ybco材料概述

.,具有超導(dǎo)性的材料其主要特性是在一定臨界溫度下電阻為零即所謂零阻現(xiàn)象。在磁場中其磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，即抗磁現(xiàn)象。有些材料的電阻率隨溫度降低逐漸減小，當(dāng)溫度降低到某一溫度時，電阻率突然減小到零。此時溫度稱為臨界溫度（TC）。超導(dǎo)材料研究的難題是突破“溫度障礙”，而YBCO就是我們一直在尋找的高溫超導(dǎo)陶瓷材料。,.,YBCO結(jié)構(gòu),具有層狀鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)，含有CuO-CuO2-CuO2-CuO交替的層，CuO2層可以有變形和皺褶。釔原子存在于CuO2和CuO2層中，BaO層則在CuO與CuO2兩層之間。存在二維的Cu-O面，由CuO6八面體，CuO5正四方錐，CuO4平面四邊形組成的銅氧平面。所有的銅氧配位多面體相互連結(jié)的方式只能采取共頂點的形式，而不能共棱或共面。,.,.,當(dāng)YBCO中氧原子計量小于7時，根據(jù)具體數(shù)值的不同，這些非計量化合物結(jié)構(gòu)可以有差異，可以化學(xué)式中的來表示。=1時為四方結(jié)構(gòu)，CuO層的O(1)為空，不顯示超導(dǎo)性。略微增加氧的含量會增加O(1)的占有率。0.65時b軸形成Cu-O鏈，結(jié)構(gòu)變?yōu)檎?，晶格參?shù)分別為a=3.82、b=3.89及其c=11.68。當(dāng)0.07時超導(dǎo)性最佳。,.,.,超導(dǎo)材料具備的特殊性質(zhì)應(yīng)用與前景,YBCO應(yīng)用與前景,.,應(yīng)用高溫超導(dǎo)電纜,所用性質(zhì)：超導(dǎo)材料的零電阻特性使其成為電流傳輸?shù)睦硐雽?dǎo)體。應(yīng)用背景：隨著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，人們對電量的需求越來越大，加之我國能源和負(fù)荷分布不均勻，長距離輸電成為必然?；靖艣r：高溫超導(dǎo)電纜具有大容量、低損耗、結(jié)構(gòu)緊湊、對環(huán)境影響小的特點，可用來遠(yuǎn)距離大容量輸電、為大負(fù)荷特殊場合供電、用于變電站內(nèi)的大電流傳輸母線、替換海底電纜等。能夠節(jié)約大量金屬材料和安裝成本。,.,應(yīng)用高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)和電動機(jī),所用性質(zhì)：由于其完全抗磁性，兼?zhèn)淞烁袘?yīng)和永磁同步電機(jī)的優(yōu)點。應(yīng)用背景：目前應(yīng)用較多的感應(yīng)電機(jī)和永磁同步電機(jī)都有許多眾所周知的優(yōu)點，雖然感應(yīng)電機(jī)啟動方便，但運行效率低；永磁同步電機(jī)運行效率高，可本身啟動困難?；靖艣r：具有體積小、效率高、同步電抗小、壽命長、噪聲低等優(yōu)點。高溫超導(dǎo)的完全抗磁性使得在深冷溫度下電阻近乎為零，與銅導(dǎo)體相比，電流密度可提高十倍、有效利用率提高3倍。與普通電機(jī)相比，體積減小一半而效率達(dá)到了997。高溫超導(dǎo)與普通超導(dǎo)比，制冷設(shè)備更加簡化，而液氮的高效排熱率也使得發(fā)電機(jī)的更可靠，更經(jīng)濟(jì)。,.,應(yīng)用高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)和電動機(jī),發(fā)展前景：如果在高溫超導(dǎo)材料的交流損耗問題取得了新的突破，創(chuàng)造出由超導(dǎo)線材交流電樞繞組和超導(dǎo)轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成的新型全超導(dǎo)電機(jī)，不僅有普通超導(dǎo)電機(jī)的優(yōu)點，還使得結(jié)構(gòu)更簡單，可靠性更高，更適合于高速運轉(zhuǎn)。,.,應(yīng)用高溫超導(dǎo)變壓器,所用性質(zhì)：超導(dǎo)材料的零電阻特性使其成為電流傳輸?shù)睦硐雽?dǎo)體。應(yīng)用背景：適合用于用電負(fù)荷大并且安裝于室內(nèi)的鬧市城區(qū)，鬧市人流量大，更安全?；靖艣r：高溫超導(dǎo)變壓器采用超導(dǎo)材料取代銅線，液氮取代油作為冷卻劑，具有諸多優(yōu)點：體積小重量輕，特別適合用于用電負(fù)荷大并且安裝于室內(nèi)的鬧市城區(qū)：節(jié)能，雖然高溫超導(dǎo)用于交流會產(chǎn)生交流損耗，盡管如此，其綜合效率仍然高于常規(guī)變壓器。,.,應(yīng)用高溫超導(dǎo)儲能裝置,PART1電磁儲能所用性質(zhì)：超導(dǎo)材料的零電阻特性使其成為電流傳輸?shù)睦硐雽?dǎo)體。運用原理：線圈中通電時，其所存儲的能量與電流的平方和電感的乘積成正比，由于線圈導(dǎo)體有電阻，能量會以焦耳熱的形式消耗，而高溫超導(dǎo)在深冷狀態(tài)下電阻為零，不存在焦耳熱損耗，能量即可永久儲存。應(yīng)用背景：早在1978年美國就開始研究存儲能量為30MJ的超導(dǎo)電磁儲能設(shè)備，并于1984年并網(wǎng)運行，儲存電能釋放時效率達(dá)到95。,.,應(yīng)用高溫超導(dǎo)儲能裝置,PART1電磁儲能基本概況：現(xiàn)在的電力系統(tǒng)內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)大容量的儲能發(fā)電系統(tǒng)主要有抽水蓄能、壓縮空氣蓄能、飛輪蓄能和電磁蓄能四種，其中抽水蓄能因其簡單安全運用最為廣泛，然而最具有潛能并且效率最高的還是高溫超導(dǎo)電磁儲能。,.,應(yīng)用高溫超導(dǎo)儲能裝置,PART2飛輪儲能所用性質(zhì)：超導(dǎo)材料的零電阻特性使其成為電流傳輸?shù)睦硐雽?dǎo)體。運用原理：飛輪儲存的能量與其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動慣量成正比。采用高溫超導(dǎo)新材料制成的磁浮式推力軸承，可使飛輪和轉(zhuǎn)子等轉(zhuǎn)動部分在磁力懸浮狀態(tài)下無阻力高速旋轉(zhuǎn)?；靖艣r：飛輪儲能發(fā)電設(shè)備是僅次于抽水蓄能發(fā)電設(shè)備的一種大容量儲能系統(tǒng)，兩者基本原理結(jié)構(gòu)形式類似：都采用發(fā)電電機(jī)。但抽水蓄能是在用電低谷時將水送至高處，待到用電高峰再用其發(fā)電。而飛輪儲能則是在用電低谷是將發(fā)電電動機(jī)作為電動機(jī)來驅(qū)動飛輪旋轉(zhuǎn)；電網(wǎng)負(fù)荷高峰時，發(fā)電機(jī)又被飛輪驅(qū)動來發(fā)電。,.,問題,主要有兩個問題限制了YBCO在超導(dǎo)方面的應(yīng)用：第一，YBCO單晶有很高的臨界電流密度，至于多晶則很低（保持超導(dǎo)態(tài)時僅能通過很小的電流）。這是由材料的晶粒界面造成：當(dāng)晶界角大于約5時，超