研究生電子材料第二講課件

《電子材料》第二講導(dǎo)電材料授課提綱一、導(dǎo)電材料概述二、電阻材料三、超導(dǎo)材料1.導(dǎo)電材料的基礎(chǔ)知識(shí)定義及概念電阻率≤10-4Ω·m的材料定義為導(dǎo)電材料導(dǎo)電材料的分類固體：金屬固體、非金屬固體、部分有機(jī)高分子材料液體：電解質(zhì)水溶液、汞氣體：鈉、汞蒸汽，氖、氬等稀有氣體導(dǎo)電材料的主要應(yīng)用導(dǎo)線、接頭、電子元器件、熱電偶、熔斷、焊接、電池一、導(dǎo)電材料概述3金屬電導(dǎo)的機(jī)理經(jīng)典金屬導(dǎo)電理論：普通金屬元素通過(guò)提供外層價(jià)電子而相互結(jié)合，形成晶體，自由流動(dòng)的外層價(jià)電子成為電的載體。（麥克思斯韋爾－玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)理論）電流密度電子平均速率電子漂移速率電子平均自由行程5金屬電導(dǎo)的機(jī)理（續(xù)）量子力學(xué)導(dǎo)電理論：電子運(yùn)動(dòng)具有不連續(xù)性，服從鮑利不相容原理，電子沿金屬晶格點(diǎn)陣運(yùn)動(dòng)，具有波粒二象性特征。（費(fèi)米－狄克拉統(tǒng)計(jì)理論）體現(xiàn)出晶體中缺陷（雜質(zhì)、空穴、位錯(cuò)、晶界和裂紋等）對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的影響晶格振動(dòng)（由離子熱振動(dòng)引起）對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的影響6影響導(dǎo)電材料電阻的因素電阻與電阻率：電阻率只與材料本身有關(guān)相對(duì)電阻率：IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，導(dǎo)電率為1.7241×10-8Ω·m的標(biāo)準(zhǔn)軟銅作為100%導(dǎo)電率，來(lái)確定金屬的相對(duì)導(dǎo)電率電阻率的溫敏性：電阻或電阻率與溫度呈線性比關(guān)系（α為溫度電阻系數(shù)）雜質(zhì)對(duì)電阻率的影響：合金或雜質(zhì)都會(huì)導(dǎo)致電阻率上升導(dǎo)熱率對(duì)電阻率的影響：導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性相關(guān)7電碳材料石墨晶體、無(wú)定形碳黑、碳纖維、碳納米管、碳60、電接觸材料接觸材料的應(yīng)用：電刷、接點(diǎn)、開(kāi)關(guān)及真空開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)接觸材料焊接材料高溫焊接材料和低溫焊接材料錫/鉛基、錫/鋅基材料熔斷材料錫鉛基為主，還包含銅、鎘、銀、鉍等多種元素3.其它導(dǎo)電材料收縮電阻薄膜電阻9碳C60→新材料皇后1980年英國(guó)Sussex大學(xué)的微波光譜學(xué)家Kroto教授首次通過(guò)質(zhì)譜中存在著一批相應(yīng)于偶數(shù)碳原子的分子的峰（駝峰光譜），發(fā)現(xiàn)了C60的特征結(jié)構(gòu)。水溶性C60羧衍生物在可見(jiàn)光照射下具有抑制毒性細(xì)胞生長(zhǎng)和使DNA開(kāi)裂的性能，為其應(yīng)用于光動(dòng)力療法開(kāi)辟了廣闊的前景。C60—多肽衍生物可能在人類單核白血球趨藥性和抑制HIV-1蛋白酶兩方面具有潛在的應(yīng)用。水溶性C60－脂質(zhì)體對(duì)癌細(xì)胞具有很強(qiáng)的殺傷效應(yīng)。利用C60分子的抗輻射性能，將放射性元素置于碳籠內(nèi)注射到癌變部位能提高放射治療的效力并減少副作用。C60的氟衍生物C60F俗稱“特氟隆”，可做為“分子滾珠”和“分子潤(rùn)滑劑”在高技術(shù)發(fā)展中起重要作用。將鋰原子嵌人碳籠內(nèi)有望制成高效能鋰電池。碳籠內(nèi)嵌人稀土元素銪可望成為新型稀土發(fā)光材料。水溶性釓的C60衍生物有望做為新型核磁造影劑。C60及其衍生物可能成為新型催化劑和新型納米級(jí)的分子導(dǎo)體線、分子吸管和晶須增強(qiáng)復(fù)合材料。C60與環(huán)糊精、環(huán)芳烴形成的水溶性主客體復(fù)合物將在超分子化學(xué)、仿生化學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

10石墨烯→改變世界的新材料2004年，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫首次制備出了石墨烯。這是一種簡(jiǎn)單易行的新途徑，他們強(qiáng)行將石墨分離成較小的碎片，從碎片中剝離出較薄的石墨薄片，然后用一種特殊的塑料膠帶粘住薄片的兩側(cè)，撕開(kāi)膠帶，薄片也隨之一分為二。不斷重復(fù)這一過(guò)程，就可以得到越來(lái)越薄的石墨薄片，而其中部分樣品僅由一層碳原子構(gòu)成——他們制得了石墨烯。2010年為表彰這兩位科學(xué)家被諾貝爾授予物理學(xué)獎(jiǎng)。安德烈·海姆康斯坦丁·諾沃肖洛夫11二、電阻材料1.電阻材料概述定義及特征電阻率較高的導(dǎo)電材料主要用來(lái)制作標(biāo)準(zhǔn)電阻、變阻器、電熱器件和敏感電阻器件電阻材料的特點(diǎn)：溫度電阻系數(shù)盡可能小，阻值穩(wěn)定電阻材料的種類及應(yīng)用錳銅合金：一般用于制作高精電阻元器件康銅合金：電熱勢(shì)高，可用于制作熱電耦鎳鉻合金：用于制作薄膜電阻貴金屬合金：鉑基電阻、鈀基電阻、金基電阻，化學(xué)穩(wěn)定性好，主要用于制作繞阻器13固定電阻器碳膜電阻器：是由碳?xì)浠衔镌谡婵罩型ㄟ^(guò)高溫?zé)岱纸猓固荚诖少|(zhì)基體表面上沉積形成導(dǎo)電膜而制成。其特點(diǎn)是電阻阻值范圍寬（10Ω～10ΜΩ），可靠性較高，體積小，價(jià)格低廉。但其單位負(fù)荷功率較小，使用環(huán)境溫度較低。金屬膜電阻器：真空條件下，在陶瓷表面上蒸發(fā)沉積一層金屬氧化膜或合金膜而成。其特點(diǎn)是工作范圍廣（-55℃～+125℃），溫度系數(shù)小，噪聲低，體積小。線繞電阻器：是用鎳鉻合金、錳銅合金等電阻絲繞在絕緣支架上制成的在其外表涂有耐熱的釉層。其特點(diǎn)是功率大，能經(jīng)受高熱，本身產(chǎn)生的噪聲小，穩(wěn)定性也好。但其體積大，分布參數(shù)大14固定電阻器（續(xù)）金屬玻璃釉電阻器：這種電阻器是以金屬、金屬氧化物或難熔化合物作為導(dǎo)電相，以玻璃釉作粘結(jié)劑，與有機(jī)粘結(jié)劑混合成槳料，被覆于陶瓷或玻璃基體上，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，又稱厚膜電阻器。其特點(diǎn)是耐高溫、高壓、阻值范圍寬（100KΩ～100ΜΩ）、溫度系數(shù)小、穩(wěn)定可靠、耐潮濕性好。阻燃電阻器：這種電阻器是在電阻器的表面涂上一層含有阻燃劑的涂料。其特點(diǎn)是在火焰中不易燃燒（沒(méi)有火焰）。熔斷電阻器：是一種的雙功能元件，既有一般電阻器的功能，又有過(guò)負(fù)荷熔斷的功能。水泥電阻：這種電阻器是將電阻絲卷繞在陶瓷骨架上構(gòu)成一個(gè)電阻器的毛坯，將其裝入陶瓷外殼，再用類似于水泥的無(wú)機(jī)粘合劑填充，經(jīng)干噪、高溫固化而成。其特點(diǎn)是小體積大功率、耐燃、耐電弧、耐潮濕。15金屬的熱電效應(yīng)（續(xù)）熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)是由兩種導(dǎo)體的總接觸電勢(shì)和總湯姆遜電勢(shì)所組成，即：當(dāng)制作電偶的材料確定后，溫差電動(dòng)勢(shì)的大小就只決定于兩個(gè)接觸點(diǎn)的溫度差：電偶常數(shù)ABCC電位差計(jì)17金屬熱電耦的應(yīng)用及特點(diǎn)測(cè)量范圍廣：可以從4.2K(－268.950℃)的深低溫直至28000℃的高溫。如液態(tài)空氣的低溫或煉鋼爐溫(～2000℃)。測(cè)量精度高：因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。靈敏度和準(zhǔn)確度高(可達(dá)10-3℃)，特別是鉑銠—鉑熱電偶。受熱面積和熱容量可做得很小，如研究金相變化、小生物體溫變化，水銀溫度計(jì)則難于可比。構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便：熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開(kāi)頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。由于熱電偶測(cè)溫是將溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的測(cè)量，因而非常適用于自動(dòng)調(diào)溫和控溫系統(tǒng)。18背景資料溫差電：一門(mén)古老而又年輕的學(xué)科溫差電是研究溫差和電之間關(guān)系的科學(xué)，它是一門(mén)古老而又年輕的學(xué)科。構(gòu)成溫差電技術(shù)的基礎(chǔ)有三個(gè)基本效應(yīng)。1821年德國(guó)科學(xué)家塞貝克首先發(fā)現(xiàn)了溫差電的第一個(gè)效應(yīng)，人們稱之為塞貝克效應(yīng)，即兩種不同的金屬構(gòu)成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接頭存在溫差時(shí)，回路中將產(chǎn)生電流，這一效應(yīng)成為了溫差發(fā)電的技術(shù)基礎(chǔ)。今天我們經(jīng)常提到的電子致冷所依賴的珀?duì)柼?yīng)是法國(guó)科學(xué)家珀?duì)柼?834年發(fā)現(xiàn)的，它是塞貝克效應(yīng)的逆效應(yīng)。兩種不同的金屬構(gòu)成閉合回路，當(dāng)回路中存在直流電流時(shí)，兩個(gè)接頭之間將產(chǎn)生溫差。1845年湯姆遜發(fā)現(xiàn)了溫差電的第三個(gè)效應(yīng)，即當(dāng)一根金屬棒的兩端溫度不同時(shí)，金屬棒兩端會(huì)形成電勢(shì)差。后來(lái)人們稱它為湯姆遜效應(yīng)。溫差電現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)后將近一個(gè)世紀(jì)，并未得到實(shí)際應(yīng)用，原因是金屬的溫差電效應(yīng)非常微弱。溫差電技術(shù)的真正復(fù)興可以認(rèn)為從二十世紀(jì)30年代開(kāi)始，杰出的蘇聯(lián)物理學(xué)家約飛最早提出采用半導(dǎo)體材料作為溫差電換能材料，特別是首先提出的固熔體合金的概念，為溫差電技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用奠定了理論與技術(shù)基礎(chǔ)。19前蘇聯(lián)的俄羅斯、烏克蘭等國(guó)家在溫差發(fā)電和溫差致冷方面進(jìn)行了最廣泛的研究。隨著這些國(guó)家政治、經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的變革，他們的科研成果正從航天、軍事領(lǐng)域逐漸轉(zhuǎn)化到市場(chǎng)需求方面。美國(guó)也是溫差電技術(shù)的強(qiáng)國(guó)，而且該技術(shù)領(lǐng)域得到美國(guó)政府和軍方的支持。

目前，我國(guó)已經(jīng)成為世界上溫差電產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模最大的國(guó)家之一，產(chǎn)品的技術(shù)性能也接近國(guó)際先進(jìn)水平。以電子致冷飲水機(jī)為代表的溫差電致冷產(chǎn)品廣泛進(jìn)入了普通家庭，可以相信，溫差電技術(shù)必將得到更加廣泛的應(yīng)用。背景資料21溫差電技術(shù)發(fā)展新動(dòng)向微型溫差電器件是當(dāng)今溫差電技術(shù)的另一前沿。電子器件微型化和軍事應(yīng)用的迫切需要研制高熱流密度、高功率密度、快速響應(yīng)時(shí)間、低溫差時(shí)能產(chǎn)生高電壓的微型溫差發(fā)電組件。隨著計(jì)算機(jī)芯片越來(lái)越小，運(yùn)行速度越來(lái)越快，熱設(shè)計(jì)問(wèn)題也越來(lái)越重要，迫切需要一種能集成在芯片上的微型致冷組件。

按用途分，微型組件可分為微型溫差發(fā)電器、微型溫差電傳感器和微型溫差電致冷器。其工藝大致分3類，一是塊狀材料為基礎(chǔ)的工藝，二是薄膜和微電子機(jī)械工藝（MEMS），三是厚膜工藝。第一類以精工手表電池為代表，第二類以EG＆G公司熱電傳感器為代表，第三類以美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的微型組件為代表。可以預(yù)見(jiàn)，微型溫差電器件將有美好的應(yīng)用前景。22應(yīng)變敏感電阻材料當(dāng)電阻材料受力發(fā)生應(yīng)變時(shí)電阻也跟隨改變——力敏電阻?？点~、鎳鉻合金、鎳鉻鋁銅合金、鎳鉻鐵合金、鉑合金主要應(yīng)用于力敏傳感器溫度敏感電阻材料溫度電阻系數(shù)大的金屬及合金都可成為溫敏電阻材料鉑及其合金特別適合用于熱敏電阻器的制作發(fā)熱電阻材料電爐絲、電加熱棒常用鐵鉻鋁合金、鎳鉻合金、銅鎳合金靈敏系數(shù)23誰(shuí)發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象？1908年，荷蘭物理學(xué)家昂納斯首次成功地把稱為“永久氣體”的氮液化，因而獲得4.2K的低溫源，為超導(dǎo)準(zhǔn)備了條件。三年后即1911年，在測(cè)試純金屬電阻率的低溫特性時(shí)，他又發(fā)現(xiàn)，汞的直流電阻在4.2K時(shí)突然消失，多次精密測(cè)量表明，汞柱兩端電壓降為零，他認(rèn)為這時(shí)汞進(jìn)入了一種以零阻值為特征的新物態(tài)，并稱為“超導(dǎo)態(tài)”。昂納斯在1911年12月28日宣布了這一發(fā)現(xiàn)。但此時(shí)他還沒(méi)有看出這一現(xiàn)象的普遍意義，僅僅當(dāng)成是有關(guān)水銀的特殊現(xiàn)象。KammerlinghOnnes1853－1926，荷蘭人，LeydenUniversity教授1913年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)252.關(guān)于超導(dǎo)材料的重要物理概念邁斯納效應(yīng)邁斯納（Miesser）效應(yīng)又叫完全抗磁性，1933年由德國(guó)物理學(xué)家邁斯納（W.Meissner）和奧森菲爾德（R.Ochsebfekd）發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)體一旦進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，體內(nèi)的磁通量將全部被排出體外，磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為零，且不論對(duì)導(dǎo)體是先降溫后加磁場(chǎng)，還是先加磁場(chǎng)后降溫，只要進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，超導(dǎo)體就把全部磁通量排出體外。B=0(H+M)=0NNS降溫降溫加場(chǎng)加場(chǎng)S注：S表示超導(dǎo)態(tài)；N表示正常態(tài)邁斯納效應(yīng)的基體公式26邁斯納效應(yīng)（續(xù)）邁斯納和奧斯菲爾德在1933年研究處于超導(dǎo)態(tài)樣品體內(nèi)的磁場(chǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，不論是先降溫使樣品進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)再加磁場(chǎng)，還是先加磁場(chǎng)再降溫，當(dāng)樣品處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度總是等于零，磁感應(yīng)線完全被排出體外。即B=B0+μ0M=0。由此求得金屬在超導(dǎo)電狀態(tài)的磁化率為χ=μ0M/B0=1,是負(fù)值。以上B0是外加磁場(chǎng)H在真空中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。所以說(shuō),超導(dǎo)體是一個(gè)“完全抗磁體”，超導(dǎo)體的完全抗磁性稱為邁斯納效應(yīng)。邁斯納效應(yīng)發(fā)現(xiàn)的意義由于超導(dǎo)態(tài)的完全抗磁性與怎樣進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)的歷史無(wú)關(guān)，說(shuō)明超導(dǎo)態(tài)是一個(gè)熱力學(xué)平衡態(tài)。超導(dǎo)態(tài)的完全抗磁性是獨(dú)立于零電阻特性的另一特性，不可能從零電阻特性派生出完全抗磁性。超導(dǎo)態(tài)不是普通意義下的理想導(dǎo)體，完全抗磁性和零電阻特性是超導(dǎo)態(tài)兩個(gè)獨(dú)立的基本特性。27臨界磁場(chǎng)逐漸增大磁場(chǎng)到達(dá)一定值后，超導(dǎo)體會(huì)從超導(dǎo)態(tài)變?yōu)檎B(tài)，把破壞超導(dǎo)電性所需的最小磁場(chǎng)稱為臨界磁場(chǎng)，記為Hc。正常態(tài)HHc(0)Tc超導(dǎo)態(tài)29臨界電流超導(dǎo)體無(wú)阻載流的能力也是有限的，當(dāng)通過(guò)超導(dǎo)體中的電流達(dá)到某一特定值時(shí)，又會(huì)重新出現(xiàn)電阻，使其產(chǎn)生這一相變的電流稱為臨界電流，記為Ic。目前，常用電場(chǎng)描述Ic(V)，即當(dāng)每厘米樣品長(zhǎng)度上出現(xiàn)電壓為1V時(shí)所輸送的電流。Ic(V)IV失超30

超導(dǎo)體分類第一類超導(dǎo)體：只有一個(gè)臨界磁場(chǎng)，它們?cè)诔瑢?dǎo)態(tài)具有完全抗磁性和零電阻性。第二類超導(dǎo)體：它們?cè)赥<Tc，H<Hc1時(shí)處于超導(dǎo)態(tài)，H>Hc2時(shí)處于正常態(tài)，當(dāng)Hc1(T)<H<Hc2(T)時(shí)處于一種混合態(tài)，此態(tài)中具有零電阻特性，但不具備完全抗磁性。313.超導(dǎo)材料的研究進(jìn)展1911年昂納斯首次發(fā)現(xiàn)Hg后，現(xiàn)已有5000種超導(dǎo)材料，直到1973年，超導(dǎo)臨界溫度每年以0.3K提高1901—1932年：元素超導(dǎo)體，Pb、Sn、In、Ta、Nb、Ti等1932—1953年：合金、過(guò)渡金屬碳化物和氮化物1953—1973年：A15型(-鎢結(jié)構(gòu)，原子間距比一般晶體要小，態(tài)密度高等)，Tc>17K的V3Si、Nb3Sn，Laves型ZrV2、ZrRe2等70年代初Nb3(Al0.75Ge0.25)，Nb7Ga、NbGe等，最高Tc=23.2K1964年Schooley發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)氧化物超導(dǎo)體SrTiO3(0.4K),BaPb1-xBixO3(鈣鈦礦)、Li1+xTi2-xO4有機(jī)超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)：1980年的(TMTSF)2PF6，Tc=0.9K；1987年的(BEDT-TTF)2Cu(SCN)2，Tc=7.8K；1990年的C60321986年8月，IBM的蘇黎士研究室的米勒教授和貝德諾茲教授發(fā)現(xiàn)了一種銅氧化合物，它們?cè)?5K的溫度下電阻接近于0，一下子把超導(dǎo)溫度提高了12度；1986年12月，米勒教授和貝德諾茲教授發(fā)現(xiàn)了一種新型的陶瓷超導(dǎo)體(此前超導(dǎo)體都是金屬)，這種超導(dǎo)體把超導(dǎo)性的臨界溫度又提高到了38K。1987年初，美籍華人科學(xué)家朱經(jīng)武教授和他的學(xué)生吳茂琨發(fā)現(xiàn)了另外一種材料；釔－鋇－銅－氧化物，使超導(dǎo)記錄提高到了93K。在這個(gè)溫度區(qū)上，超導(dǎo)體可以用廉價(jià)而豐富的液氮來(lái)冷卻。目前中國(guó)在高溫超導(dǎo)材料研制方面仍處于世界領(lǐng)先地位。具體的成果有：釔鋇銅氧材料臨界電流密度可達(dá)6000A/cm2，同樣材料的薄膜臨界電流密度可達(dá)106A/cm2。利用自制超導(dǎo)材料已可測(cè)到2×10–8G的極弱磁場(chǎng)（這相當(dāng)于人體內(nèi)如肌肉電流的磁場(chǎng)），新研制的鉍鉛銻鍶鈣銅氧超導(dǎo)體的臨界溫度已達(dá)132K到164K，這些材料的超導(dǎo)機(jī)制已不能用BCS理論解釋，中國(guó)科學(xué)家在超導(dǎo)理論方面也正做著有開(kāi)創(chuàng)性的工作。334.超導(dǎo)的理論研究

現(xiàn)代超導(dǎo)微觀理論（BCS理論）超導(dǎo)現(xiàn)象一直是個(gè)迷，直到庫(kù)柏提出電子對(duì)概念后才得以解決。BCS理論由J.Barden,L.CooperandR.Schrieffer三位科學(xué)家提出。電子同晶體相互作用，在常溫下形成電阻。但在超低溫下，電阻由電子對(duì)相互作用產(chǎn)生。電子對(duì)（庫(kù)柏對(duì)）是關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)的，而不是獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的，因此不是通過(guò)因晶格缺陷或振動(dòng)（聲子）產(chǎn)生電阻，所以會(huì)出現(xiàn)零電阻現(xiàn)象。BCS理論的表述：超導(dǎo)電性源于固體中電子的配對(duì)，而電子配對(duì)的相互吸引作用源于電子和晶格振動(dòng)間相互作用，即交換虛聲子；配對(duì)發(fā)生在自旋相反動(dòng)量和為零的兩個(gè)電子間，即動(dòng)量凝聚。進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)的電子發(fā)生了深刻變化晶格起重要作用，電－聲的決定性345.超導(dǎo)材料的應(yīng)用利用超導(dǎo)材料的抗磁性，將超導(dǎo)材料放在一塊永久磁體的上方，由于磁體的磁力線不能穿過(guò)超導(dǎo)體，磁體和超導(dǎo)體之間會(huì)產(chǎn)生排斥力，使超導(dǎo)體懸浮在磁體上方。利用這種磁懸浮效應(yīng)可以制作高速超導(dǎo)磁懸浮列車。35超導(dǎo)材料最誘人的應(yīng)用是發(fā)電、輸電和儲(chǔ)能。由于超導(dǎo)材料在超導(dǎo)狀態(tài)下具有零電阻和完全的抗磁性，因此只需消耗極少的電能，就可以獲得10萬(wàn)高斯以上的穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)。而用常規(guī)導(dǎo)體做磁體，要產(chǎn)生這么大的磁場(chǎng)，需要消耗3.5兆瓦的電能及大量的冷卻水，投資巨大。超導(dǎo)磁體可用于制作交流超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、磁流體發(fā)電機(jī)和超導(dǎo)輸電線路等。高溫超導(dǎo)磁體

36超導(dǎo)技術(shù)在軍事上有著非常廣泛的應(yīng)用前景，隨著超導(dǎo)技術(shù)的日益成熟，有朝一日海軍潛艇的設(shè)計(jì)會(huì)發(fā)生根本性的變革，出現(xiàn)比今天的潛艇要先進(jìn)的多的超導(dǎo)潛艇。其外形尺寸可能只有今天潛艇的一半，但所裝備的數(shù)量將增加一倍；航速將會(huì)提高。而噪音卻大大降低而且超導(dǎo)體在傳輸過(guò)程中不會(huì)損失電力。同時(shí)，超導(dǎo)技術(shù)在解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題后，部分潛艇將采用電力推進(jìn)系統(tǒng)，常規(guī)潛艇將有可能采用閉式循環(huán)的熱氣機(jī)動(dòng)力，從而結(jié)束常規(guī)潛艇水下航行單純依賴蓄電池提供能量的時(shí)代。目前，法國(guó)海軍正在研制一種全動(dòng)力潛艇，既是一種隱蔽性能強(qiáng)、效率高、節(jié)能的電動(dòng)艦艇，預(yù)計(jì)將于10年后問(wèn)世。37超導(dǎo)計(jì)算機(jī)：高速計(jì)算機(jī)要求集成電路芯片上的元件和連接線密集排列，但密集排列的電路在工作時(shí)會(huì)發(fā)生大量的熱，而散熱是超大規(guī)模集成電路面臨的難題。超導(dǎo)計(jì)算機(jī)中的超大規(guī)模集成電路，其元件間的互連線用接近零電阻和超微發(fā)熱的超導(dǎo)器件來(lái)制作，不存在散熱問(wèn)題，同時(shí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度大大提高。此外，科學(xué)家正研究用半導(dǎo)體和超導(dǎo)體來(lái)制造晶體管，甚至完全用超導(dǎo)體來(lái)制作晶體管。38明天的超導(dǎo)應(yīng)用超導(dǎo)電磁炮超導(dǎo)高速公路超導(dǎo)芯片超導(dǎo)飛船超導(dǎo)“金霸王”39日本和美國(guó)都在積極研究開(kāi)發(fā)新一代超導(dǎo)線材，2005年前后將會(huì)開(kāi)發(fā)成功，并取代鉍系列超導(dǎo)線材而應(yīng)用在機(jī)器設(shè)備上。釔系列超導(dǎo)材料的制造技術(shù)已經(jīng)基本確立起來(lái)，正在開(kāi)發(fā)的有蓄電裝置和磁分離裝置等。目前，兩種最有前途的超導(dǎo)電子元件：其一是超導(dǎo)量子干涉元件，其二是單一磁通