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超導材料

超導材料. 組員 :499L0002 阮健偉 499L0029 高秉詳 499L0050 徐語宏 499L0058 鍾煉焜. 指導老師 : 陳美利 老師. 目錄. 前言 (p.3) 什麼 是 超導體 (p.4~p.6) 超導體的 構造 (p.7~p.8) 超導體的 演進 (p.9~p.12) 超導體的 應用 (p.13~p.15) 結論 (P16) 參考 文獻 (p.17). 前言. 日常生活 中使用很多電器，然而這些東西使用一段時間便 會開始發熱，若使用 時間過長， 甚至燒毀。

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  1. 超導材料 組員:499L0002阮健偉 499L0029高秉詳499L0050徐語宏 499L0058鍾煉焜 指導老師:陳美利 老師

  2. 目錄 • 前言 (p.3) • 什麼是超導體(p.4~p.6) • 超導體的構造(p.7~p.8) • 超導體的演進(p.9~p.12) • 超導體的應用(p.13~p.15) • 結論(P16) • 參考文獻(p.17)

  3. 前言 • 日常生活中使用很多電器，然而這些東西使用一段時間便 會開始發熱，若使用時間過長，甚至燒毀。 主要原因:電阻傳輸線的電阻仍會造成能量損失，而轉換電壓時也會產生熱，使效率無法達到100 % 。超導體則可以將能源利用效率提高到100%，而且在環保需求下，將來超導體絕對是在電力、醫療、運輸、資訊等領域不可或缺的材料。 • 若能了解這即將成為未來趨勢的材料，也就代表先掌握了商機與尖端資訊！這是我們看完課本目綠後，覺得這一部分最讓我們感到興趣，因而做此報告。

  4. 什麼是超導體?(1/3) • 超導體處於臨界溫度（critical temperature, Tc）以下時具有超導現象，呈現電阻為零的導體。 • 主要的超導現象為零電阻及抗磁性diamagnetism）。 • 必須同時具備以上兩種特性，才可稱為超導體。

  5. 什麼是超導體?(2/3) ●零電阻乃指電流流通時無阻力之現象，亦即產生永久電流（persistent current）。

  6. 什麼是超導體?(3/3) ●抗磁性則是將超導體放入磁場中，會將其內部的磁場完全排除，即使其內部磁通量（magnetic flux）保持為零。即所謂的麥斯納效應。圖為麥斯納效應中的超導體。

  7. 超導體的構造(2/2) 1.傳統超導體(即低溫超導體)多以合金為主，Tc較低。較常見的有Hg、Nb3Sn、Nb-Al-Ge及其中Tc最高的Nb3Ge 等。《下圖》 《圖》Nb3Ge 晶體結構，其中大球為Nb，小球為Ge

  8. 超導體的構造(2/2) 1986 年發現的高溫超導體，不同於以往的金屬或合金，它實際上是一種陶瓷。為氧化物，且多為含銅之氧化物，Tc較高。《下圖》 《圖》YBa2Cu3O7 高溫超導體之結構

  9. 超導體的演進(1/3) • 1911年，荷蘭科學家海克·卡末林·昂內斯用液氦冷卻汞，發現了超導現象。 • 1933年，邁斯納和奧克森菲爾德兩位科學家發現了抗磁性。 • 1973年，發現超導合金――鈮鍺合金，其臨界超導溫度為23.2K，這一記錄保持了近13年。 • 1986年，設在瑞士蘇黎世的美國IBM公司的研究中心報導了一種氧化物（鑭鋇銅氧化物）具有35K的高溫超導性。

  10. 超導體的演進(2/3) • 1986年，美國貝爾實驗室研究的超導材料，其臨界超導溫度達到40K，液氫的「溫度壁壘」（40K）被跨越。 • 1987年，亨茨維爾阿拉巴馬大學的吳茂昆及其研究生（Ashburn和Torng），與休斯頓大學的中華民國科學家朱經武和他的學生共同發現了釔鋇銅氧，這是首個超導溫度在77K以上的材料，突破了液氮的「溫度壁壘」（77K）。 • 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裡，臨界超導溫度提高了近100K。

  11. 超導體的演進(3/4) • 2001年，二硼化鎂(MgB2)被發現其超導臨界溫度達到39K 。此化合物的發現，打破了非銅氧化物超導體(non-cuprate superconductor)的臨界溫度紀錄。 • 1990至2000年代，具ZrCuAsSi結構的稀土過渡金屬氮磷族化合物(rare-earth transition-metal oxypnictide, ReTmPnO)陸續被發現。 • 2008年，日本的Hideo Hosono團隊發現在鐵基氮磷族氧化物(iron-based oxypnictide中，將部份氧以摻雜的方式用氟作部份取代，可使LaFeAsO1-xFx的臨界溫度達到26K，在加壓後(4 GPa)甚至可達到43K。

  12. 超導體的演進(4/4) • 其後，中國的聞海虎團隊，發現在以鍶取代稀土元素之後，La1-xSrxFeAsO亦可達到臨界溫度25K。其後，中國的科學家陳仙輝、趙忠賢等人，發現將鑭以其他稀土元素作取代，則可得到更高的臨界溫度；其中，SmFeAs[O0.9F0.1]可達55K。另外，將鐵以鈷取代(LaFe1-xCoxAsO)，稀土元素以釷取代(Gd1-xThxFeAsO)，或是利用氧缺陷(LaFeAsO1-δ)等方式，也都可以引發超導現象。

  13. 超導體的應用(1/2) 磁浮與磁浮列車 超導導線

  14. 超導體的應用(2/2) 超導發電機 超導量子干涉儀

  15. 磁浮與磁浮列車 • 利用超導體的反磁性類似磁鐵的相斥性，使其發出的磁力更強，故可應用於需產生大磁場之裝置。將其置於火車車體內和軌道上佈置電磁鐵，便成為磁浮列車 。 • 由於與地面沒有接觸，磁浮列車沒有傳統列車會遭遇到的摩擦力問題，其速度可較傳統列車快。(目前紀錄由日本所創下，為每小時517公里。) • 雖然利用一般電磁鐵亦可製造磁浮列車，但配置有高溫超導體的磁力會較強，故可浮的較高；一般電磁鐵可讓其離地高度僅1公分，而採用超導體者可達10公分。實際應用上，此種差異則會造成相當大的影響：若列車運行時遭遇地震，離地10公分的磁浮列車自然會較離地僅1公分高的磁浮列車安全許多。

  16. 結論 依照現今的科技來說，關於超導體科技的應用正在不斷的開 發出來。主要還是跟那兩大特性脫不了關係: • 抗磁性:使得超導體可以用在磁屏障。包在超導體內的電子設備可以減少外磁場或電磁波的干擾，增加量測儀器的靈敏度。有時候也可以使內部的信號不至於外洩。 • 零電阻:使得超導體可以代替正常導體，用在為電子元件中戶連，因為沒有能量消耗，減少散熱的需求，而趨向更小體積的終至。同時簡短的線路，使得電子信號傳遞速度增快。 超導體在目前的趨勢看來是個值得我們去投資心力的潛力股，我 相信有一天如果找出一種具有在常溫中具有零電阻性質的完美超 導體，那我們的生活和科技又會邁向更高一層的領域了。

  17. 參考文獻 • http://www.chemedu.ch.ntu.edu.tw/lecture1/superconductor.htm 高 溫 超 導 體 之 簡 介 • http://www.chemedu.ch.ntu.edu.tw/lecture/superconductor/superconductor.htm 奇妙的超導世界 • http://www.shs.edu.tw/works/essay/2006/03/2006033113095153.pdf 生活中的超導體介紹及應用 • http://www.shs.edu.tw/works/essay/2008/03/2008032113560903.pdf 超導體的原理應用 • http://lib.rssh.kh.edu.tw/essay/95essay/099.pdf超導體 • http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E8%B6%85%E5%AF%BC%E6%9D%90%E6%96%99維基百科

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