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2007年1月21日星期日

走近高温超导材料(部分)

有些物质在一定温度下会进入超导态,这一特定温度称为超导转变温度或临界温度。处于超导态物质的一个重要特点是其电阻基本为零。人们一般将超导转变温度高于液氮温度(77K)的超导材料称为高温超导材料(High Temperature Superconductor)。

在电力领域中,应用高温超导技术是改造国家电力电网系统和实现大型城市大容量、高密度安全供电的理想途径。02年美国东部和其它一些发达国家先后发生了大面积停电事故;我国也发生了严重的缺电现象。超导技术为从根本上解决以上电力系统的问题提供了一个全新的选择。随着我国经济实力的增长,能源问题日益显出其重要性。要积极想办法开源节流,否则将有可能严重影响我国的国民经济和国家安全。另外,随着我国人民生活水平的提高,对环保的意识也会逐步加强。而且,随着国际竞争的发展,环保这一概念将会越来越成为发达国家制定游戏规则的一个重要依据。因此,发展能耗低、环境友好的超导技术具有重要的战略意义。据1996年国际超导峰会对高温超导技术应用市场前景预测,2020年高温超导应用的市场将有2440亿美元。

自高温超导材料被发现十多年来,人们在该领域的研究开发中投入了大量的人力和物力,仅Bi系超导带材一项,每年全世界投入的研究费用都达5亿美元左右,形成了大批有价值的成果。粉末装管法(PIT)制备的(Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3Ox/Ag(简称Bi-2223/Ag)带材以其较高的临界电流密度和易于加工成长带的特点成为最有希望在液氮温区实现强电应用的高温超导材料,它是目前率先进入产业化生产的高温超导材料,其通电能力是相同截面积的铜导线的100倍以上,Jc值大约在10000-80000A/cm2内变化。应用Bi-2223/Ag带材制备的超导电缆、超导变压器、超导电机、超导限流器、超导储能系统等具有常规产品无法比拟的重量轻、体积小、能耗低、容量大等优点,可以广泛应用在国防装备、工业系统、医学成像、发电与配电及电子等各个领域。目前全球Bi-2223/Ag带材的年产量已达几百公里,成品已经出现在世界市场。

但是,目前超导电缆的不足之处在于其成本太高,解决这个问题的一个有效办法就是提高超导芯的质量,获得高的临界电流密度。最近几年,通过改进制备工艺,Bi-2223/Ag超导带材的性能得到了很大的提高。截至到目前为止,Bi-2223/Ag超导短样品的临界电流密度已经达到74kA/cm2(77K,自场),长度为150米的超导带材的工程临界电流密度也超过了18kA/cm2(77K,自场)。Patnaiketal曾经对多芯超导带材中单根超导芯的临界电流进行了测量,研究发现单根超导芯的临界电流密度最高能超过80kA/cm2。Bi-2223超导薄膜的临界电流密度可以高达106A/cm2(77K,自场),这说明大幅度提高Bi-2223/Ag带材的临界电流密度还是很有可能的。

1 条评论:

匿名 说...

嗯,基本的介绍有了,给点更详细的内容吧。
是你自己写的吗?