1.1.2 超導材料分類

按照臨界溫度分類，超導材料可分為低溫超導材料和高溫超導材料。由于早期發現的超導材料臨界溫度都非常低，一般需要用液氦（4.2K）進行冷卻，因此以液氖溫度（約25K）作為高低溫超導材料的分界線，目前學術上一般仍沿用該標準。隨著更高臨界溫度超導材料的發現，尤其是以YBCO和BSCCO為代表的臨界溫度高于液氮（77K，約-196℃）的超導材料的發現，工程應用領域越來越多地采用77K作為高低溫超導材料的分界線，本書也將以77K作為高溫超導體與低溫超導體的分界線。目前低溫超導體主要應用于大型超導磁體，如可控核聚變磁體、核磁共振磁體等，產業較為成熟。高溫超導體由于超導接頭技術的限制，在大型磁體應用方面存在一定技術難度，目前主要應用于超導電纜、超導電機、超導變壓器等領域，不過由于更高不可逆場等突出優勢，高溫超導材料在更高場強的超導磁體和緊湊型可控核聚變等領域擁有很好的應用前景。

按照磁場穿透深度分類，超導材料可分為Ⅰ類超導材料和Ⅱ類超導材料。Ⅰ類超導材料在失超之前，不允許磁力線穿過，內部處處為零。Ⅱ類超導材料在外磁場較小時不允許磁力線穿過，但隨著磁場強度增加，逐步允許部分磁力線穿過。穿過的區域轉為正常態，未穿過的區域仍保持超導態，整體上為正常態和超導態相間的混合狀態。

圖1-4和圖1-5分別展示了Ⅰ類超導材料和Ⅱ超導材料的磁化曲線及其相圖。

圖1-4 超導材料磁化曲線

a）Ⅰ類超導材料 b）Ⅱ類超導材料

圖1-5 超導體的相圖

a）Ⅰ類超導材料 b）Ⅱ類超導材料

由于Ⅰ類超導材料內部磁通必須為零，所以內部無法通過電流，僅在表面約10-6cm范圍內可以承載電流，所以Ⅰ類超導材料在超導輸電和超導磁體領域基本沒有應用價值。

Ⅱ類超導材料可以進一步分為理想Ⅱ類超導材料和非理想Ⅱ類超導材料。理想Ⅱ類超導體的磁化曲線是可逆的，不存在磁通釘扎中心，超導體內沒有電流通過，這與Ⅰ類超導材料相似。因此理想Ⅱ類超導材料也不具備實用價值。非理想Ⅱ類超導材料由于體內缺陷、雜相等，其內部存在磁通釘扎中心，磁場可以保留在超導體內部，材料整體具有傳輸電流的能力。目前所有實用的超導材料都是非理想Ⅱ類超導材料。

按照化學成分分類，超導材料可以分為金屬超導材料、陶瓷超導材料、有機超導材料等。其中金屬超導材料又可進一步分為元素超導材料、合金超導材料和化合物超導材料。在常壓下，有28種元素具有超導電性，如鈮（Nb）和鉛（Pb）。其中，鈮的臨界溫度（Tc）較高，為9.26K，因此在實際應用中，如制造超導交流電力電纜和高Q值諧振腔等方面，鈮和鉛得到了廣泛應用。合金超導材料是指超導元素與其他元素結合形成具有超導電性的合金。合金超導體的臨界溫度和臨界磁場等特性通常優于單一元素超導體。目前在超導磁體中廣泛使用的NbTi是合金超導材料的典型代表。化合物超導材料是指由多種元素化合而成的具有超導電性的材料。這類超導體在超導材料領域中占據了重要的地位。并因其獨特的性能和廣泛的應用前景而備受關注。典型的化合物超導體包括Nb3Sn、V3Ga和Nb3Al等。

陶瓷超導材料是指具有陶瓷性質的超導材料，其主要代表有YBCO（釔鋇銅氧）、LBCO（鑭鋇銅氧）和BSCCO（鉍鍶鈣銅氧）等。陶瓷超導材料由于其優異的超導性能，具有很好的產業化應用前景，比如BSCCO與YBCO均已在超導電纜、超導限流器和超導磁體中取得了很好的應用。為克服其脆性，人們一般將其細絲化或采用薄膜外延生長技術將其制成實用化的超導帶材。

有機超導材料是指一類含有碳或碳氫元素的化合物超導材料，其主要代表有Cs3C60、KxC22H14等。