一、什么是超導，超導有哪些表現(xiàn)

‌超導（Superconductivity）‌是一種特殊的物理現(xiàn)象，指的是某些材料在溫度降低到某一臨界溫度以下時，電阻突然變?yōu)榱悖�并且表現(xiàn)出完全抗磁性的狀態(tài)。這種現(xiàn)象最早由荷蘭物理學家昂尼斯在1911年發(fā)現(xiàn)，當時他發(fā)現(xiàn)當?shù)獨獾臏囟冉档偷揭欢ㄩ撝禃r，其磁導率無限大，表明磁力線在某些低溫下不能再通過物體，從而發(fā)現(xiàn)了超導現(xiàn)象。

超導態(tài)具有一系列臨界參量，如臨界溫度Tc、臨界磁場Hc、臨界電流密度jc等。必須同時低于三個臨界參量，超導態(tài)才能維持住，一旦材料的物理量超越臨界參量，超導態(tài)被破壞，變回不超導的正常態(tài)，此時恢復為有電阻態(tài)，磁通線也可以進入超導體內部。超導材料，又稱為超導體，指可以在在特定溫度以下，呈現(xiàn)電阻為零的導體。零電阻和抗磁性是超導體的兩個重要特性。使超導體電阻為零的溫度，叫超導臨界溫度。

超導現(xiàn)象的主要表現(xiàn)包括以下幾個方面：

‌零電阻‌：在超導狀態(tài)下，超導材料的電阻幾乎為零，電流可以在沒有任何能量損失的情況下流過材料。

‌完全抗磁性‌：超導材料在超導狀態(tài)下會完全排斥磁場，表現(xiàn)出完全抗磁性，這種現(xiàn)象被稱為邁斯納效應‌。

‌磁致流變‌：超導體在面臨外部磁場時，超導電子會以磁致流的方式快速流動，產(chǎn)生磁致流變現(xiàn)象‌。

二、關于超導的理論假設主要包括以下幾個方面‌：

‌二流體模型‌：1934年，戈持和卡西米爾提出了二流體模型，解釋了超導體的零電阻特性。該模型假設金屬在超導態(tài)時，自由電子分為兩部分：一部分是正常電子，受到晶格振動的散射而產(chǎn)生電阻；另一部分是超流電子，不受晶格散射，因此電阻為零。超流電子在晶格中無阻地流動，正常電子對超流電子起到短路作用，從而使得超導體內部電流完全來自超流電子的貢獻‌。

‌倫敦方程‌：1935年，倫敦兄弟提出了兩個經(jīng)典方程來描述超導現(xiàn)象。倫敦方程描述了超導體在磁場中的行為，指出超導體具有完全抗磁性，即磁場不能穿過超導體內部。倫敦方程的成功解釋了超導體的零電阻效應和邁斯納效應‌。

‌金茲堡-朗道理論‌：1950年，金茲堡和朗道提出了一個描述超導體的唯象理論，該理論通過序參量來描述超導體的電磁性質。金茲堡-朗道理論成功解釋了超導體的許多實驗現(xiàn)象，包括磁場穿透超導體時的行為‌。

‌BCS理論‌：1957年，巴丁、庫珀和施里弗提出了BCS理論，這是目前最為成功的超導理論。BCS理論解釋了超導現(xiàn)象的微觀機制，指出超導電流是由電子成對形成的庫珀對在低溫下凝聚而成的。BCS理論成功解釋了超導轉變溫度與元素同位素質量的關系，并預言了新型超導材料‌。

這些理論假設和模型共同構成了現(xiàn)代超導理論的基礎，解釋了超導現(xiàn)象的物理機制和實驗現(xiàn)象。

三、超導體的形狀多種多樣，主要包括以下幾種：

1、線形超導體‌：這種超導體通常呈線狀，常用于制造超導電纜。例如，高溫超導電纜已經(jīng)在實際應用中投入使用，能夠高效傳輸電能，減少能量損耗‌。

2、帶材超導體‌：超導帶材是一種常見的超導體形狀，通常由多層超導材料和基底材料組成。它們廣泛應用于超導電力設備和超導磁體中，能夠承受較大的機械應力和電流負荷‌。

3、塊狀超導體‌：塊狀超導體通常用于科學研究和高能物理實驗中。例如，鈮、鉛等金屬超導體常用于制造超導磁體和超導電磁體‌。

4、薄膜超導體‌：薄膜超導體通常用于微電子器件和集成電路中。它們具有較高的臨界磁場和電流密度，適用于高磁場環(huán)境下的應用‌。

5、復合超導體‌：復合超導體由超導材料和非超導材料組成，常用于增強材料的機械強度和導電性能。例如，超導帶材和超導線圈就是典型的復合超導體‌。

‌不同形狀的超導體在應用中的具體應用場景‌：

‌線形和帶材超導體‌：主要用于電力傳輸和電力設備中，能夠減少能量損耗，提高電力傳輸效率‌。

‌塊狀超導體‌：常用于科學研究和高能物理實驗中，如制造超導磁體和超導電磁體‌。

‌薄膜超導體‌：適用于微電子器件和集成電路中，能夠在高磁場環(huán)境下穩(wěn)定工作‌。

‌復合超導體‌：廣泛應用于超導電力設備和超導磁體中，能夠增強材料的機械強度和導電性能‌2。

這些不同形狀的超導體在各自的應用領域中發(fā)揮著重要作用，推動了超導技術的發(fā)展和應用。

四、效應解釋

‌磁致流變（Magnetorheological，簡稱MR）‌是一種在外加磁場作用下，材料的流變學特性（如粘度、彈性模量等）能夠迅速發(fā)生顯著變化的材料。這種變化是瞬間的、可逆的，并且其流變后的剪切屈服強度與磁場強度具有穩(wěn)定的對應關系。

磁致流變材料的應用領域

‌汽車工業(yè)‌：磁致流變材料在汽車工業(yè)中主要用于磁流變懸架系統(tǒng)。通過控制電磁線圈產(chǎn)生的磁場，磁流變液中的磁性顆粒迅速改變排列方式，形成鏈狀結構，從而改變減振器的阻尼特性，實現(xiàn)懸架性能的實時調整。這種技術能夠根據(jù)路面狀況和駕駛需求，實時調整車輛的操控性和舒適性，抑制車輛的俯仰、側傾及垂向振動，提高制動效率‌。

‌航空航天‌：在航空航天領域，磁致流變材料被用于飛機起落架的緩沖器、機翼的襟翼、尾翼的舵機等部件，以提高飛機的性能和安全性‌。

‌柔性智能器件開發(fā)‌：磁致流變材料具有高彈性、高響應速度以及較好的剛度可調性，因此在柔性智能器件開發(fā)、仿生裝備以及生物醫(yī)療等領域有廣泛應用‌。

磁致流變材料的工作原理

磁致流變材料的主要成分是磁流變液，它由大量微小的磁性顆粒懸浮在非磁性液體中組成。當外加磁場作用時，磁性顆粒迅速改變排列方式，形成鏈狀結構，導致液體的粘度在毫秒之間迅速增加，從而改變材料的力學性能。這種變化是瞬間的、可逆的，并且其流變后的剪切屈服強度與磁場強度具有穩(wěn)定的對應關系。

磁致流變材料的發(fā)展前景

隨著技術的進步和應用領域的拓展，磁致流變材料在未來的應用前景非常廣闊。特別是在汽車工業(yè)中，隨著技術的成熟和成本的降低，預計未來將有更多的汽車減振器采用磁致流變技術。此外，其在柔性智能器件開發(fā)、仿生裝備以及生物醫(yī)療等領域的應用也將進一步推動其發(fā)展。

‌邁斯納效應（Meissner effect）‌是指超導體在進入超導態(tài)時，會對磁場產(chǎn)生排斥現(xiàn)象，使得超導體內部的磁感應強度幾乎為零的現(xiàn)象。這一效應于1933年由瓦爾特·邁斯納和羅伯特·奧克森菲爾德在測量超導錫和鉛樣品外的磁場時發(fā)現(xiàn)。當一個磁體和一個處于超導態(tài)的超導體相互靠近時，磁體的磁場會使超導體表面中出現(xiàn)超導電流。此超導電流在超導體內部形成的磁場，恰好和磁體的磁場大小相等，方向相反。這兩個磁場抵消，使超導體內部的磁感應強度為零，B=0，即超導體排斥體內的磁場。在接近表面的一定距離內，磁場并不會被完全抵消，這個距離被稱為倫敦穿透深度。倫敦穿透深度一般為50至500納米。具體來說，當一塊磁鐵被放置在一個超導盤子上時，如果盤子被冷卻至其超導相變溫度以下，盤子會變成超導體。此時，盤子表面的感應電流會使它也變成一個磁體，與上面的磁鐵互相排斥，從而導致磁鐵浮起來。只要不超過超導的抗磁限度，磁鐵就會一直浮在空中，否則會因為磁鐵的磁場進入超導盤子而接觸‌。此外，邁斯納效應不僅發(fā)生在磁鐵上方，還會在前后左右產(chǎn)生磁約束，使得超導體在磁場中傾向于保持當前的姿態(tài)，抗拒各種變化‌。

五、超導臨界電流有多大

    臨界電流指處于超導態(tài)的超導體通以直流電流增加到臨界值時樣品轉入正常態(tài)。實驗發(fā)現(xiàn)在一超導體中流過電流時，超導體保持無阻有一電流上限，我們把它叫做該超導體的臨界電流Ic，只要I≥Ic，則超導體出現(xiàn)電阻。

指在超導體中流過的最大電流。超導臨界電流的大小取決于具體的超導材料和工作溫度。

對于常見的低溫超導體，例如銅氧化物和鉍鈦酸鋇等，其臨界電流可以達到幾千安培甚至更高。而對于高溫超導體，例如釔鋇銅氧化物和鐵基超導體等，其臨界電流相對較低，一般在幾十安培到幾百安培之間。

需要注意的是，超導臨界電流受到材料的熱穩(wěn)定性和超導材料內部的缺陷等因素的影響。

此外，超導臨界電流還受到外部磁場的影響，當超導體受到過強的磁場作用時，其臨界電流可能會顯著降低。因此，在實際應用中需要綜合考慮材料的特性和工作條件來確定超導臨界電流的大小。