有關 超導體 的一些問題

Question

超導體ㄉ材質是啥 高溫超導ㄉ材質和低溫超導ㄉ材質有何不同

Answer 1

超導體ㄉ材質是啥 ? 可以是金屬也可以是金屬氧化物.高溫超導ㄉ材質和低溫超導ㄉ材質有何不同? 高溫超導是金屬氧化物,低溫超導是金屬,分界點是液態氮的沸點( 77oK).超導現象是指材料在低於某一溫度時，電阻變為0的現象，而這一溫度稱為超導轉變溫度（Tc）。超導現象的特徵是零電阻和完全抗磁性。1911年春，荷蘭物理學家昂內斯（Kamerlingh Onnes）在用液氦將汞的溫度降到4.2K時，發現汞的電阻降為零。昂內斯將這種現象稱為物質的超導性。後來昂內斯和其他科學家陸續發現了其他一些金屬也是超導體。昂內斯因為這項重大發現而獲得1913年的諾貝爾物理學獎。1933年，德國物理學家邁斯納（Walther Meissner）發現了超導體的完全抗磁性，即當超導體處於超導狀態時，超導體內部磁場為零，對磁場完全排斥。但當外部磁場大於臨界值時，超導性被破壞。原理1957年，美國物理學家巴丁（John Bardeen）、庫珀（Leon Cooper）、施里弗（Robert Schrieffer）提出了BCS理論（將他們名字的第一個字母組合命名）來解釋超導現象的微觀物理。BCS理論認為：晶格的振動使自旋和動量都相反的兩個電子組成動量為零的庫珀對，所以根據量子力學中物質波的理論，庫珀對的波長很長以至於其可以繞過晶格缺陷雜質流動從而無阻礙地形成電流。巴丁、庫珀、施里弗因此獲得1972年的諾貝爾物理學獎。進一步的發現1952年，科學家發現了合金超導體矽化釩。1986年1月，德國科學家伯德諾茲（Georg Bednorz）和瑞士科學家繆勒（Alex Müller）發現陶瓷性金屬氧化物可以作為超導體，從而獲得了1987年諾貝爾物理學獎。1987年，美國華裔科學家朱經武以及中國科學家趙忠賢相繼在釔－鋇－銅－氧系材料上把臨界超導溫度提高到90K以上，液氮的「溫度壁壘」（77K）也被突破了。1987年底，鉈－鋇－鈣－銅－氧系材料又把臨界超導溫度的記錄提高到125K。從1986－1987年的短短一年多的時間里，臨界超導溫度提高了近100K。下表是一些金屬氧化物超導體
圖片參考：http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/solids/imgsol/hitc.gif

Answer 2

超導體的特性（以下有提到低溫超導ㄉ材質和高溫超導ㄉ材質）

超導材料有兩大特性：

．在臨界溫度時使用，其電阻為零，電流可以絲毫無損毀地無限制地傳遞下去。

．超導材料的抗磁性又會產生一種特殊的磁懸浮現象。

1950年代，科學家就預測這兩種特性會帶來巨大的應用前景，但實際應用中還存在兩大障礙：首先，獲得超導態必須在超低溫下，在液態氮的冷凍條件下，使低溫超導材料幾乎沒有應用的可能性；第二，普通的外界磁場和超導體內的電子遷移電流極易破壞超導態，這就迫使科學家去尋找高溫超導體材料及在強磁場存在和大量電流通過時仍能保持超導態的材料。有機化合物一向被認為是絕緣體，但自從1979年後則有變化。丹麥與法國學術界合作，研究發現世界上最早的有機物超導電材料。

目前世界各地都在激烈進行有機化合物超導電體的研究，如1986年法國的研究人員發表說已開發出新的超導電有機材料，即成為談論焦點。



高溫超導溫度

所謂的高溫超導技術，指的是科學界對超導研究的終極目標，希望能夠在室溫的情況下，能夠進行超導的反應，讓超導最後可以在日常生活中普遍使用。在1987年，來自臺灣的朱經武博士及吳茂昆博士發現釔鋇銅氧(YBCO)等陶瓷器複合材料具有更高的超導溫度90Ｋ（約為-183℃），轟動全球。

原因是過去科學家發現的超導材料都必須低於-237℃以下才會出現超導（無電阻）現象，這都必須藉由浸於液態氦中（液態氦的溫度是-268.8℃）才能達成超導，但液態氦保存不易、價格又高、實用性差。自從朱經武發現高溫超導溫度90Ｋ的材料後，只要以液態氮（液態氮溫度是-196℃）來冷卻，就能形成超導現象，由於液態氮價格只有液態氦的二十分之一，每公升價格與汽油相當，而且保存容易，就實用性而言，無非超導材料科技的一大突破。



室溫超導

最早在1911年，盎尼斯(H. Kamerlingh Onnes)發現汞(Hg)在絕對溫度4.2度附近呈現超導性（電阻值為零）並且獲得1913年諾貝爾物理獎。其後，有許多專家學者投入超導研究，陸續有重大發現並榮獲諾貝爾物理獎。其中在1987年，朱經武與吳茂昆等人研究出一種釔鋇銅氧化物，其臨界溫度為93 K（-180℃，高於液態氮溫度(-196℃)，為高溫超導），直至2000年為止，超導體的臨界溫度最高約為135 K (-138℃)。

雖然高溫超導，（高於液態氮溫度-196℃）能用液態氮冷卻使用，但比起一般環境還是非常低溫。科學家的夢想，即是尋找能在普通環境下就能使用的超導體，也就是室溫超導。事實上已經有在室溫出現的超導現象，可惜的是這些超導狀態並不穩定，也缺乏再現性，不過也提供我們室溫超導的可能性。假如我們能更進一步的控制材料的構造及組成，是很有可能發現室溫超導。研究者也積極排除這些困難，超導的許多應用只待這些技術有突破時，就能夠水到渠成。



貝爾實驗室攻關室溫超導又進一步

據報載2001年美國朗訊公司所屬貝爾實驗室的科學家成功將三氯甲烷和三溴甲烷摻入由60個碳原子組成的球狀碳分子巴基球，製備出超導轉變溫度達117 K的新型碳60材料。有關論文刊載於8月31日出版的科學雜誌上。

碳60分子及高溫超導現象是1980年代物理學的兩大突破，如今科學家把這兩項突破完美地結合在一起。貝爾實驗室解釋說，三氯甲烷和三溴甲烷添加到由碳60構成的晶體中將增大巴基球間的距離，降低分子間的引力，減弱電子間的相互作用，進而使材料攜帶的電荷增多。貝爾實驗室透露，科學家現已能控制加工後材料的特性，利用電場，既可使其成為超導體，又可令其變作絕緣體。

主持該專案的貝爾實驗室研究人員舍恩指出，新的突破有可能使碳60材料在高速計算機方面獲得應用，而超導溫度的提升則意味著用液態氮替代液態氦來維持碳60的超導狀態已成為可能。他說，為了使碳60變為超導體，以前不得不用液態氦作冷卻劑，可是這種物質既貴又難以保存。他表示，實驗的目的就是要一步一步地提高碳60的超導溫度，向實現室溫超導的目標邁進。

美國超導界先驅、洛斯阿拉莫斯國家實驗室的物理學家拉米雷斯給予貝爾實驗室的研究以高度評價，認為其工作打開了一條進一步提升碳60超導溫度的途徑，將為高速計算機和醫療成像設備等領域帶來革命性的變化。


另外，
高溫超導還有鉍、MgB2...等

Answer 3

<<超導體>>
是元素,化合物,合金在極低溫下呈現的性狀,在超導態中,物體的電.熱,磁等性質與正常態迥異

　超導體研究是一個新興的領域，然其卻有無窮的潛力。諸如磁浮列車、超導船等，都應用了超導體神奇的力量。因此我們便是利用超導體製作出可資利用的元件，證實超導應用領域確是無限寬廣的。

　最常見的例子即是磁浮列車與目前使用車輪的交通工具，在構造上不同，有它獨特的方。它不靠車輪行駛，而是利用電磁鐵的力量使車身「浮」起，再靠著的特殊的電動機的力量（線型馬達）來行走。其時速可高達300公里，將是未來交通工具的新主角。現在美、日、法等國都在積極開發之中。

<<應用領域>>
1.基礎科學
2.電子工業
3.發電/電力傳輸
4.超導磁懸浮列車
5.微波技術
6.醫療　　　

超導體就是電阻質為零的導體。一般導體有電阻，所以當電流流過時電能會產生耗損而變成熱能，而以超導體作為電流的傳播媒介時，若在其內引發電流，由於無電阻，則電流將可持續流轉，也不會因熱效應而衰減，此電流稱為超導電流。 超導體處於臨界溫度（critical temperature，Tc）以下時具有超導現象，主要的超導現象為零電阻和反磁性：
(1) 零電阻：是指電流流通時無阻力的現象，也就是產生永久電流（persistent current），但在超導體內引發的電流，有其上限（稱臨界電流），超過此上限，超導態立即消失。
(2) 反磁性：是將超導體放入磁場中，會將其內部的磁場完全排除，其內部磁通量（magnetic flux)保持為零。
因此，若將一超導體放在一個普通的磁體上方，則會因排斥作用而懸浮在空中。 新型超導體二硼化鎂 ( MgB2 ) 超導體的概念及人們尋找超導體的過程。超導體顧名思義就是通電流後沒有能量耗散的導體，它是由於大量配對電子凝結到一個“步調一致”的相干態後，其運動不受晶格散射的結果。1911年荷蘭科學家昂納斯發現水銀的超導現象後，人們一直期望能找到室溫超導體。1986年底，瑞士的倍諾茲和米勒首先在原來不曾想到的氧化物中找到了轉變溫度為30 K以上的超導體，在世界上掀起了一場對高溫超導電性的追逐。目前氧化物超導體的轉變溫度已經高達130 多K，在某些方面的應用已經嶄露頭角。但由於其自身的特點，氧化物超導體在很多方面的應用受到限制。 這一新型超導體的發現及其性質、機理與應用前景。2001年3月初，日本科學家報道二元材料二硼化鎂在39 K左右表現出超導特性。這個發現迅速激起了全世界範圍內的研究熱潮。對二硼化鎂超導體性質的研究進展非常迅速，對二硼化鎂超導體機理的認識也不斷深化。理論計算表明，在二硼化鎂中有不只一個能帶跨越費米麵，而且電聲耦合所造成的費米麵失穩完全可能在兩個能帶的費米麵處產生能隙，這一點是二硼化鎂超導體與傳統超導體非常不同之處。有關兩個能隙的圖像後來被比熱、核磁共振、電子隧道譜和角分辨光電子譜的實驗廣泛證實。有關兩個能隙是如何形成的以及它如何影響超導特性是目前有關二硼化鎂超導體研究的熱點。 二硼化鎂超導體在應用上的契機更讓人激動。首先，這個超導體在20 K左右的溫度，在8萬倍於地球磁場的情況下可以承載很大的超導電流而且能耗極低。其次，二硼化鎂材料的價格很低，而且遠比陶瓷特性的氧化物高溫超導體容易加工成形。此外，二硼化鎂超導體的超導相干長度較長，容易製備出超導量子干涉器件用於微弱電磁信號的檢測，在大地探礦、醫療儀器、環境和軍事方面具有廣泛應用前景。 簡要介紹了中國科學家在二硼化鎂超導體的研究中所做的工作，並預言在未來三年中，用二硼化鎂線材所製造的超導磁體將會在中國的科學家手中誕生。