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什么是稀土超导材料?

什么是稀土超导材料?其可以简单地理解为一种含有稀土元素的超导材料。

超导体是一种抗磁体,低于临界温度(Tc)时,其会排斥任何试图施加于它的磁场,这就是所谓的迈斯纳效应。超导材料由于具有零电阻、抗磁性和电子隧道效应,而被人们认为是一种非常有发展潜力的材料。

什么是稀土超导材料?

稀土超导材料

与普通超导材料相比,稀土超导材料更容易实现超导现象,可用于采矿、电子工业、医疗设备、悬浮列车及能源等许多领域。在这里需要注意的是,稀土主要是用来制备高温超导体。

相比低温超导体来说,高温超导体更容易实现超导。低温超导材料只能在特别低的温度(接近绝对零度)下电阻才能为零,正常温度下导电性能还不如铜好。一般而言,只有液氦才能让低温超导材料的电阻为零,这严重加大了该材料生产成本,因此在现实中难以得到广泛应用。

而高温超导体实现超导的条件并没有像低温超导材料那么苛刻。我们所谓的高温超导材料,并不是说温度很高,25K(即-248℃)以上就算高温超导材料了,而77K以上的液氮温区超导材料,简直就是理想中的高温超导材料了。

什么是稀土超导材料?

稀土矿

经过科学家们不断的努力,1986年发现一种镧钡铜氧陶瓷高温超导体,其临界温度为35K。1987年2月又发现YBa2Cu3O7-x高温超导体的临界温度达90K以上,大大超过了氮的沸点(77K)。

另外,值得一提的是,我国的科研团队曾经利用烧结YBaCuO材料实现了130K的超导温度,这可比液态甲烷的温度还高!研究者自己曾想,如果把西气东输和西电东输结合起来,制作一个高压输送管道,直接输送液化天然气,再把超导电缆穿到里面,就可以同时实现天然气和电能的高效传输了,这是多么理想的能源输送方式啊!

但是,理想很丰满,现实却并不那么乐观。YBaCuO材料已经发现了30多年了,到现在,都还没有大规模应用。这主要原因是这种材料属于陶瓷材料,不能像金属材料那样做简单的拉伸,但也不是像普通陶瓷材料一样简单地烧结。它并不能做成传统的电线样式,而是地做成一种夹心条带的形式,超导材料做成细长的薄片加在中间,上下需要覆盖多层保护材料,这类带材的生产工艺特别复杂,生产成本也很高。目前这种带材只能做到一千多米的长度,美日俄韩德的公司和中国公司都可以生产了。

现在,实际生活中应用最多的超导材料就是NbTi线材和Nb3Sn线材,它们拥有较低的生产成本和较成熟加工工艺。

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