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超导研究的国际竞争 超导材料的研究和发展是20世纪末以来材料科学领域最为引人注目的研究课题之一。自1970年代初亮相以来,大约有50余种超导物质被发现,其中不乏被誉为“超导学之父”的英国物理学家约翰·贝拉贝拉(JohnBardeen)所提出的BCS超导理论的实现者——高温超导体。目前,超导材料在基础研究和应用领域都有广泛的应用,具有巨大的经济和社会价值。然而,在全球范围内,超导研究领域的竞争也越来越激烈,下文将从超导材料的研究和发展现状,超导研究的目标和意义以及超导研究的国际竞争等方面进行分析和阐述。 一、超导材料的研究和发展现状 1.BCs超导体 超导材料的研究和发展,可以追溯到20世纪初,但BCS超导理论的提出使超导材料的研究引发了极大的兴趣。BCS超导理论在1957年由约翰·贝拉贝拉、里夫·科普兰和约瑟夫·巴丁三位物理学家提出。他们的理论基于原子核磁场,其中经典物理学规定,只有处于绝对零度时才有可能使原子核磁场失去阻力。当处于绝对零度时,物质的电阻率值将趋近于零,即电流可以流过物质而不会损失能量,这就是超导现象。BCS超导理论从微观角度解释了超导现象,经过多年的实验验证,已基本获得了公认。 2.高温超导体 高温超导体是指临界温度(温度到达特定值时,物质会从超导状态变为正常状态)高于液氮沸点(77K)的超导材料。高温超导体的发掘和制备也是超导材料研究领域的热点之一。高温超导体的发现和研究可以追溯到20世纪80年代,当时日本科学家叶桥英二首次实现了在液氮温度下超导体的发现。高温超导材料由于其温度较高,超导电阻度相对较小,因此在应用领域更具广泛的应用前景。至今为止,已开发出超过1000种高温超导材料。 二、超导研究的目标和意义 1.提高超导材料的初始和持续电流密度 现阶段的超导材料实际应用中伴随着一些问题,例如初始电流密度和持续电流密度不能同时满足要求等。因此,降低超导材料制作过程中的成本、减轻使用成本、延长用户设备使用寿命等方面需要不断做研究。 2.精确的磁场对超导材料的影响 超导材料不仅可以用于能量储存和输送,并且具有超强的磁场抗干扰性。因此,研究和发展超导材料可以有助于开发更好的磁感应技术,从而促进先进技术的发展,例如核磁共振(NMR)技术、大型引力波探测器等。 三、超导研究的国际竞争 1.日本 日本是全球超导研究的重要中心。上世纪90年代末,日本拥有了大规模超导能源储存技术。此后,日本在超导研究方面不断取得新的突破:在高温超导材料方面取得了世界领先地位,并在其用途的研究方面走在了世界前列。日本的研究重点包括提高超导电流密度和建立超导储能技术平台等。 2.美国 美国拥有较为完善的超导研究与产业体系,从底层科学到制造工业,均有着比较成熟的技术掌握。美国各大高校和研究机构研究了包括多重过渡金属化合物超导材料、高温超导体等常用超导材料,处于世界领先地位。 3.中国 中国近年来也在超导领域取得了显著进展。对超导材料的研究始于上世纪八十年代,之后中国迅速形成了以中国科学院、清华大学和上海交通大学等为中心的超导研究团队并推出了对超导的系列研究成果。中国在高温超导材料及其应用领域的整体水平处于中等水平,距离世界先进水平还有一定差距,需要不断努力。 综上,超导材料在能源和科技领域都具有重要的价值和应用前景。在国际竞争方面,日本、美国、中国都在积极开展研究,不断取得成果。超导散热、电动车和工业探测器等超导应用正在成为超导领域发展的重要方向。因此,加强超导研究的投入,提高研究水平,加快产业化是当前的重要工作。

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