《无机化学》读书报告3.doc

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1、无机化学读书报告06091120 卢丹进入大学后，我的专业课就是无机化学，我起初以为大学里的化学和高中时的化学一样，只要记得几个化学方程式，几个公式就可以混得很好，可是事实却并不如此。 我们要把厚厚的一本书给完全读懂是很难的，目前我们所知道的知道的只是一些课堂上的一点简单的知识。我们应该，了解的是更多的课外知识，其实课内的知识我们在高中的时候就已经差不多知道了，我们更重要学得的课外的鲜为人知的先进的知识。 我觉得目前研究的超导材料是值得一提的。1911年，荷兰物理学家卡麦林昂尼斯首次意外地发现了超导现象：将水银冷却到接近绝对零度时，其电阻突然消失。后来他又发现许多金属(例如铝、锡)和合金都具有

2、与水银相类似的特性：在低温下电阻为零(这一温度叫超导材料的临界温度)，由于它的特殊导电性能，昂尼斯称之为超导态。这些简单的知识我们在高中的物理课本里已有所了解，然而我们在大学里要了解的不仅仅是如此就可以了。在高温超导体出现以前，使用在液氦温度下的低温超导材料经过二十余年研究与发展获得了成功。以NbTi、Nb3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用。但是，由于常规低温超导体的临界温度太低，必须在昂贵复杂的液氦（4.2K）系统中使用，因而严重限制了低温超导应用的发展。1986年高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应用的温度

3、从液氦提高到了液氮温区。同液氦相比，液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极大的方便。另外，高温超导体都具有相当高的上临界场，能够用来产生20T以上的强磁场，这正好克服了常规低温超导材料的不足之处。正因为这些优点，吸引了大量的科学工作者采用最先进的技术装备，对高临界温度超导机制、材料的物理特性、化学性质、合成工艺及显微组织进行了广泛和深入的研究。首先我们讲讲高温超导材料的进展。目前高温超导材料指的是：钇系（92 K）、铋系（110K）、铊系（125K）和汞系（135K）以及2001年1月发现的新型超导体二硼化镁（39K）。其中最有实用前途的是铋系、钇系（YBCO）和二

4、硼化镁（MgB2）。氧化物高温超导材料是以铜氧化物为组分的具有钙钦矿层状结构的复杂物质，在正常态它们都是不良导体。同低温超导体相比，高温超导材料具有明显的各向异性，在垂直和平行于铜氧结构层方向上的物理性质差别很大。高温超导体属于非理想的第II类超导体，且具有比低温超导体更高的临界磁场和临界电流，因此是更接近于实用的超导材料，特别是在低温下的性能比传统超导体高得多。它有以下几个方面：高温超导线带材，超导块材，薄膜。而高温超导体在强电方面众多的潜在应用（如：磁体、电缆、限流器、电机等）都需要研究和开发高性能的长线带材（千米量级）。所以，人们先后在YBCO、BSCCO及MgB2线材带化实用化方面做了

5、大量的工作。目前已在Bi系Ag基复合带线材、铁基MgB2线材和柔性金属基Y系带材方面取得了很大进展。首先讲讲高温超导线带材，它包括第一代Bi系高温超导线材，第二代YBCO高温超导带材，还有新型MgB2超导线带材。 A. 第一代Bi系高温超导线材 BSCCO超导体晶粒的层状化结构使得人们能够利用机械变形和热处理来获得具有较好晶体取向的Bi系线带材，即把Bi（Pb）-Sr-Ca-Cu-O粉装入金属管（Ag或Ag合金）中进行加工和热处理的方法。经过十几年的发展，利用这种方法，已经开发出长度为千米级的铋系多芯超导线材。美国、日本、德国、中国等国已具备生产几百米到上千米的批量能力。可以说，铋系高温超导带

6、材的临界电流密度、长度已经基本上达到了电力应用的要求，而其价格对于限流器应用来说也基本满足要求，从而为开展强电应用研究奠定了基础。因此，各国都已大力开展有关超导磁体、输电电缆、超导变压器和故障限流器等方面的应用研究。 B. 第二代YBCO高温超导带材 由于第一代Bi系带材的高成本以及它的一些性能问题如磁场下临界电流的急剧衰减等，使得基于它的超导技术在工业上的大规模应用前景变得渺茫。超导界不得不将研究重点转移到开发基于YBCO体系的第二代高温超导带材上来，因为YBCO具有更为优异的磁场下性能，是真正的液氮温区下强电应用的超导材料。 与Bi系相比，YBCO的各向异性比较弱，可以在液氮温区附近较高磁

7、场下有较大临界电流密度，但由于晶粒间结合较弱，难以采用装管法制备。采用沉积、喷涂等镀膜方法制备钇系超导带材是当前高温超导强电应用材料研究的重点。近年来，采用IBAD/PLD和RABiTS/PLD (MOCVD或MOD)复合技术制备涂层带材已取得重大进展。如日本ISTEC公司已制备出212米长，临界电流达245 A的第二代带材。美国、德国等也已制备出百米量级的YBCO带材。 C. 新型MgB2超导线带材 2001年1月，日本科学家发现了临界转变温度为39 K的MgB2超导体，引起了全世界的广泛关注。综合制冷成本和材料成本，MgB2超导体在20-30 K，低场条件下应用具有明显的价格优势，尤其是在

8、工作磁场1-2 T的核磁共振成像MRI磁体领域。这也是国际MgB2超导体应用研究持续升温的关键原因之一。 第二点是超导块材研究YBCO超导块材的目标之一是利用它在超导态下的迈斯纳效应及磁通钉扎特性导致的磁悬浮力，应用于超导轴承、贮能以及磁浮列车等。经过十几年的发展，高临界温度氧化物超导块材取得了很大的进展，主要表现在临界电流密度的提高上。1988年，熔融织构工艺首先在临界电流密度提高方面取得了突破，随后又相继发展出液相处理法、淬火熔融生长和粉末熔化处理等熔化工艺。 最后一点是薄膜自从高温超导体发现以来，人们对高温超导薄膜的制备与研究都给予了极大的重视，特别是液氮温度以上的高温超导体的发现，使人

9、们看到了广泛利用超导电子器件优良性能的可能性。想得到性能优良的高温超导器件就必须有质量很好的薄膜，但由于种种因素使制备高质量高Tc超导薄膜具有相当大的困难。尽管如此，通过各国科学家十几年来坚持不懈的努力，已取得了很大的进展，高质量的外延YBCO薄膜的Tc在90K以上，零磁场下77K时，临界电流密度已超过1106A/cm2，工艺已基本成熟，并有了一批高温超导薄膜电子器件问世。接着我们应着重讲讲它的应用进展。 超导电性的实际应用从根本上取决于超导材料的性能。与实用低温超导材料相比，高温超导材料的最大优势在于它应用于液氮温区。20世纪90年代，随着第一代Bi系高温超导材料的商业化，美国、日本、欧洲和

10、中国等国和相关大公司都投入大量的人力和资金，开展高温超导电力应用研究，相继开展了超导电机、超导变压器、超导输电电缆和超导储能装置等的研究，并取得了许多实质性的进展。 最后我没将了解一下超导材料研究展望 从超导技术发展的历程来看，新的更高转变温度材料的发现和制造工艺技术突破都有可能。目前高温超导材料正从研究阶段向应用发展阶段转变，未来的十年是市场发展和高温超导材料产业化的十年。超导技术作为一类有重大发展潜力的应用技术，已经进入实际应用开发与应用基础性研究相互推动，逐步发展为高技术产业的阶段。各主要国家的政府与企业界都投入较大力量，竞争十分激烈。美国能源部认为：超导电力技术是在21世纪电力工业唯一

11、的高技术储备。而日本新能源开发机构则认为发展高温超导电力技术是在21世纪的高技术竞争中保持尖端优势的关键所在。根据国际超导科技界和相关产业部门的预测：2010年，全球超导产业将达到260亿美元，到2020年，将达到2400亿美元以上。因此，超导技术被认为是21世纪具有战略意义的高新技术。 据最新2003年美国高温超导材料市场分析与预测报告，全世界高温超导元器件将会由2010年的5亿美元的市场规模激增到2020年的100亿美元。在高温超导电力技术商品化领域，最早进入应用的可能是故障限流器。增幅最快的将是超导电动机，其市场占有率会由2006年的1%快速增长到2020年的79%。到2020年，其它超导电力设备的市场占有率分别是：超导变压器(76%)，超导发电机(50%)以及输电电缆(80%)。可以认为：超导技术将是21世纪具有经济战略意义的高新技术，具有广阔的市场前景。由此可见，超导材料在我们的社会生活，工作领域，研究试验中占据一定的地位，作为21世纪的大学生，我们不仅只要掌握了课堂知识就可以了，最重要的是多多关心时势，多多了解社会动态。不仅只是了解自己的专业知识就以为是万事俱备了，做一个真正的大学生，重在了解更多的课外知识。