超導現象與超導材料是近代物理學最重要的發現之一，由于其巨大的科學和實際應用價值，經過科學家們不懈地探索研究，已經取得令人振奮的成果，成為電子材料百花園中一朵瑰麗的新花。
    1．超導材料的定義
    超導材料( super conducting material)是指在一定的低溫條件下呈現出電阻等于零以及排斥磁力線的性質的材料。現已發現有28種元素和幾千種合金和化合物可以成為超導體。
    2．超導材料的特性
    超導材料和常規導電材料的性能有很大的不同，主要有以下性能。
    1)零電阻性
    1911年物理學家發現，汞在Tc=4.2K時，其電阻率p→0，汞的這種現象稱為超導現象。Tc稱為轉變溫度。
    此后，科學家又陸續發現其他材料在某個轉變溫度下也具有同樣的零電阻特性，例如，鈮(Nb)的轉變溫度為9.2K，他合物氮化鈮(NbN)的轉變溫度為14. 7K，鈮三鍺(Nb3Ge)的轉變溫度為23.2K。
    超導材料處于超導態時電阻為零，能夠無損耗地傳輸電能。如果用磁場在超導環中引發感生電流，這一電流可以毫不衰減地維持下去。這種“持續電流”已多次在實驗中觀察到。
    2)完全抗磁性
    超導材料處于超導態時，只要外加磁場不超過一定值，磁力線不能透入，超導材料內的磁場恒為零。超導材料的這種抗磁性又稱為邁斯納效應，如圖4.2.8所示。

                     
    3)約瑟夫森效應
    約瑟夫森(Josephson)效應是電子能通過兩塊超導體之間薄絕緣層的量子隧道效應。
    把兩塊超導體通過一絕緣薄層（厚度為10A左右）連接起來，絕緣層對電子來說是一勢壘，一塊超導體中的電子可穿過勢壘進入另一超導體中，這是特有的量子力學的隧道效應。當絕緣層太厚時，隧道效應不明顯；太薄時，兩塊超導體實際上連成一塊，這兩種情形都不會發生約瑟夫森效應。絕緣層不太厚也不太薄時稱為弱連接超導體。兩塊超導體夾一層薄絕緣材料的組合稱為S-I-s超導隧道結或約瑟夫森結。約瑟夫森效應應用的實例之一就是利用約瑟夫森結制成的約瑟夫森器件，這種器件具有開關速度快、功耗低等特點，可組成性能優良的計算機元件。
    4)同位素效應
   超導體的臨界溫度Tc與其同位素質量M有關。M越大，Tc越低，這種現象稱為同位素效應。例如，原子量為199.55的汞同位素，它的Te是4.18K；而原子量為203.4的汞同位素，Tc為4.146K。

    3．超導材料的分類
    超導材料按其化學成分可分為超導元素、合金材料，、超導化合物和超導陶瓷。
    (1)超導元素：在常壓下有28種元素具有超導電性，其中鈮(Nb)的Te最高，為9.26K。電工中實際應用的主要是鈮和鉛（Pb, T_C=7.201K），已用于制造超導交流電力電纜、高Q值諧振腔等。
    (2)合金材料：在超導元素中加入某些其他元素作合金成分，可以使超導材料的性
    能提高。例如，鈮加入鋯形成的鈮鋯合金（Nb-752r），Tc達到10.8K。
    (3)超導化合物：超導元素與其他元素化合常有很好的超導性能，知已大量使用的Nb₃Sn，其Tc=18.1K。
    (4)超導陶瓷：首先在鑭一鋇一銅一氧化物陶瓷中發現了TC一35K的超導電性’后來在鋇一釔一銅氧化物陶瓷中發現Te處于液氮溫區有超導電性，使超導陶瓷成為極有發展前景的超導材料。

    4．超導材料的應用
    超導材料具有的優異特性使它從被發現之日起，就向人類展示了誘人的應用前景.但實際應用超導材料時受到一系列因素的制約，首先是它的臨界參量，其次還有材料制作的工藝等問題（例如脆性的超導陶瓷如何制成柔細的線材就有一系列工藝問題）。因此超導材料的應用主要有：
    (1)利用材料的超導電性可制作磁體，應用于電機、高能粒子加速器、磁懸浮運輸、受控熱核反應、儲能等；可制作電力電纜和超導變壓器（見圖4.2.9），用于大容量輸電（功率可達10000MV·A）；可制作通信電纜和天線，其性能優于常規材料。
    (2)利用材料的完全抗磁性可制作無摩擦陀螺儀和軸承。
    (3)利用約瑟夫森效應可制作一系列精密測量儀表以及輻射探測器、微波發生器、邏輯元件等。利用約瑟夫森結作計算機的邏輯和存儲元件，其運算速度比高性能集成電路的快10～20倍，功耗只有四分之一。           OP27GS    

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