高溫超導的案例
熟悉了這些，通吃 COMSOL一切思路！
根據法拉第電磁感應定律和本構方程有:
可以寫為:
根據全電流定律有:
可以寫為:
根據歐姆定律有:
綜上，可以推出:
Vol.02 參數設置
仿真參數設置都是以上海超導生產的第二代高溫超導帶材為依據，在 COMSOL Multiphysics 有限元仿真軟件中建立一根超導帶材的仿真模型。
上海超導帶材的參數見表 1。由于生產廠家考慮安全因素給定的臨界電流為多次實驗測得的臨界電流最小值，并不能真實地反映超導帶材臨界電流，首先對超導帶材進行臨界電流測試，實驗得到超導帶材的臨界電流為 598 A，擬合的 n值為 30，仿真模型中的參數設置采用實驗所得數據。
表 1 上海超導帶材測試樣品參數
建立單根超導帶材的二維仿真模型時，選擇空間維度為二維，使用一般形式的偏微分方程的物理場，研究形式為瞬態，以上海超導生產的第二代高溫超導帶材的規格為設置參數的依據，利用COMSOL 中的幾何繪圖部分繪制寬度為 10 mm，厚度為 0． 1 mm，得到扁平的矩形帶材結構，在帶材外設置足夠大的圓形空氣域。設置臨界電流為598 A，n 值為 30，頻率為 50 Hz，真空磁導率為1． 256 6 × 10 － 6，空 氣 電 阻 率 為 1 Ω · m。
展開 -23℃，高溫超導記錄再次被突破！
圖Mikhail Eremets
根據自然雜志網站報道，德國馬普化學研究所的 Mikhail Eremets 及其同事，在最新研究中觀察到了氫化鑭（LaH10）在 250 開爾文（-23 ℃）的相對悶熱溫度下的超導作用。這一溫度要比現在北極的溫度暖和得多。
這意味著，超導體的研究在向“室溫超導”的道路上邁出了一大步。但需要注意的是，研究樣本必須在170吉帕（相當于地心壓力的一半）的巨壓之下才會出現超導作用。
文章鏈接：
https:/www.nature.com/articles/d41586-018-07831-x
1911年，荷蘭物理學家昂尼斯（H.K.Onnes）第一次發現超導現象和超導體。隨后，在原理探索上，John Bardeen，Leon Neil Cooper和John Robert Schrieffer 3位美國科學家于1957年提出BCS超導理論。基于這一理論，科學家 McMillan提出超導轉變溫度可能存在上限，一般認為不會超過 40K（-223.15℃）。
但隨后，科學家不斷推高超導材料的溫度，此前的最高溫度是1994年朱經武研究組在高壓條件下創造的164K（-109.15℃）記錄。
埃雷米茨的發現，進一步佐證了預測超導體溫度上限的理論方法的正確性。雖然人類距離真正應用超導還有“十萬八千里”，但我們正在步步逼近“室溫超導”，這項技術成熟時，將給電線電纜等基礎設施領域帶來巨大改變。
展開 《PRL》銅基高溫超導電性理論獲進展！
在銅基高溫超導體中，一個廣泛的共識就是超導來源于2維CuO2面。從80年代發現銅基高溫超導體起，大量的實驗表明銅基超導是一個存在節點的d波配對超導體，其中著名的實驗包括美國IBM實驗室崔章琪等人在三晶約瑟夫森結中發現的自發量子化磁通實驗[1]。2016年，清華大學薛其坤（今天剛獲得 2018年度國家自然科學獎一等獎，詳情請看今天推送的第一條文章）院士團隊成功地利用分子束外延技術在d波Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi2212)超導襯底上生長出單層CuO2面[2]. 不同于在d波超導體中的節點V型局域態密度，掃描電子顯微鏡（STM）在單層CuO2面上發現無節點U型局域態密度。這一實驗結果對銅基高溫超導體中已經廣泛認可的CuO2面d波配對超導體提出新的挑戰。
最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心凝聚態理論與材料計算重點實驗室胡江平研究員（T06組）與美國波士頓學院汪自強教授、波士頓學院蔣坤博士后和德國維爾茨堡大學吳賢新博士后（物理所博士）合作，通過理論計算發現在Bi2212上的單層CuO2面是一個多軌道引起的全能隙，無節點高溫超導體。首先，密度泛函理論計算表明，CuO2/Bi2212界面上存在著大量的電荷轉移，使得CuO2單層高度過摻雜到3d8Cu3+狀態附近。
在常規銅基超導中，Cu處于3d9Cu2+狀態附近。通常可以通過構建單帶以d_x2-y2為主的Zhang-Rice單態描述CuO2的電學性質。但在3d8Cu3+狀態情況下，Cu的d_x2-y2和d_3z2-r2軌道都變得很重要。通過構建一個eg兩軌道模型發現高度過摻雜CuO2單層存在兩個不同費米面。在布里淵區中心Γ點和邊角M點，分別存在一個電子型費米面（Γ）和一個空穴型費米面（M）。借鑒鐵基超導中S±波配對經驗，CuO2單層同樣也可以得到S±波配對。
展開 電子陶瓷的應用前景及發展趨勢詳解
其中熱敏電阻元件被廣泛應用于工業電子設備及家用電器產品中；氣敏陶瓷則主要用于肉類的鮮度鑒定和酒類識別；而濕敏陶瓷傳感器主要應用于食品加工、空調、輕紡等方面；壓敏陶瓷主要在超導移能、高壓穩壓，無間隙避雷器等方面應用。除此之外，半導體陶瓷在航空航天、電子通信、儀器儀表、雷達等領域也有很重要的應用。
高溫超導陶瓷
在交通運輸、電力系統、環保醫藥、電子工程、高能核實驗和熱核聚變等方面，高溫超導陶瓷都有著廣泛的應用。比如電力系統方面，利用超導陶瓷的零電阻特性，可承擔超導線圈、輸配電、超導發電機等功能。在環保醫藥方面，可以利用超導體儀進行無害化處理、廢水凈化。在高能核實驗和熱核聚變方面，可利用超導體制造探測粒子運動徑跡的儀器，也可利用超導體的強磁場使粒子加速獲得高能粒子。在電子工程方面，可以制成超導、超導場效應晶管、超導量子干涉器、超導磁通量子器件等器件。此外，將高溫超導應用于超高頻可用作毫米波通信，將會使電視畫面更清晰。
展開 
基于comsol的多芯扭轉超導復合線力學分析 ￥1650
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</div><p> 研究超導態在外加的磁場中行為之后，知道超導態可以被外加磁場所破壞，才認識道超導態是由于傳輸電流自身產生的磁場H超過超導體的臨界磁場Hc,使其超導態受到破壞，根本無法通過大的電流。必須在超導材料加工過程中加以解決.</p><p> 從穩定性角度來看，由于超導細絲內流動著永不衰減的屏蔽電流，它使磁場無法穿透到導體內部，是導體不穩定性的起因.因此若能設法使磁場以某種形式穿透到導體內部.也就消除了不穩定的根源.經分析和實驗得知，只要將導體沿它的軸向按一定的扭距扭轉，磁場就可向扭轉的復合體內部穿透.這就是多芯扭轉超導復合線產生的原因。</p><p> 對于Nb-Ti合金材料用上述方面可產生多芯扭轉超導復合線.對于Nb3Sn材料.多采用青銅法(固態擴散法)制備.可以得到多芯線.這種組合線最后經過機械扭轉，最后在700℃處理幾小時可到的到多芯Nb3Sn超導扭轉復合線。</p><p> 現在高溫超導材如Bi(2223)，也是參照低溫超導材料多芯，細絲加工方法，制備Bi(2223)多芯帶材。只是在在組裝電纜時，不是直線，而是按一定角度螺旋排放。也取得良好效果。</p><p> 相信隨著高溫超導材料進一步研發，它在國計民生將起到越來越重要的作用。
展開 蘭大《Nature》子刊：超導帶材損傷演化檢測技術突破性進展！
YBCO二代高溫超導帶材因其具有高臨界轉變溫度、高不可逆磁場和高載流能力，已成為國際學界高度關注并競相開發應用的一類高性能超導材料，以期用于提升如REBCO高場磁體(如圖1(a))、超導電機、超導電纜等電磁裝置的更高性能。
圖1. YBCO二代高溫超導帶材(b)制備的典型超導磁體(a)和蘭州大學提出的極端加載環境下超導帶材原位磁光法損傷檢測的示意圖(c)。
由于YBCO二代高溫超導帶材是一典型的層合材料，如圖1(b)所示，其脆性超導薄層通過沉積在具有較高力學性能的哈氏合金基底上、然后用金屬銀和銅層進行包覆來保證其在使役環境下的力學變形與載流需求。然而，這些超導電磁裝置在極端使役環境下（即極低溫、強電流和高磁場）的力學變形不可避免地存在熱失配應力和強電磁應力等因素的材料損傷破壞行為，進而制約著這類超導材料及其磁體性能的提升與穩定運行。為此，如何有效檢測出極端低溫和強磁場受力條件下的材料損傷起源與裂紋演化就成為當前這類材料獲得所期待的有效工程應用的一重要環節。
由于金屬包覆層阻止了對超導層裂紋的直接觀測和損傷的定位，通常的實驗測量手段均難以直接應用于這一觀測研究。
展開 南科大劉奇航＆科羅拉多大學PRL：Kagome量子自旋液體的電子摻雜在帶隙中產生局域態
該實驗表明了需要新的量子自旋液體候選材料通過共振價鍵理論來實現金屬性和高溫超導性。
文獻連接：Electron Doping of Proposed Kagome Quantum Spin Liquid Produces Localized States in the Band Gap（Physical Review Letters, 2018, DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.186402）
PNAS: 中國學者在拓撲外爾半金屬晶體中發現非平庸超導特性
電磁輸運實驗觀測到的s+- 超導的證據，揭示拓撲超導的可能性。 (A) 電磁輸運實驗的測量示意圖。 (B) 超導轉變溫度附近的電阻率-溫度關系。(C) 各個溫度和磁場下的電阻率。(D) 超導上臨界磁場和溫度的關系。紅色的線是兩帶超導模型的擬合曲線，擬合結果發現帶間耦合比較大，表明該超導行為是s+- 超導。
近日，北京大學王健教授和馮濟教授，復旦大學張童教授及李世燕教授，浙江大學王勇教授，穩態強磁場科學中心（合肥）凌浪生、田明亮研究員，美國賓夕法尼亞州立大學Nitin Samarth教授等人展開合作，通過電輸運、掃描隧道譜、比熱、抗磁性等系統的實驗研究并結合第一性原理計算，在摻硫的第二類拓撲外爾半金屬二碲化鉬單晶中發現了非平庸超導態的特征。實驗中所使用的硫摻雜的高質量二碲化鉬晶體是通過化學氣相輸運的方法合成的，摻雜比例約為0.2。 研究組通過準粒子干涉實驗與第一性原理計算相結合，在樣品表面探測到了費米弧拓撲表面態的存在。隨后通過掃描隧道譜學和比熱的測量對比，發現樣品表面態的超導能隙遠大于體態的超導能隙，而且該樣品表面態的能隙與臨界溫度的比值（Δ/kBTc）約為8.6，遠大于常規超導材料的能隙與臨界溫度的比值（約為1.76），表明了表面態具有非常規超導庫珀對配對機制，極可能是拓撲超導的普適特征。同時，通過電輸運測量和比熱測量，發現這種材料為s波超導體，且它的超導能隙的帶間耦合很強，超導對稱性應為s+- 對稱性。
這可能是繼鐵基高溫超導之后，又一種新的s+-超導體。而且根據理論預言，拓撲外爾半金屬中s+-對稱性的超導態會形成拓撲超導態。摻硫的第二類拓撲外爾半金屬二碲化鉬單晶中拓撲超導特征的發現，證實了外爾半金屬中實現拓撲超導的可行性，推動了拓撲超導相關領域的進一步發展，也為拓撲量子計算機的最終實現奠定了前期的科研基礎。
展開 里程碑突破：15℃，真正意義上的室溫超導！科學家用廢了幾十顆鉆石。
此后，共有9名科學家在超導研究領域獲得了5次諾獎。
雖然獎項頒得很勤快，但人類提升超導臨界溫度的進展卻很緩慢。要知道，通常情況下，電子在定向運動時會與金屬晶格碰撞，形成電阻。1957年，Bardeen、Copper 和 Schrieffer 提出著名的BCS理論，即具有相反自旋和動量的電子對通過與晶格振動聲子的交換作用，互相吸引，形成Cooper對。而這個Cooper對可以在晶格中無阻礙傳輸，就是傳統超導體的超導機制。臨界溫度的存在，則是因為較高溫度下更強的晶格振動對Cooper對造成破壞。
美國科學家麥克米蘭基于BCS理論計算，認為超導臨界溫度不太可能超過39K（約-234℃），39K這個溫度也被稱為“麥克米蘭極限”。這個極限溫度一度被主流學界所接受。
受到極低溫度的限制，目前超導體在MRI、粒子加速器、量子計算等領域的應用無法廣泛拓展到電網、磁懸浮等令人期待的方向。室溫超導，成為高高在上的圣杯。
臨界的溫度
中國科學家在高溫超導領域收獲頗豐，趙忠賢院士就曾因在這一領域的突出貢獻榮獲國家最高科學技術獎。趙忠賢是國際上最早認識到銅氧化合物超導體重要意義的少數科學家之一。他的團隊從1986年底到1987年初，在十分簡陋的實驗條件下夜以繼日工作，終于和國際上少數幾個小組幾乎同時在鑭-鋇-銅-氧體系中獲得了40K以上的高溫超導體。1987年2月，趙忠賢團隊終于在釔鋇銅氧（Ba-Y-Cu-O）中發現了臨界溫度為93k的超導轉變。
2008年，國內幾個研究團隊又各自獨立在鐵基高溫超導上實現了突破，堪稱中國鐵基超導“奇跡”。
這一類顛覆了BSC理論和其推論“麥克米蘭極限”的新型超導體，被稱作高溫超導體，其超導原理尚未有定論。
展開 備受爭議的中國“超級對撞機”有新進展了！
截至目前，“超級對撞機”預研工作已全面展開，具體包括：超導高頻腔、速調管等關鍵技術的研究正在有序進行中；成功組織了高溫超導材料的實用化研究，特別是我們在國際上首先提出了鐵基超導磁鐵的設想，進展順利，有望成為國際領先；此外，還成立了產業促進會等。
11月14日下午，大型環形正負電子對撞機（CEPC）研究工作組正式發布了CEPC的《概念設計報告》。
2012年，中國高能物理學家提出CEPC 計劃。由于身材龐大，CEPC被很多人稱為“超級對撞機”。同時，因為耗資巨大，它也曾多次掀起物理學界爭議。
項目的支持者認為，超級對撞機將使中國成為世界物理學研究中心，并促進工業技術發展（王貽芳回應楊振寧：中國建造大型對撞機正當其時）；反對者認為這臺對撞機將成為耗資巨大的無底洞，性價比不高（楊振寧：中國今天不宜建造超大對撞機）。
“最早出現爭議的時候，我們的爭議還沒有一個明確的對象，現在《概念設計報告》出來了，這為將來的討論提供了基礎，我們希望未來關于CEPC的決策可以立足科學問題。”CEPC機構委員會主席高原寧在接受《中國科學報》采訪時說。
綜合來源：中青在線、科學網
展開 突破“卡脖子”問題！“超級顯微鏡” 來了
這些實驗都是針對國家重點發展領域，充分發揮中子散射的特點，具有重要科學意義和代表性，涵蓋了能源、物理、材料、工程等多個前沿交叉和高科技研發領域，如鋰離子電池材料、稀土磁性、新型高溫超導、功能薄膜等。
據悉，中國散裂中子源90%以上的裝置設備為自主研發并實現國產化，填補了我國脈沖中子應用領域的空白，投入運行后，將為諸多領域的基礎研究和高新技術開發提供強有力的研究平臺，對中國探索前沿科學問題、攻克產業關鍵核心技術、解決“卡脖子”問題具有重要意義。
【直線電機的應用領域實例】- 米思米機械設備知識分享
如果建筑物的高度增至1000米左右，就必須使用無鋼絲繩電梯，這種電梯采用高溫超導技術的直線電機驅動，線圈裝在井道中，轎廂外裝有高性能永磁材料，就如磁懸浮列車一樣，采用無線電波或光控技術控制。
超高速電動機
在旋轉超過某一極限時，采用滾動軸承的電動機就會產生燒結、損壞現象。為此近年來，國外研制了一種直線懸浮電動機（電磁軸承），采用懸浮技術使電機的動子懸浮在空中，消除了動子和定子之間的機械接觸和摩擦阻力，其轉速可達25000～100000r/min以上，因而在高速電動機和高速主軸部件上得到廣泛的應用。瀏覽米思米官網https://www.misumi.com.cn/學習更多電工知識
展開 今日Nature：電子摻雜氧化銅超導體中的三維空間電荷激發
【前言】
高溫氧化銅超導體由堆疊的CuO2組成，電子帶結構和磁激發主要是二維的，但超導相干性是三維的。這種二分法強調了面外電荷動力學的重要性。目前研究人員已經發現，在光學可達到的有限動量范圍內，面外電荷動力學在正常狀態下是非相干的。
【成果簡介】
今日，來自斯坦福大學的Z. X. Shen, T. P. Devereaux,和W. S. Lee（共同通訊）聯合在Nature發表文章，題為“Three-dimensional collective charge excitations in electron-doped copper oxide superconductors”。作者使用共振非彈性X射線散射來探索布里淵區所有三維空間的電荷動態。電子摻雜氧化銅激發(模式)的極化分析揭示了它們的電荷來源。激發沿著面內和面外兩個方向擴散，這揭示了它的三維性質。面外分散的周期性對應于相鄰CuO2平面之間的間距，而不是晶體c軸晶格常數，這表明面外庫侖相互作用是相干面外電荷動力學的原因。作者觀察到的特性是渴望已久的“聲等離子體激元”的特征，這是分層系統預測的不同電荷集合模式的一個分支，并被認為在調解高溫超導性方面將發揮重要作用。
【圖文簡介】
圖1. 層狀電子氣中的等離子體激元以及電子摻雜氧化銅的電荷激發
圖2. 區域中心的激發三維性
圖3.
展開 “十三五”科技創新規劃發布 大力發展復合材料新技術
發展先進結構材料技術，重點是高溫合金、高品質特殊鋼、先進輕合金、特種工程塑料、高性能纖維及復合材料、特種玻璃與陶瓷等技術及應用。發展先進功能材料技術，重點是第三代半導體材料、納米材料、新能源材料、印刷顯示與激光顯示材料、智能/仿生/超材料、高溫超導材料、稀土新材料、膜分離材料、新型生物醫用材料、生態環境材料等技術及應用。發展變革性的材料研發與綠色制造新技術，重點是材料基因工程關鍵技術與支撐平臺，短流程、近終形、高能效、低排放為特征的材料綠色制造技術及工程應用。
新材料技術
1.重點基礎材料。著力解決基礎材料產品同質化、低值化，環境負荷重、能源效率低、資源瓶頸制約等重大共性問題，突破基礎材料的設計開發、制造流程、工藝優化及智能化綠色化改造等關鍵技術和國產化裝備，開展先進生產示范。
2.先進電子材料。以第三代半導體材料與半導體照明、新型顯示為核心，以大功率激光材料與器件、高端光電子與微電子材料為重點，推動跨界技術整合，搶占先進電子材料技術的制高點。
3.材料基因工程。構建高通量計算、高通量實驗和專用數據庫三大平臺，研發多層次跨尺度設計、高通量制備、高通量表征與服役評價、材料大數據四大關鍵技術，實現新材料研發由傳統的“經驗指導實驗”模式向“理論預測、實驗驗證”新模式轉變，在五類典型新材料的應用示范上取得突破，實現新材料研發周期縮短一半、研發成本降低一半的目標。
4.納米材料與器件。研發新型納米功能材料、納米光電器件及集成系統、納米生物醫用材料、納米藥物、納米能源材料與器件、納米環境材料、納米安全與檢測技術等，突破納米材料宏量制備及器件加工的關鍵技術與標準，加強示范應用。
5.先進結構材料。
展開 磁浮或是又一張與高鐵齊名的國家名片
日本是以超導磁懸浮列車技術為代表，并于2015年在山梨磁懸浮試驗線創載人運行時速603公里世界紀錄，將于2027年開通磁懸浮中央新干線；德國以常導高速磁懸浮技術為代表，已于2009年完成新型磁浮列車TR09測試，最高速度550公里/小時。
我國磁浮交通相關技術研發亦加速推進，關鍵技術被列入國家“十三五”交通領域科技創新專項規劃。率先運營的中低磁浮交通方式，是長沙中低速磁浮線，線路全長18.54公里，設計時速100公里，已安全運營載客超過2周年。據透露，我國將在2020年建成5條以上商業運營線路。
在高速磁浮技術研發上，目前有安全運營14年的上海磁浮線，未發生過傷及人員的安全事故，正點率99.9%，驗證了技術可靠性與安全性；掌握了高速磁浮軌道系統的設計制造技術，申請了45項專利，并通過PCT在歐洲和美國注冊，建立了高速磁浮交通運營維護技術體系，形成企業技術標準100余項。
據公開報道，2018年，國產時速600公里高速磁浮交通系統技術方案通過專家評審，計劃2020年研制出工程樣車，并完成5公里試驗線驗證。此前，來自西南交大消息，“載人高溫超導磁浮環形試驗線”建設將于年底建成。
錢清泉展望了我國高速磁浮發展階段：2018年至2021年實現關鍵技術突破，建設一條高速磁浮工程試驗線，開展系統集成試驗驗證；2022年—2030年建成1—2條商業運行線，2025年前，實現1條高速磁浮工程線商業化運營，總里程達500公里左右；2031年—2050年形成規模發展建立世界領先的磁浮體系。
中國電氣化鐵路發展60年暨智能牽引供電技術論壇由中國鐵道學會和中國中鐵電氣化局共同主辦。
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