超导材料，就是常说的“超导体（superconductor）”，主要是指某些金属、合金和化合物，当温度降到某一特定值时，例如在绝对零度（-273.15℃）附近，其电阻就会率突然减小，甚至消失而无法测量（通常在实验中，如导体电阻的测量值低于10～25Ω，可视为电阻为0。），此现象就是“超导现象”。超导材料就是能够发生超导现象的物质。

超导材料之所以“神奇”主要是因具有以下特性：①零电阻：当超导材料处于超导状态时，其电阻值为0，且传输电能可无耗损，例如电磁感应所产生的无衰减持续电流，在实验中已被多次观测到。②抗磁性：当超导材料处于超导状态时，若外磁场不超过某一定值，则磁力线就不能透入超导材料的内部，故而其内磁场恒为0。③约瑟夫森效应：意指在2个超导材料之间，设置约1nm的薄绝缘层，当形成低电阻连接时，就会有电子对穿过该绝缘层，从而能够形成电流，但是在绝缘层的2侧并没有产生电压，于是绝缘层就成了超导材料。④同位素效应：意指超导材料的临界温度（Tc），同其同位素质量M存在一定的关系：M值越大则Tc值越小。

此外，还有以下几个临界值与超导材料密切相关。①Tc：意指外磁场为0时，超导材料由正常态转变为超导态时，或者是由超导态转变正常态时所需的温度。Tc的数值主要由超导材料而定，据测定钨的Tc最低，只有0.012K。至20世纪80年代，Tc最高值已提升到100K左右。②临界磁场（Hc）：意指超导材料由超导态进入到正常态时，所需的磁场强度。③临界电流（Ic）：意指超导材料由超导态进入到正常态时，通过其的电流值。④临界电流密度（Jc）：意指当温度和外磁场增加时，Ic的数值会减少，其单位截面积所能承载的临界电流量。正是由于超导材料的参量及其临界值，极大地限制了其应用的外围条件，所以突破束缚研发新型超导材料，就成为历代超导研究者们乐此不疲的奋斗目标。

1.2 超导材料的“大家族”

目前，已发现有28种元素和几千种合金和化合物，都在不同条件下显示出超导性，均可用作为超导材料。从临界温度角度，“超导材料家族”可分为2类：第1类高温超导体(HTS)，一般指临界温度高于约25K的超导体；第2类低温超导体(LTS)，一般指临界温度低于约25K的超导体。如稀土陶瓷氧化物超导体就属于高温超导体。

从材料角度，“超导材料家族”按其化学成分大致可分为：金属元素超导体、超导化合物、合金超导体。第1类金属元素超导体，此类元素主要聚集在在元素周期表的2个区域（图1）：左边的过渡金属区域；右边的非过渡金属区域。金属元素超导体中，有些金属元素只有在薄膜态、高压态、辐照态才会具有超导的性能。在常压下，28种金属元素具有超导电性，如金属铌（Nb），它的临界温度最高，Tc = 9.26K。在实际应用中，挑大梁者主要是铌和铅（Pb），铅的临界温度为7.201K，它们多被用于超导交流电力电缆的制造。

图1 目前已知的超导元素         

第2类超导化合物，将超导元素与其他元素化合后，通常会有良好的超导性能。如已被广泛使用的超导化合物铌锡（Nb3Sn）、钒镓（V3Ga）等，再有二硼化镁（MgB2）超导材料，它是2001年被发现的属六方晶系结构，简单二元金属间化合物。MgB2由镁（Mg）和硼（B）以1：2相结合，其临界温度远高于其他常规低温超导体，并以其诸多优越性能而备受青睐。

第3类合金超导材料，意指在超导元素中熔合某些其他金属元素作为合金成分，使其不仅具有超导电性且提高其性能。如最先应用的铌锆合金（Nb—75Zr），之后又研发出了铌钛合金Nb—33Ti，其性能参数Tc虽稍低些许，Tc=9.3K，但Hc较高，Hc＝11.0T，在给定磁场下便能承载更大的电流；还研发出了铌钛合金（Nb—60Ti），Tc =9.3K，Hc=12T（4.2K）。当加入金属钽（Ta）的铌钛三元合金（Nb—60Ti—4Ta、Nb—70Ti—5Ta），其性能也有一定提升。目前，铌钛合金作为超导磁体材料主要是在7～8T磁场下使用。