material 版 (精华区)

发信人: sunzy (你听过等巴士的故事吗?), 信区: material
标  题: 未来15年的超导技术(转载)
发信站: 听涛站 (2001年08月31日11:11:16 星期五), 站内信件

【 以下文字转载自 MSE_express 讨论区 】
【 原文由 sunzy 所发表 】

未来15年的超导技术
　　1987年，在世界性的高温超导研究热潮中，我们曾预计20年后高温超导材料将会广
泛应用，当时觉得太长太远。10年过去了，依据高温超导材料的研究与开发的进展，预
计到2010年左右，一个相当规模的超导工业将会出现。
　　超导材料分为低温超导材料(在液氦温区运行)和高温超导材料(在液氮温区运行)两
大类。超导成为一门实用技术开始于60年代，80年代后期液氮温区超导电性的发现加速
了这门实用技术的发展。很多国家的科技专家认为超导技术将是下个世纪20几种关键技
术之一，并将形成一门新的高技术产业。据国际超导工业高峰会议连续三年预测，按不
变价格计算，世界范围的超导产品1995年为10亿－20亿美元，2010年将达到600亿－900
亿美元，而到2020年将到1500亿－2000亿美元。目前，超导产品主要还是利用液氦温区
的超导技术，如医用核磁共振成像的超导磁体，但是液氮温区的超导材料的实际应用也
正在逐步进入市场。预测到2020年全部超导产品中，高温超导约占60％－70％，低温超
导仍占30％－40％。超导技术将主要应用于能源(超导输电、超导储能、超导电机等)，
交通(磁悬浮列车、船舶磁推进器)，医疗卫生(核磁共振成像、生物磁仪器等)，电子技
术(超导微波技术应用、各类超导传感技术、半导体—超导体集成电路、超导计算元件等
)，重大科学工程(加速器、受控热核装置等)和国防技术(超导反潜、扫雷、飞船再入、
电磁推进、通讯及制导等)。根据高温超导体可以在液氮温区工作的特点，科学家们开发
了一些新的应用方向，如用高温超导体的块材(指熔融结构及准单晶)制成高温超导永久
磁体、超导磁悬浮，与半导体集成器件结合的高温超导微波器件，核磁共振的探测线圈
等。作为一种物质存在的形态，超导电现象的应用现在还是刚刚开始，还会有许多现在
未被预见到的应用的可能，在社会及经济发展中将会产生重大的作用。
　　在下世纪初，我国的能源、医疗卫生、电子技术和科学仪器等方面将会迫切需要超
导技术。美国、日本等国家关于超导产品的市场估计，均把我国作为重要市场之一。能
否抓住超导技术发展提供的历史性的机会、争取在这一新兴高技术产业中占有一席之地
，是我国超导技术发展面临的一个重要问题。
　　我国从60年代初开始了超导电性的科学研究和应用开发。80年代中期，我国科学界
在液氮温区超导材料的发现上作出了国际公认的贡献。近十年来，在液氮温区超导电性
的研究开发，包括新材料的探索、材料的物理与化学性质的研究、实用成材技术的研究
、薄膜技术、器件物理和技术等方面，我国都进行了比较深入系统的工作，在某些方面
仍处在国际先进水平。但在向产业化发展方面，存在很多问题。
　　由于低温制冷技术的发展，以及低温超导体具有的特性，高温超导材料不可能完全
取代低温超导材料，但高温超导材料将逐渐占据主要地位。根据我国的情况和国际低温
超导技术成熟及产品相对饱和的现状，我们应以高温超导技术发展为主，以形成在国际
上有竞争力的有较大规模的产业。
　　目前，体现高温超导应用前景的一些重要进展有如下几个方面：
　　用Bi－2223(Bi2Sr2Ca2Cu3Oy)材料制备的电缆，短样的临界电流密度已达5.8(104A
/cm2(77K))，而几百米至一千米长的电缆全电流密度已达8000A/cm2(77K)，达到了应用
的要求。制备Y系(YBa2Cu3O7)带材也发展了新技术。线材是电力工业应用的基础，控制
线材质量的关键是原料及工艺的精密控制，自然也有为提高载流能力的关键科学技术问
题需要解决。基于目前的材料制备水平，一些工业试验性的装置已在试用，如并入日内
瓦电网试验的650千伏安的高温超导变压器，电厂的大电流开关等。主要的开发领域为短
距离大电流低压输电(预计三年左右将会有商业的输电电缆)、平衡电网用的小型储能线
圈装置(一个小型高温超导储能线圈已在欧洲试验)、交流同步电机、高场磁体等。
　　利用NdBa2Cu3O7(123相超导体)做的准单晶，通过冻结磁场方法，在液氮温度下已制
成了3万高斯的永久磁体，下一步的目标是在77K冻结5万高斯以上的磁场。这些进展必将
对能源(储能、电机)、交通(如磁悬浮列车)、国防(如扫雷、磁屏蔽等)诸领域发挥重大
影响。绝大多数的稀土元素都可以制成123结构的高温超导准单晶，包括非常便宜的镧。
而一块直径35毫米厚15毫米的准单晶价格均在1000美元以上。若与其他技术结合起来，
如与永磁材料结合起来，会形成很大的产业。我国在单晶生长方面有丰富的经验，因此
这一方面的产业化是非常有潜力的。
　　在电子器件方面的进展较为突出的是微波器件，特别是无源微波器件。民用方面最
有前景的是可移动通信系统的地面站用的微波器件，如滤波器等。超导滤波器损耗小，
抗邻频干扰能力强，谐振器Q值高(在几千MHz范围内，其Q值可达40000－100000)。最近
美国一通信公司使用了高温超导滤波器，其通话能力提高了一倍。美国在1995年蜂窝电
话(即大哥大)的用户已超过1000万，并以每年百分数两位数以上的速度上升。几家开发
超导技术的公司，集中力量进行有关超导移动通信设备的研制。STI公司最近启用了180
00平方英尺的生产车间，年底的生产能力将达3台/天。以GSM为代表的第二代移动通信网
的容量已明显不足，超导技术是解决这个问题的重要手段。对第三代移动通信，超导技
术仍将是重要的。欧洲1996年提出以SUCOM命名的高温超导通信系统研究计划，包括两所
大学、三个研究所和四家商业公司、五个国家，目标是为第三代移动通信系统研制新型
高温超导器件。
　　我国移动通信发展很快，用户超过2000万，但外国公司占领了绝大部分关键设备的
市场。我国自主开发的M30－G数字蜂窝交换系统已通过了部级生产定型鉴定，在移动通
信设备生产方面迈出了可喜的一步。我国也面临容量不足和抢占未来市场的问题。就超
导技术本身，我们已掌握了关键技术，但该产业能否在中国形成的关键是该领域产业部
门的积极参与及支持。国际关注的和得到较强支持的，还有电子对抗、雷达、导弹制导
等方面的应用研究。在卫星通信及国防应用方面，超导技术会发展到一个新的水平。
　　在微弱电磁信号检测方面，低温超导器件早已有商品，高温超导器件性能已提高到
了可以应用的水平。利用超导量子隧道效应制备的器件是最灵敏的电磁信号检验元件，
最好的低温超导体制备的超导量子干涉仪可检测的能量分辨率已接近了量子力学测不准
原理的水平。高温超导量子干涉磁强计的灵敏度已达30fT/Hz1/2。地球的磁场为5×10－
5T，换言之，高温超导量子干涉磁强计可以检测地球磁场几十亿分之一的变化，可用于
脑磁图、心磁图的检测，金属内部缺陷的检测，特别是飞机零部件及汽车部件的检测。
此外，还可与半导体及其他性质材料结合开发新的微电子器件以及与约瑟夫森(Josephs
on)效应的有关超导器件等，例如最快速的模数转换器，是用超导的约氏阵列器件实现的
，并已初步在特殊部门使用。需要说明的是，高温超导器件不可能作为一种单一的技术
进行应用，必须与其他技术及材料结合起来，才能形成产业。
　　未来15年，我国的主要需求在通信、交通、能源以及医学和电子技术等领域。国外
把市场盯在中国，而我们在未来可能的巨大市场中能够占多少份额，又如何去占领呢?未
来5年的决策和行动将是关键。超导技术不可能作为单一的技术发展及形成产业，必须与
其他的技术及应用结合起来，全盘考虑和规划是必需的。根据我国未来10－15年可能达
到的工业水平、国民经济发展及国防现代化的需求，也根据我国的优势及特长，经过努
力，一个有规模、有竞争力的以超导技术为基础的产业是完全可以形成的。

--
与其咒骂黑暗，不如燃一支明烛。。。
sunzy.dhs.org:8000
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
※ 来源:·听涛站 tingtao.dhs.org·[FROM: 匿名天使的家] --
※ 转载:·听涛站 tingtao.dhs.org·[FROM: 匿名天使的家]