近一个世纪以来超导材料和超导应用技术已经取得了快速的发展，超导技术的飞速发展带来了具有巨大市场潜力并对21世纪世界的经济、技术、产业产生深远的影响。

一、超导材料发展史

高温超导体通常是指在液氮温度（77 K）以上超导的材料。

1911年，荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯在荷兰莱登实验室在测量低温下金属的电导率时发现，将汞冷却到-268.98°C时，汞的电阻突然消失，后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林·昂尼斯称之为超导态，他也因此获得了1913年诺贝尔奖。

（荷兰物理学家-卡末林·昂尼斯）

超导现象的发现,引起了各国科学家的高度重视,并寄予很大期望。

但直到1986年以前,已知超导材料的最高临界温度只有23.2K,大多数超导材料的临界温度还要低得多,这样低的温度基本上只有液氮才能达到。因此,尽管超导材料具有革命性的潜力,但由于很难制造工程用的材料,又难以保持很低的工作温度,所以几十年来超导技术的实际应用一直受到严重限制。

1986年,年轻的物理学家贝特诺茨和缪勒在他们从奇妙的超导现象中获得启示,发现了一种镧铜钡氧陶瓷氧化物材料在比绝对零度高43度的较高温度下,即43K时,会出现超导现象。这一突破性发现导致了更高温度的一系列稀土钡铜氧化物超导体的发现。柏诺兹和缪勒也因为他们的开创性工作而荣获了1987年度诺贝尔物理学奖。

（年轻的物理学家贝特诺茨和缪勒）

1987年初华裔科学家朱经武和我国物理所赵忠贤等宣布了90K钇钡铜氧超导体的发现，第一次实现了液氮温度（77 K）这个温度壁垒的突破。

（我国物理学家赵忠贤）

接着,我国科学家又发现利用氟、氮、碳部分代氧,或把钪、锶和某些金属元素加在钆钡铜氧化物中,这样就有可能制出室温超导体，目前室温超导体正在持续不断的发展中。

二、超导材料的特性

1.零电阻性

通常，当材料的温度接近绝对零度时，物体的分子热运动几乎消失，材料的电阻接近零。即在足够低的温度和足够弱的磁场下，电阻率为零。

电阻为零的优势在于在输送电流时,不会造成电力损耗,用它可以制作出体积很小的发电机,送出的电流却很大。

2. 完全抗磁性

完全抗磁性也叫做迈斯纳效应。此效应是在1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德科学家共同发现了超导体的另一个极为重要的性质即当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。由于这个超导体具有抗磁性,磁铁的磁力线不能穿过超导体,结果就会在磁铁和超导体之间产生排斥力,这种排斥力使超导体悬浮在磁铁的上方。

目前我们乘坐的磁悬浮列车就用了超导体的这个特性制作出来的。

3.约瑟夫效应

1962年，B.D.约瑟夫逊计算了两边都是超导体结的隧道效应，得到以下重要结果：①在超导结中电子对可以通过氧化层形成超导电流，而结上并不出现电压，称为直流约瑟夫逊效应。在外磁场中，超导结的最大超导电流随磁场出现规律性的变化。②当结上加有电压U时，产生高频超导电流,效率为2eV/h（h为普朗克常数)，这称为交流约瑟夫逊效应。

1963年，C.D.安德森和J.H.罗厄尔在实验中观察到直流约瑟夫逊效应。罗厄尔又在实验中证实了最大超导电流与磁场的关系，约瑟夫逊的理论遂得到完全的证实。

针对超导材料的这些特性科学家们对超导材料的发展前景充满了信心,他们相信利用超导材料的这两个特性制成各种输电、发电、储能设备,将会大大节约能源和提高效率。

（超导材料及其应用领域）

三、高温超导材料分类及发展

截至目前，高温超导材料类别有La系（液氮温度35K）、Bi系（92K）Y系（液氮温度125K）、Hg系（135K)以及新发现的新型超导体MgB?（35K),目前市场上具有最好应用价值的为以Bi系、Y系、和MgB?。

1. Bi系高温超导材料

Bi系高温超导材料也称为第一代高温超导线（带）材，是一种陶瓷结构的材料，一般采用粉末套管法（PIT),将制备所需的粉末包裹在金属套管理，制备成导线，然后通过烧结形成超导导线。

（Bi系线（带）材制备工艺流程）

2. Y系高温超导材料

YBCO(或ReBCO）超导材料也是第二代高温超导带材，与第一代Bi系高温超导材料相比具有更好的高温磁场性能和制备成本更低以及较少的交流损耗。它在77K下的不可逆场达到了7T，高出 Bi-2223一个量级，因而在近年来受到了更多的关注和应用。

我国从十二五开始，大力发展高科技材料，越来越多的企业加入YBCO材料的研发与生产，让我国YBCO材料的制备技术进入到世界先进水平。

2015年由我国自主研发的第二代高温超导带材实现千米级生产，年产带材量可达600公里，这是我国首次实现具备世界领先水平的第二代高温超导材料规模量产，奠定了第二代高温超导材料的产业化基础。

2017年中科院电工所协同上海电气集团上海电机厂有限公司共同开展了高温超导发电机技术研究，并在此基础上研制了500kW高温超导发电机原理样机。该发电机为国内首台基于国产YBCO超导带材的高温超导发电机。

2021年，兰州大学周又和教授团队提出了绿色环保的YBCO超导材料高精度直接书写式3D打印方法，解决了非牛顿流体陶瓷浆料配比和流变控制难题，提高超导材料的制备效率。

对曦合超导公司来说，作为以超导技术改变未来的先行者公司，经过多年的技术沉淀，已掌握REBCO高温超导带材微米级别的机械切割和紫外激光切割设计与研制，并申请了相关发明专利。除此之外REBCO切割装置主要包括高精密切割系统，张力控制系统，卷对卷收放系统，高精度控制集成系统，导向系统和工控台等。

3.铁基超导材料

2008年高温家族再添新丁—铁基超导材料。

据悉铁基超导体在高场强电领域具有独特的优势，实用化价值较大。目前铁基超导线带材短样的最高传输临界电流密度为1.5×105A/cm2（4.2K，10T），已达到实用化水平，在利用高温超导线缆输电和制造大型高场磁体、高分辨率磁共振成像、可控核聚变、高能粒子加速器、磁悬浮列车等领域拥有广泛的应用前景。

四、高温超导材料的技术应用

高温超导材料的应用通常分为2大类：强电应用和弱电应用。

强电应用主要基于高温超导材料的零电阻和完全抗磁性等特点在电力能源、交通运输、生物医学、高能物理等方面取得了很大的发展。

弱电应用主要基于约瑟夫效应磁通量子化等特点应用在电子学和通讯。

我国的超导材料技术发展及制备在经历了全球性超导热之后，在众多科学家们和企业的努力下，在材料制备工艺上已经拥有诸多知识产权，与国际先进水平的差距较小，产业化发展稳步提升。