电动汽车超导体

E. 超导体的发展历程

1911年：超导电性的发现1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。经过科学家们的努力，超导材料的磁电障碍已被跨越，下一个难关是突破温度障碍，即寻求高温超导材料。 超导现象 1911年，荷兰科学家卡末林—昂内斯(Heike Kamerlingh-Onnes)用液氦冷却汞，当温度下降到4.2K时，水银的电阻完全消失，这种现象称为超导电性，此温度称为临界温度。根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料[1]。但这里所说的「高温」，其实仍然是远低于冰点0℃的，对一般人来说算是极低的温度。 1973年，发现超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，这一记录保持了近13年。1986年 1986年，设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧钡铜氧化物）具有35K的高温超导性。此后，科学家们几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。 1986年，美国贝尔实验室研究的超导材料，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。 1987年 1987年，美国华裔科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤相继在钇－钡－铜－氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的“温度壁垒”（77K）也被突破了。1987年底，铊－钡－钙－铜－氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。从1986－1987年的短短一年多的时间里，临界超导温度提高了近100K。 来自德国、法国和俄罗斯的科学家利用中子散射技术，在高温超导体的一个成员单铜氧层Tl2Ba2CuO6＋δ中观察到了所谓的磁共振模式，进一步证实了这种模式在高温超导体中存在的一般性。该发现有助于对铜氧化物超导体机制的研究。 高温超导体具有更高的超导转变温度（通常高于氮气液化的温度），有利于超导现象在工业界的广泛利用。高温超导体的发现迄今已有16年，而对其不同于常规超导体的许多特点及其微观机制的研究，却仍处于相当“初级”的阶段。这一点不仅反映在没有一个单一的理论能够完全描述和解释高温超导体的特性，更反映在缺乏统一的、在各个不同体系上普遍存在的“本征”实验现象。本期Science所报道的结果意味着中子散射领域里一个长期存在的困惑很有可能得到解决。 超导体原料 早在1991年，法国物理学家利用中子散射技术在双铜氧层YBa2Cu3O6＋δ超导体单晶中发现了一个微弱的磁性信号。随后的实验证明，这种信号仅在超导体处于超导状态时才显著增强并被称为磁共振模式。这个发现表明电子的自旋以某种合作的方式产生一种集体的有序运动，而这是常规超导体所不具有的。这种集体运动有可能参与了电子的配对，并对超导机制负责，其作用类似于常规超导体内引起电子配对的晶格振动。但是，在另一个超导体La2－xSrxCuO4＋δ（单铜氧层）中，却无法观察到同样的现象。这使物理学家怀疑这种磁共振模式并非铜氧化物超导体的普遍现象。1999年，在Bi2Sr2CaCu2O8＋δ单晶上也观察到了这种磁共振信号。但由于Bi2Sr2CaCu2O8＋δ与YBa2Cu3O6＋δ一样，也具有双铜氧层结构，关于磁共振模式是双铜氧层的特殊表征还是“普遍”现象的困惑并未得到彻底解决。 理想的候选者应该是典型的高温超导晶体，结构尽可能简单，只具有单铜氧层。困难在于，由于中子与物质的相互作用很弱，只有足够大的晶体才可能进行中子散射实验。随着中子散射技术的成熟，对晶体尺寸的要求已降低到0.1厘米3的量级。晶体生长技术的进步，也使Tl2Ba2CuO6＋δ单晶体的尺寸进入毫米量级，而它正是一个理想的候选者。科学家把300个毫米量级的Tl2Ba2CuO6＋δ单晶以同一标准按晶体学取向排列在一起，构成一个“人造”单晶，“提前”达到了中子散射的要求。经过近两个月散射谱的搜集与反复验证，终于以确凿的实验数据显示在这样一个近乎理想的高温超导单晶上也存在磁共振模式。这一结果说明磁共振模式是高温超导的一个普遍现象。而La2－xSrxCuO4＋δ体系上磁共振模式的缺席只是“普遍”现象的例外，这可能与其结构的特殊性有关。 关于磁共振模式及其与电子间相互作用的理论和实验研究一直是高温超导领域的热点之一，上述结果将引起许多物理学家的关注与兴趣。 20世纪80年代是超导电性的探索与研究的黄金年代。1981年合成了有机超导体，1986年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡、镧、铜、氧的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4，其临界温度约为35K。由于陶瓷性金属氧化物通常是绝缘物质，因此这个发现的意义非常重大，缪勒和柏诺兹因此而荣获了1987年度诺贝尔物理学奖。 1987年在超导材料的探索中又有新的突破，美国休斯顿大学物理学家朱经武小组与中国科学院物理研究所赵忠贤等人先后研制成临界温度约为90K的超导材料YBCO（钇铋铜氧）。 1988年 1988年初日本研制成临界温度达110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超导体。至此，人类终于实现了液氮温区超导体的梦想，实现了科学史上的重大突破。这类超导体由于其临界温度在液氮温度（77K）以上，因此被称为高温超导体。 自从高温超导材料发现以后，一阵超导热席卷了全球。科学家还发现铊系化合物超导材料的临界温度可达125K，汞系化合物超导材料的临界温度则高达135K。如果将汞置于高压条件下，其临界温度将能达到难以置信的164K。 1997年 1997年，研究人员发现，金铟合金在接近绝对零度时既是超导体同时也是磁体。1999年科学家发现钌铜化合物在45K时具有超导电性。由于该化合物独特的晶体结构，它在计算机数据存储中的应用潜力将是非常巨大的。 2007年 自２００７年１２月开始，中国科学院物理研究所的陈根富博士已投入到镧氧铁砷非掺杂单晶体的制备中。今年２月１８日，日本东京工业大学的细野秀雄教授和他的合作者在《美国化学会志》上发表了一篇两页的文章，指出氟掺杂镧氧铁砷化合物在零下247.15℃时即具有超导电性。在长期研究中保持着跨界关注习惯的陈根富和王楠林研究员立即捕捉到了这一消息的价值，王楠林小组迅速转向制作掺杂样品，他们在一周内实现了超导并测量了基本物理性质。 几乎与此同时，物理所闻海虎研究组通过在镧氧铁砷材料中用二价金属锶替换三价的镧，发现有临界温度为零下248.15℃以上的超导电性。 2008年 2008年３月２５日和３月２６日，中国科学技术大学陈仙辉组和物理所王楠林组分别独立发现临界温度超过零下233.15℃的超导体，突破麦克米兰极限，证实为非传统超导。 2008年３月２９日，中国科学院院士、物理所研究员赵忠贤领导的小组通过氟掺杂的镨氧铁砷化合物的超导临界温度可达零下２２１.１５℃，４月初该小组又发现无氟缺氧钐氧铁砷化合物在压力环境下合成超导临界温度可进一步提升至零下２１８.１５℃。

F. 高温超导体对电动汽车有什么作用

已经投入使用的电动汽车由蓄电池组和电动机组成。由于蓄电池的储电能力有限，所以此类汽车一次行程较短。利用高温超导体可以极大减少蓄电池的功率损失，提高储电容量，增加供电能力。这样，电动汽车将可能风行世界，对减少大气污染和简化汽车结构，无疑将是十分有利的。

G. 什么叫做高温超导材料

超导技术的研究是当代科技中的一项重大课题。随着“低温”超导材料研究开发难度的增大，兴起了“高温”超导材料的研究开发。
早在1911年，荷兰科学家昂尼斯用液氮冷却水银，当温度降到-2690C左右时，发现水银的电阻空气完全消失，这种现象称为“超导”现象，所有具有这种零电阻的材料称为超导体。由于超导体具有两大宏观特征，即零电阻和完全抗磁性，因而它可以输送大电流不发热，几乎不损耗能量。但是在1911年之后的70多年里，科学家所研制的超导体一直处在低温下，最高温度只有23．2K。直到80年代后期，发现了转变温度达35K的镧钡铜氧化物之后，世界性的“高温”超导材料的研究开发热才蓬勃发展起来。从1987年到现在，美、中、日三国都相继发现了转变温度100K的超导材料。当前，世界各国在高温超导材料研究方面竞争十分激烈，都希望率先找到常温条件下的高温超导材料。我国对超导材料的探索，以及相关的材料科学基础性研究方面一直保持或接近世界前沿。1998年7月24日，北京有色金属研究总院研制成功我国第一根由铋系高温超导材料制造的输电电缆，性能达到世界先进水平。
高温超导材料的应用必将导致一场新的技术革命，其意义不亚于半导体材料。这是因为超导材料的应用领域较广：①电力输送。可以不加压输电，电能损失可减少10％以上，电费开支可节省15％以上。据测算，单是超导输电的实现就可使美国一年节省价值100亿美元的电力。②受控热核聚变反应装置。其反应过程中的温度高达1亿摄氏度，目前还没有任何装置能约束这种极高温的反应过程，而将来用超导体产生的超强磁场可有效地控制这种反应过程。③超导磁悬浮列车。这种列车打破了传统的轮轨接触方式，它是在没有轮子的车厢上和轨道上安置线圈，电流通过时使之产生相斥的磁场将车厢抬起悬浮状，以线形电机推动车厢前进。这种列车没有轮轨接触滚动的阻力，列车行驶速度大大提高，时速可达500多公里。如北京到广州，只需要4个多小时。另外，用超导电动汽车取代燃油汽车，全世界每年可节省燃油10亿吨以上，并可大大减少噪音和环境污染。④超导电子计算机。用超导芯片将大大提高计算机的运算速度，并减少体积。美国IBM公司研制的一台运算速度为8000万次/秒的超导计算机，体积只有一部电话机大小，其元件不发热，可长时间高效率运行。

H. 超导体的应用有哪些

磁共振成像迅速发展为商品化生产，至今世界上约有700多台磁共振成像仪，产品生产主要集中于美国和德国，美国约占70％，磁体类型中，超导磁体占了全部产品的95％左右。

超导磁分离，是根据种种物质磁性和密度的差异进行分选的一种方法。由于磁杯不同的颗粒在磁分离装置的分选空间中受到磁力、机械力不同的作用，将沿不同路径运动，从而可分别接取磁性产品和非磁性产品。

超导磁体具有不可比拟的低耗能特点，这些都大大降低了分离装置的运行成本，虽然初始投资略高于常规磁体，但运行成本非常低，预计可降低90％以上。

超导贮能与其他贮能技术相比有许多优点，贮能密度大，贮能效率高(90％～95％)，释放能时没有效率损失。

超导贮能技术有许多重要用途，它在节约电能、提高电网稳定性和调节电力系统尖峰负荷方面有重要作用；它还可作为宇宙站的电源，也可作为受控热核反应、激光武器、粒子束武器和电磁轨道炮等的脉冲电源。

将常规发电机的转子以超导线圈替代则形成超导同步发电机。超导发电机与常规发电机相比，具有以下优点：机械与通风损耗少，虽然增加了冷却系统的功率损耗，但整个发电系统的损耗只是常规发电机的一半儿，使超导发电机的效率提高0.5％～0.8％(常规发电机效率98％，超导发电机效率99％)。

超导发电机的体积小、重量轻，只有常规发电机的1／3～1／2，同步电抗小，稳定性好。由于省去了铁芯，降低了电枢绕组对地绝缘的要求，因此可采用电枢绕组，省去升压变压器，可直接投入已有电网运行。

国际上认为，超导同步发电机是未来电站的主力，并争相开展研制工作。已研制完成的最大容量为前苏联和法国的30万千瓦发电机。美国和日本并不急于开发百万千瓦级的发电机，他们已研制完成的发电机容量分别为3万千瓦和5万千瓦。日本计划研制国内最大的20万千瓦的发电机。

发电站的容量随着电力需求的增长而增长，因此，大功率、长距离、低损耗的输电技术对提高输电的经济效益是十分重要的，而超导体具有零电阻的特性，可以输送极大的电流和功率而没有电功率损耗，因此超导输电系统必将带来大的改观。

当今世界，提高陆路交通工具的速度对促进国家经济发展和改善人们生活质量是十分重要的。传统的铁路车辆由于车轮和铁轨磨损严重，以及车轮与铁轨的摩擦力，限制了车速。这种机车目前设计速度最高可达274公里/小时，运行平均速度为209公里／小时。在本世纪60年代，法国、英国和美国又生产出有轨的气垫机车，城市间运行速度可达160公里/小时。然而，由于人们对磁悬浮兴趣的增长，现在气垫机车的发展已陷于停顿状态。

日本人设计一种电动悬挂系统，该系统使用了由液氦冷却的(-269℃)铌等超导物质做成的超导磁体，在-269℃下它的电阻为零，利用超导磁体的排斥力，从而使轨道与列车之间形成10～15厘米的空隙。一个小型示范性模型列车创造了517公里／小时的世界记录，其试验轨道长6.5公里，使用的超导材料是NbTi，在液氦下冷却到5K。

磁悬浮列车与传统列车相比有一系列的优点，克服了传统列车对速度的限制；非接触的运行克服了恶劣气候(如雨、雪或冰)的障碍；采用非接触运行，没有机械磨损，减少了维修成本；由于没有运动部件，大大提高了系统的可靠性；由于只用电能，对于石油供应紧张的国家更有意义；可节省能源，100公里消耗能源只是飞机或汽车的1／4；速度极大提高，增加了运送旅客的能力，具有很大的潜在市场；大幅度地降低了噪声与振动，有利于保护环境。

粒子加速器是研究宇宙和物质基本问题的主要设备，美国在加速器的建造方面走在世界最前列。随着超导体技术的发展，在1988年美国国家科学基金会批准了建造至今为止功能最强的粒子加速器——超级超导对撞机(SSC)计划，3年财政预算达32亿美元。计划1999年将超级超导对撞机投入运行。超级超导对撞机相当庞大，在地下铺设了长度为53英里的环形管道。超级超导对撞机将把相向的两个质子束加速到光速的99.9％以上的速度，超导磁体使质子束弯曲和聚焦以通过弯曲的路径，超导磁体要比普通铁磁体产生更强的磁场，使质子束行进的曲率半径更小，这样就使环形管道的尺寸小型化。

自1962年发现约瑟夫逊效应后，直流超导量子器件和射频超导量子器件相继于1964年和1967年问世。由超导量子干涉器件构成的测量仪器具有很高的磁场灵敏度、很宽的动态范围和优良的频率响应特性，所以有广泛的用途。利用超导量子干涉器件可以测出由人的心脏和脑产生的极微弱的信号，也可以测出由潜入海洋的潜艇产生的对地球磁场的干扰或含油和矿床的地质层中的磁场分布。

从1964年以来，研究工作者已将超导量子干涉器件的极高灵敏度用于进行广泛的科学研究。它可以测量极小的电压、电流和电阻；可用于寻找油田和地热能源；研究地震活动；侦察潜艇等。斯坦福大学的科学家用连到5吨重铝棒上的超导量子干涉器件来寻找万有引力辐射线。超导量子干涉器件的用途极为广泛，几乎所有使用超导体的电子仪器都涉及到超导量子干涉器件。随着超导技术的发展，超导量子干涉器件的应用必然不断地扩大。

许多科学家坚信，未来的超大容量快速计算机一定会用到超导的，也就是使用约瑟夫逊元件的超高速计算机。前面已经谈过，所谓约瑟夫逊效应就是把两个超导体材料靠得非常紧、离得非常近时，即使它们之间的物质是绝缘的也会有电流流过。可以简单地讲，运用这个效应的器件就称作约瑟夫逊元件。通过调节两块超导体间的绝缘层的厚薄，可以使其电压比某一特定值大时才有电流通过，小时则没有。约瑟夫逊元件就是利用了这一现象。

这种现象与半导体的二极管是相同的，所以可以用于计算机。但是，约瑟夫逊器件具有极高的开关速度(是硅器件的10～100倍)和低功耗(只有硅的千分之一以下)，因此发热量极小，可以实现体积小、高密集度。例如，日本电气公司开发出了使用约瑟夫逊元件的新的逻辑电路，其门开关速度达到一万亿分之一秒。

此外，超导还可以在辐射探测仪、模拟信号处理器、超导磁屏蔽、电压基准等方面广泛应用。

在国防系统方面，超导技术在军事上也可大显身手。在弱电方面，用于水下通信、潜艇探测、遥感、扫雷等；制成高频微波器件、红外探测器，用于雷达、微波通信及地面卫星接收机；超导天线及馈线系统，用于导弹和卫星；数字信号和数据处理器等。在强电方面，主要是利用高电流密度超导材料所产生的强磁场及超导储能线圈可以存储大量能量的特性作为武器的能源，这样可以减少储能设备的尺寸和重量。美国的“星球大战”计划中投入5000万美元进行这方面的研究。研究中使用的低温超导磁体，估计其储能密度相当高，在微微秒时间内释放出来。

超导强磁体用于舰船推进系统。美国已用低温超导材料制造出试验性的3兆瓦直流电机，用于舰船推进系统并在海中进行了试验。该电机比相同功率传统空冷电机小33％。实际上，利用低温超导材料及当前的技术可以使电机的重量进一步减小，例如一台具有3万千瓦的超导单极直流电机仅为现在同样功率的交流电机重量的四分之一。美国正在研制这类规模的超导电机，日本也在进行小模型的试验研究。

超导电子轨道炮。美国的“星球大战”计划组织支持了该项技术的研究。轨道炮技术是作为射弹加速器来使用的，它能使抛射物达到极高的速度。这种抛射系统不同于化学推进系统，前者可达到的末端点的速度不受气体膨胀速度限制而由行进的电磁脉冲的速度决定，因此可达到很高的速度。

高温超导的应用大多是低温超导应用的延伸，即当前已实用的或可预见年份实用的低温超导设备与器件中的低温超导材料用高温超导材料替代，以降低成本，扩大超导的应用范围。但高温超导应用遇到的问题较多，现在仍是物理学前沿阵地的富有挑战性的研究课题。

I. 雅迪电动车上显示的超导磁能系统是什么意思

就是无刷马达，马达是智能磁性动力

J. 超导电动车，什么是超导电动车

超导----就是个名字