8.1. 日本磁悬浮列车 10

8.2. 德国磁悬浮列车 10

8.3. 中国的磁悬浮列车 11

9. 什么是磁阻尼 11

10. 超导磁悬浮车的制备与研究 11

10.1. 高温超导材料 11

10.2. 制备方法——固相反应法 11

10.3. 制备磁悬浮小车与设计轨道 14

10.4. 动力装置制备 15

11. 研究目的与意义 16

12. 结论 17

参考文献 18

致谢 19 

1. 引言

高温超导的应用还处于起步阶段，但蕴含着巨大潜力。特别超导材料所具有的零电阻性和完全抗磁性具有重要的研究与应用价值。磁悬浮列车就是超导的在交通方面的应用之一。它具有安全、高速、噪音低等优点。目前，德国和日本磁悬浮列车已进入到实用性阶段。随着超导研究的深入，新的超导材料也必将会被发现并应用，将给人类带来无尽的福祉。

2. 什么是超导

超导是指一些物质在一定温度条件下（一般为较低温度）电阻降为零的性质。换而言之，就是当我们把超导材料的温度降到某个特定温度以下的时候，超导材料电阻突降为零的性质,我们将此时超导材料的状态称为“超导态”如图1所示。同时若该超导体处于某一磁场中，该超导体磁感应强度对外显示为零，因为该超导材料会将把原来处于体内的磁场排挤出去，最终表现为完全抗磁性，如图2所示。一旦导体进入超导态，就会把全部的磁通量排除体外，不论对导体是先加磁场后降温，还是先降温后加磁场，我们将这种现象称为迈斯纳效应。因此只有当零电阻态和完全抗磁性同时满足时才能被视为超导体。超导态开始出现的温度一般称为超导临界温度，符号表示为Tc。根据临界温度的不同，我们认为的将超导材料可以分为：高温超导材料和低温超导材料。

3. 超导材料的发展背景

超导的发现以及发展，与低温条件的获得有着紧密的联系。传统的低温环境主要通过液化气体来实现，比如液氢的沸点是20 K。荷兰莱顿实验室的昂内斯（Karmerlingh Onnes）等人在1908年成功液化了氦气，并获得液氦的沸点为4.2 K。通过对液氦进一步进行节流膨胀后，从而获得低至1.5 K 的低温环境。随后在1911年，昂内斯等人当温度降至4.2K 以下时，仪器几乎测量不到汞的电阻值，给我们的表象可认为其电阻变为零。他把汞的这种新的状态称为“超导态”。由此，金属汞作为第一个超导体就此被发现，其Tc 为4.2K。同时，这一伟大的发现也导致了一门新学科的诞生——超导物理学。

自从超导现象发现之后，人们又开始研究其他金属以及合金在低温状态下是否也具有超导状态。最终，人们发现超导现象在大部分金属中都是存在的，有一些材料在常压、低温条件下即可实现超导，还有的需要在高压、低温条件下才会出现超导电性。在元素周期表内，除部分元素以外，大部分常见金属和非金属元素都可实现超导。但因为金属和合金以及简单金属化合物当达到超导态时的，其临界温度都很低。以至于到1986 年为止，人们发现Tc 最高的化合物是Nb3Ge，Tc = 23.2 K。因此为了维持超导态，必须依靠液氦来维持低温环境，严重阻碍了超导研究、应用及其发展。但人们从未放弃寻找，开始探索高温超导的历程。终于在1986 年，位于瑞士苏黎世的IBM 公司的柏诺兹（J. Bedsore）和缪勒（K. Mueller），选择在一般认为导电性不好的陶瓷材料中去探索超导电性。结果他们在La-Ba-Cu-O 体系中第一次发现了可能存在的超导电性，且其Tc 高达35 K。紧接着，1987 年2 月，美国休斯顿大学的朱经武、吴茂昆研究组和中国科学院物理研究所的赵忠贤研究团队分别独立发现在YBa2Cu3O7-x体系存在90 K 以上的Tc，超导研究首次成功突破了液氮温区(液氮的沸点为77 K)，使得超导的大规模研究和应用成为可能。之后，1988 年盛正直等人在Tl-Ba-Ca-Cu-O 体系中发现，当其达到超导态时，Tc=125K；1993 年席林（Schilling）等在Hg-Ba-Ca-Cu-O 体系再次刷新Tc记录至135 K；1994 年，朱经武研究组借助高压条件，把Hg2Ba2Ca2Cu3O10 体系的Tc 提高到了164 K，而这一最高Tc 纪录一直保持至今。铜氧化合物超导体具有较高的超导临界温度（突破传统理论设定的40 K 极限）比起常规的金属和合金超导体（一般称为传统超导体），因此被称为高温超导体。事实上，还在其他材料中也发现了超导现象。目前我们识别到的超导体具体有：金属和合金超导体、铜氧化合物超导体、重费米子超导体、有机超导体、铁基超导体以及其他氧化物超导体等。我们将各种具有代表性超导体的Tc并与其对应的发现年代总结在图3中。