材料科學(xué)

1、新材料超導(dǎo)材料有些材料當(dāng)溫度下降至某一臨界溫度時(shí)，其電阻完全消失，這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)電性，具有這種現(xiàn)象的材料稱為超導(dǎo)材料。超導(dǎo)體的另外一個(gè)特征是：當(dāng)電阻消失時(shí)，磁感應(yīng)線將不能通過超導(dǎo)體，這種現(xiàn)象稱為抗磁性。一般金屬（例如：銅）的電阻率隨溫度的下降而逐漸減小，當(dāng)溫度接近于0K時(shí)，其電阻達(dá)到某一值。而1919年荷蘭科學(xué)家昂內(nèi)斯用液氦冷卻水銀，當(dāng)溫度下降到4.2K（即269℃）時(shí)，發(fā)現(xiàn)水銀的電阻完全消失，超導(dǎo)電性和抗磁性是超導(dǎo)體的兩個(gè)重要特性。

2、使超導(dǎo)體電阻為零的溫度稱為臨界溫度（TC）。超導(dǎo)材料研究的難題是突破“溫度障礙”，即尋找高溫超導(dǎo)材料。以NbTi、Nb3Sn為代表的實(shí)用超導(dǎo)材料已實(shí)現(xiàn)了商品化，在核磁共振人體成像（NMRI）、超導(dǎo)磁體及大型加速器磁體等多個(gè)領(lǐng)域獲得了應(yīng)用；SQUID作為超導(dǎo)體弱電應(yīng)用的典范已在微弱電磁信號(hào)測量方面起到了重要作用，其靈敏度是其它任何非超導(dǎo)的裝置無法達(dá)到的。但是，由于常規(guī)低溫超導(dǎo)體的臨界溫度太低，必須在昂貴復(fù)雜的液氦（4.2K）系統(tǒng)中使用，因

3、而嚴(yán)重地限制了低溫超導(dǎo)應(yīng)用的發(fā)展。高溫氧化物超導(dǎo)體的出現(xiàn)，突破了溫度壁壘，把超導(dǎo)應(yīng)用溫度從液氦（4.2K）提高到液氮（77K）溫區(qū)。同液氦相比，液氮是一種非常經(jīng)濟(jì)的冷媒，并且具有較高的熱容量，給工程應(yīng)用帶來了極大的方便。另外，高溫超導(dǎo)體都具有相當(dāng)高的磁性能，能夠用來產(chǎn)生20T以上的強(qiáng)磁場。超導(dǎo)材料最誘人的應(yīng)用是發(fā)電、輸電和儲(chǔ)能。利用超導(dǎo)材料制作超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的線圈磁體制成的超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，可以將發(fā)電機(jī)的磁場強(qiáng)度提高到5~6萬高斯，而且?guī)缀鯖]有能

4、量損失，與常規(guī)發(fā)電機(jī)相比，超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量提高5~10倍，發(fā)電效率提高50%；超導(dǎo)輸電線和超導(dǎo)變壓器可以把電力幾乎無損耗地輸送給用戶，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前的銅或鋁導(dǎo)線輸電，約有15%的電能損耗在輸電線上，在中國每年的電力損失達(dá)1000多億度，若改為超導(dǎo)輸電，節(jié)省的電能相當(dāng)于新建數(shù)十個(gè)大型發(fā)電廠；超導(dǎo)磁懸浮列車的工作原理是利用超導(dǎo)材料的抗磁性，將超導(dǎo)材料置于永久磁體（或磁場）的上方，由于超導(dǎo)的抗磁性，磁體的磁力線不能穿過超導(dǎo)體，磁體（或磁場）

5、和超導(dǎo)體之間會(huì)產(chǎn)生排斥力，使超導(dǎo)體懸浮在上方。利用這種磁懸浮效應(yīng)可以制作高速超導(dǎo)磁懸浮列車，如已運(yùn)行的日本新干線列車，上海浦東國際機(jī)場的高速列車等；用于超導(dǎo)計(jì)算機(jī)，高速計(jì)算機(jī)要求在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)產(chǎn)生大量的熱量，若利用電阻接近于零的超導(dǎo)材料制作連接線或超微發(fā)熱的超導(dǎo)器件，則不存在散熱問題，可使計(jì)算機(jī)的速度大大提高。晶體結(jié)構(gòu)。非晶金屬具有非常優(yōu)良的磁性能，它們已用于低能耗的變壓器、磁性傳感器

6、、記錄磁頭等。另外，有的非晶金屬具有優(yōu)良的耐蝕性，有的非晶金屬具有強(qiáng)度高、韌性好的特點(diǎn)。2永磁材料（硬磁材料）永磁材料經(jīng)磁化后，去除外磁場仍保留磁性，其性能特點(diǎn)是具有高的剩磁、高的矯頑力。利用此特性可制造永久磁鐵，可把它作為磁源。如常見的指南針、儀表、微電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、錄音機(jī)、電話及醫(yī)療等方面。永磁材料包括鐵氧體和金屬永磁材料兩類。鐵氧體的用量大、應(yīng)用廣泛、價(jià)格低，但磁性能一般，用于一般要求的永磁體。金屬永磁材料中，最早使用的是高碳鋼，但

7、磁性能較差。高性能永磁材料的品種有鋁鎳鈷（AlNiCo）和鐵鉻鈷（FeCrCo）；稀土永磁，如較早的稀土鈷（ReCo）合金（主要品種有利用粉末冶金技術(shù)制成的SmCo5和Sm2Co17），以及現(xiàn)在廣泛采用的鈮鐵硼（NbFeB）稀土永磁，鈮鐵硼磁體不僅性能優(yōu)，而且不含稀缺元素鈷，所以很快成為目前高性能永磁材料的代表，已用于高性能揚(yáng)聲器、電子水表、核磁共振儀、微電機(jī)、汽車啟動(dòng)電機(jī)等。納米材料納米本是一個(gè)尺度，納米科學(xué)技術(shù)是一個(gè)融科學(xué)前沿的高技

8、術(shù)于一體的完整體系，它的基本涵義是在納米尺寸范圍內(nèi)認(rèn)識(shí)和改造自然，通過直接操作和安排原子、分子創(chuàng)新物質(zhì)。納米科技主要包括：納米體系物理學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)、納米力學(xué)七個(gè)方面。納米材料是納米科技領(lǐng)域中最富活力、研究內(nèi)涵十分豐富的科學(xué)分支。用納米來命名材料是20世紀(jì)80年代，納米材料是指由納米顆粒構(gòu)成的固體材料，其中納米顆粒的尺寸最多不超過100納米。納米材料的制備與合成技術(shù)是當(dāng)前主要的研究方向，雖然

9、在樣品的合成上取得了一些進(jìn)展，但至今仍不能制備出大量的塊狀樣品，因此研究納米材料的制備對其應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用。1納米材料的性能物化性能納米顆粒的熔點(diǎn)和晶化溫度比常規(guī)粉末低得多，這是由于納米顆粒的表面能高、活性大，熔化時(shí)消耗的能量少，如一般鉛的熔點(diǎn)為600K，而20nm的鉛微粒熔點(diǎn)低于288K；納米金屬微粒在低溫下呈現(xiàn)電絕緣性；鈉米微粒具有極強(qiáng)的吸光性，因此各種納米微粒粉末幾乎都呈黑色；納米材料具有奇異的磁性，主要表現(xiàn)在不同粒徑的納米