超導(dǎo)陶瓷是指具有超導(dǎo)特性的功能陶瓷，其超導(dǎo)特性指在一定的臨界溫度（Tc）時(shí)，超導(dǎo)陶瓷進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)，電阻率趨向于零，且在磁場(chǎng)中其體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度也為零的特性。而且當(dāng)外界環(huán)境在臨界電流、臨界磁場(chǎng)以下，超導(dǎo)陶瓷的電阻率恒為零，體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度也恒為零。由于超導(dǎo)陶瓷具有上述特性，在電力系統(tǒng)，交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域倍受青睞，從而逐漸被人們認(rèn)識(shí)、開發(fā)和利用。

一、發(fā)展歷程

圖一 超導(dǎo)材料的發(fā)展歷程

起初，超導(dǎo)材料只有在超低的臨界溫度下才能發(fā)揮超導(dǎo)特性。隨著技術(shù)的進(jìn)步，開發(fā)出來的超導(dǎo)體Tc已越來越高，能適用的環(huán)境溫度也逐漸上升。目前，科學(xué)家們通過加壓法發(fā)現(xiàn)同一材料在適當(dāng)?shù)募哟髩毫ο驴梢垣@取較高的臨界溫度。但是，還是未能制得在室溫下就能發(fā)揮其超導(dǎo)特性的超導(dǎo)陶瓷材料。所以未來，如何獲取更高Tc的超導(dǎo)陶瓷還是科學(xué)家們亟待突破的難題。

二、制作方法

超導(dǎo)陶瓷的制備與一般陶瓷制造工藝相似，其常用的制備方法有固相法、液相法、氣相法，在工藝上預(yù)燒處理、成型方法以及燒結(jié)程度對(duì)超導(dǎo)陶瓷性能影響很大。

超導(dǎo)陶瓷中大部分為含稀土的陶瓷材料，包括Y-Ba-Cu-O系列和Ba₂ YCu₃O_{7- x}系列。其中Y-Ba-Cu-O系的稀土超導(dǎo)陶瓷的制備方法比較成熟，通常采用固態(tài)反應(yīng)法，具體操作如下圖所示：

圖二 Y-Ba-Cu-O系超導(dǎo)陶瓷的制備

三、應(yīng)用

由于超導(dǎo)陶瓷具有許多優(yōu)良特性，其應(yīng)用極為廣泛，它可以實(shí)現(xiàn)人們多少年來夢(mèng)想的無能量損耗的遠(yuǎn)距離輸電，建造高強(qiáng)度磁場(chǎng)，新型發(fā)電設(shè)備等。下面小編就給大家具體介紹一下它可以應(yīng)用到哪些領(lǐng)域。

1、電力系統(tǒng)方面

①輸配電

根據(jù)超導(dǎo)陶瓷的零電阻特性，可以無損耗地遠(yuǎn)距離的輸送極大的電流和功率。

圖三電力輸配

②超導(dǎo)線圈

超導(dǎo)陶瓷結(jié)合線圈制成超導(dǎo)儲(chǔ)能線圈，用其制成的儲(chǔ)能設(shè)備可以長(zhǎng)期無損耗地儲(chǔ)存能量，而且直接儲(chǔ)存電磁能。

圖四高溫超導(dǎo)線圈

③超導(dǎo)發(fā)電機(jī)

由于超導(dǎo)陶瓷的電阻為零，因而沒有熱損耗，可以制造大容量、高效率的超導(dǎo)發(fā)電機(jī)及磁流體發(fā)電機(jī)等。

2、交通運(yùn)輸方面

①超導(dǎo)磁懸浮列車

由于超導(dǎo)陶瓷的強(qiáng)抗磁性，可使磁懸浮列車靠磁力在鐵軌上“漂浮”滑行，利用超導(dǎo)磁體與路基導(dǎo)體中的感應(yīng)渦流之間的磁性排斥力把列車懸浮起來，具有速度高、運(yùn)行平穩(wěn)、無噪聲、安全可靠等特點(diǎn)。

②超導(dǎo)電磁性推進(jìn)器和空間推進(jìn)系統(tǒng)

例如船舶電磁推進(jìn)裝置，其推進(jìn)原理為：在船體內(nèi)部安裝一個(gè)超導(dǎo)磁體，于海水中產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)，同時(shí)在船體側(cè)面放一電極，在海水中產(chǎn)生強(qiáng)大電流。在船尾后的海水中，磁力線和電流發(fā)生交互作用，使海水在后面對(duì)船體產(chǎn)生了強(qiáng)大的推動(dòng)力。

圖五超導(dǎo)電磁推進(jìn)的潛艇

3、礦冶方面

由于一切物質(zhì)都具有抗磁性或順磁性，因此可以利用超導(dǎo)體進(jìn)行選礦和探礦等。

4、醫(yī)藥衛(wèi)生方面

生物體大都具有抗磁性，少數(shù)是順磁，還有極少數(shù)是強(qiáng)磁性，可利用超導(dǎo)體作廢水處理，以除去細(xì)菌、病毒和重金屬等毒物。比如醫(yī)學(xué)上可把磁分離用于將紅血球從血漿中分離出來。

5、環(huán)保方面

在環(huán)保方面可以利用超導(dǎo)體對(duì)造紙廠、石油化工等的廢水進(jìn)行凈化處理。

圖六超導(dǎo)體在廢水處理中的應(yīng)用

6、高能核實(shí)驗(yàn)和熱核聚變方面

①利用超導(dǎo)體的強(qiáng)磁場(chǎng)，使粒子加速以獲得高能粒子，以及利用超導(dǎo)體制造探測(cè)粒子運(yùn)動(dòng)徑跡的儀器。

②使用大體積高強(qiáng)度超導(dǎo)磁體，可以用于約束帶電粒子的活動(dòng)范圍。比如受控核聚變研究產(chǎn)生的極端高溫體就是用超導(dǎo)磁場(chǎng)約束在磁籠中。

7、電子工程方面

①利用超導(dǎo)體的特性，可以提高電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和縮小體積。

②還可以制成超導(dǎo)體的器件，如超導(dǎo)二極管，超導(dǎo)量子干涉器，超導(dǎo)場(chǎng)效應(yīng)晶體管等。用Y-Ba-Cu-O系超導(dǎo)做成的天線和發(fā)射機(jī)，其靈敏度是同樣尺寸的銅天線的十幾倍。

四、總結(jié)

總而言之，超導(dǎo)陶瓷是一款性能優(yōu)良，應(yīng)用廣泛的高新科技功能陶瓷，前景十分良好。因?yàn)槌瑢?dǎo)陶瓷的使用條件比較局限，目前所發(fā)現(xiàn)的臨界溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于室溫，如此低溫環(huán)境需要大量的低溫液體，特別是昂貴的液氦來維持，所以極大增加了超導(dǎo)的應(yīng)用成本。而且只有在臨界電流、臨界磁場(chǎng)以下，超導(dǎo)陶瓷才能發(fā)揮其超導(dǎo)特性，所以，尋找高臨界溫度、高臨界磁場(chǎng)和高臨界電流密度的新超導(dǎo)陶瓷材料至關(guān)重要。隨著更多超導(dǎo)陶瓷的發(fā)現(xiàn)，更多性能優(yōu)良的新型高溫超導(dǎo)陶瓷的研發(fā)，未來超導(dǎo)陶瓷將會(huì)趨向于商品化、市場(chǎng)化，價(jià)格也將會(huì)變得平民化。