dǎo)體的應(yīng)用前景

【摘 要】本文簡要的介紹了超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)發(fā)展?fàn)顩r，并對超導(dǎo)體的應(yīng)用前景做了展望，主要介紹了超導(dǎo)體在電力技術(shù)領(lǐng)域，磁體技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用問題以及高溫超導(dǎo)材料走向?qū)嵱玫确矫妗?/p>

【關(guān)鍵詞】超導(dǎo)體；超導(dǎo)磁性；超導(dǎo)材料；高溫超導(dǎo)材料；超導(dǎo)懸浮列車

一、超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)

本世紀(jì)初，純金屬電阻在低溫下突然失去電阻情況進(jìn)入了人們的研究視線。1911年，荷蘭萊登實驗室在昂尼斯的指導(dǎo)下對汞進(jìn)行低溫電性研究，發(fā)現(xiàn)汞的電阻在4.2K左右會突然消失——此即為超導(dǎo)材料的零電阻性。此后，德國物理學(xué)家奧森費爾德和邁斯納于1933年發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)材料的又一特性——不允許外磁場穿過超導(dǎo)材料的完全抗磁性。由此，人們完全認(rèn)識了超導(dǎo)的兩大特質(zhì)：零電阻性和抗磁性。

二、超導(dǎo)體的應(yīng)用前景

（1）超導(dǎo)體在電力技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。一是超導(dǎo)輸電，使用無電阻損耗的超導(dǎo)線材取代常規(guī)電纜中的銅或鋁導(dǎo)線來輸電，輸電損耗不及常規(guī)地下電纜的20％。目前國際上高溫超導(dǎo)體的電力電纜的研究發(fā)展較為迅速，高溫超導(dǎo)電纜的優(yōu)越性在于：輸電密度高，體積小，損耗低，質(zhì)量輕，載流大，壽命長，技術(shù)比較成熟。目前，高溫超導(dǎo)電纜在國外已進(jìn)入大規(guī)模實用驗證階段。二是超導(dǎo)電機，超導(dǎo)電機的優(yōu)勢是顯而易見的。其尺寸僅為常規(guī)電機的1/3，制造成本、運行成本、電流損耗均可降低一半，降溫運行則可節(jié)省更多。世界上目前的研制目標(biāo)主要在750KW以上的大功率的馬達(dá)市場。三是超導(dǎo)變壓器，利用超導(dǎo)材料制成以提高能效并減少電力傳輸損失的變壓器，與常規(guī)浸油變壓器相比，超導(dǎo)變壓器無油運行具有質(zhì)量輕、體積小、過載能力強、運行阻抗小、總損耗小、降低故障沖擊、改善電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性避免火災(zāi)和環(huán)境污染，提高電力系統(tǒng)的有效功率和節(jié)約成本等優(yōu)勢。（2）超導(dǎo)體在磁體技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。一是超導(dǎo)懸浮列車?，F(xiàn)在德國、日本等發(fā)達(dá)國家已成功研制出磁懸浮交通工具──超導(dǎo)懸浮列車。超導(dǎo)懸浮列車具有許多的優(yōu)點：導(dǎo)軌與機車間不接觸，無摩擦，時速是我國普通列車的5倍之多；能源消耗低；噪聲??；污染小，無廢氣且維修簡便，成本低，可靠性大，是一種應(yīng)該大力提倡的綠色環(huán)保交通工具。二是超導(dǎo)磁性儲能。利用超導(dǎo)材料可制成高效儲能設(shè)備，超導(dǎo)磁性儲能系統(tǒng)在不降低電源質(zhì)量的情況下可用于均衡電力負(fù)載，對電源的不同要求可迅速連續(xù)作出響應(yīng)，改進(jìn)電源的質(zhì)量和可靠性，提高電網(wǎng)能力。三是超導(dǎo)磁懸浮軸承。是利用磁力作用將轉(zhuǎn)子懸浮于空中，使轉(zhuǎn)子與定子之間沒有機械接觸的無摩擦磁懸浮軸承。具有免維護(hù)、機械磨損小、高轉(zhuǎn)速、高精度、低能耗、動力學(xué)特性好、壽命長、噪聲小、無需潤滑、無油污染等優(yōu)點，特別適用于高速、真空、超凈等特殊環(huán)境中，例如高速離心機、航空陀螺儀、飛輪儲能等。（3）高溫超導(dǎo)材料走向?qū)嵱??？茖W(xué)家將臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc高于液氮溫度（77K）的超導(dǎo)材料稱為高溫超導(dǎo)材料，高溫超導(dǎo)材料的開發(fā)研究處于物理學(xué)和材料科學(xué)的前沿領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景和帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，世界各國均集中了大量人力，物力和財力，用于開發(fā)新的高溫超導(dǎo)材料。日本成功開發(fā)的70兆瓦高溫超導(dǎo)體發(fā)電機與現(xiàn)在的火力發(fā)電相比，其發(fā)電效率提高99％，損耗降低2/3，重量減少1/3。日內(nèi)瓦的電網(wǎng)已接入了世界上首臺高溫超導(dǎo)變壓器。美國成功研制的高溫超導(dǎo)體電線，每平方厘米截面能通過6.6萬安培電流，為相同截面積銅質(zhì)導(dǎo)線132倍，具有輸電能力強，容量大，損耗小，重量輕等特點。目前超導(dǎo)作磁共振影像診斷裝置（MRT）已廣泛應(yīng)用于臨床，另外有關(guān)軍事上應(yīng)用的超導(dǎo)能量儲存系統(tǒng)和能把熱核等離子體封入磁場內(nèi)的超導(dǎo)線圈等也在開發(fā)研制之中。

三、結(jié)語

超導(dǎo)材料從它被發(fā)現(xiàn)之日，就向人類展示了誘人的應(yīng)用前景。目前，超導(dǎo)材料正處于研究向?qū)嵱玫倪^度階段，隨著高溫超導(dǎo)材料的研發(fā)成功，也有可能向產(chǎn)業(yè)化階段轉(zhuǎn)變。超導(dǎo)材料技術(shù)的重大的應(yīng)用發(fā)展?jié)摿υ诤艽蠓秶鷥?nèi)被人們挖掘，未來可用于解決交通、醫(yī)療、信息、能源和國防科技中的重要問題，尖端技術(shù)中也將越來越多地應(yīng)用超導(dǎo)材料。一方面超導(dǎo)器件具有一般電子器件所不具有的高速處理功能及微弱磁場的感知性，另一方面超導(dǎo)材料優(yōu)于傳統(tǒng)磁性材料的特性，在保護(hù)環(huán)境、節(jié)能、潔凈化等方面也具有很大的優(yōu)勢。21 世紀(jì)，超導(dǎo)及其相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用方面必將對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要的推動作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]葉良修．半導(dǎo)體物理學(xué)[M]．高等教育出版社，2007．ISBN：978704

0225075（110～122）

[2]楊軍．超導(dǎo)電性的研究及成用[J]．現(xiàn)代物理知識．2004，16（5）：28～31

[3]陳艷．超導(dǎo)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J]．科技咨詢．2006（31）：15～16

[4]馮瑞華，姜山．超導(dǎo)材料的發(fā)展與研究現(xiàn)狀[J]．低溫與超導(dǎo)．2007，35（6）：520～526