同位素效应
超导体的临界温度与同位素质量有关，同一种元素，同位素质量较高的其临界温度Tc较低，称为同位素效应.
MαTc=常数
（1）
上式中，M为同位素的质量，α=0.50
3.3钇钡铜氧超导机理探讨
3.3.1传统超导理论（BCS理论）
1957年美国人巴丁、库柏和施瑞弗在电子和声子相互作用的基础上建立了低温超导的微观理论（即BCS理论），解释了超导电性的起源，阐明了超导的本质。
所谓BCS理论，是解释常规超导体的超导电性的微观理论。
该理论以其发明者巴丁（J.Bardeen）、库珀（L.V.Cooper）施里弗（J.R.Schrieffer）的名字首字母命名。
BCS是典型的弱耦合理论，把超导现象看做一种宏观量子效应，认为电子间如果存在电子与晶格相互作用产生的吸引力大于电子间的库伦排斥力而使电子间呈现一种净的吸收作用，那么它们就能够形成一个束缚态，这种束缚态时两个电子组成电子对偶，称之为库珀对，库柏对对超导电流的形成起决定性作用。
在BCS理论提出的同时，尼科莱·勃格留波夫（NikolaiBogoliubov）也独立的提出了超导电性的量子力学解释，他使用的勃格留波夫变换至今仍为人们所常用。
3.3.2钇钡铜氧超导机理的探讨
现今，人们对高温超导机制仍未形成共识，与传统BCS超导体相比，高温铜氧化物超导体的性质有共性也有特殊性两面，就高温超导氧化物而言，其特殊性更显著，因而高温超导氧化物超导机制是否也适用于BCS理论也值得探讨。
对于高温超导机制的特殊性，人们对通过继续完善BCS理论抑或是建立全新的理论去解释高温超导机制也存在不同意见，持不同见解的大概分为费米液体派和非费米液体派，前面所探讨过的BCS理论是在费米液体正常态的框架上建立起来的机制。
电声子机制：
该机制认为，在超导体内两电子间由于交换声子而产生了吸引作用，当这种吸引作用大于电子本身的库伦排斥作用时，两电子就形成电子对引起超导电性。
同位素效应对探索超导机制有特殊意义。
高温铜氧化物超导体的同位素效应指数远小于0.5，这使得许多人提出了非电声超导机制或混合超导机制。
激子机制：
所谓激子，是指由于一直电子系统的极化所导致的能量激发。
勒特耳认为超导体内的净吸引力是使两电子间交换激子而产生吸引作用而不是之前所说的利用交换声子使两电子产生吸引。
如果这种激子机制能产生两电子间的净吸引力，那么将可以预期出现超导态。
尽管理论上做了很多设想，但迄今为止还没有试验事实能够肯定激子超导机制。
美国的P.M.Anderson是反对用费米液体描写高温超导体的代表之一，他提出了共价键态理论来说明高温超导机制。
共振价键理论（RVB态）
这一理论是基于高温氧化物的低维性、反铁磁的邻近性和载流子密度低等特点提出的。
该理论认为电荷与自旋自由度分离，这与费米液体的基本点不同，在相邻原子上，自旋相反的两轨道电子形成共价键，而这些共价键可以在两个以上的位置之间共振。
“共振价键理论”（RVB）是一种由实空间定域配对转变为能量空间的非局域配对机制。
共振价键理论中，无电子型的准粒子，而电子的强关联是导致系统电荷和自旋自由度相分离的原因，从而有空穴子和自旋子两种元激发。
双成分理论【2】：
我国著名物理学家章立源提出的双成分理论认为，巡游载流子形成的库珀对与近局域对彼此相互相干作用从而诱导增进了超导态中的有效配对位势，从而形成高温超导。
其他理论
其他超导理论如Nesting模型、反铁磁费米液体模型、自旋口袋（spinbag）模型、任意子模型等等理论也是著名的超导理论但如前所说，这些众说纷纭的理论都能在一定程度上说明一些超导现象，但也没能给人足够的证据其适用于钇钡铜氧高温超导机理，可见，目前已存在的理论要么是在传统的BCS理论的框架上进行扩展，要么另辟蹊径发展一种全新理论。
但至今仍未见一种能够解释高温超导如钇钡铜氧足以令人信服的理论，看来钇钡铜氧的高温超导机理的探索还需要进一步发展。
高温超导微观机制的探索与研究还在进行中，虽已取得了不少进展，但目前业已存在的超导微观机理过于单一的理论都很难得到所有试验结果的一致认可。
于是人们提出对于低温超导起主导作用的是电声子作用机制，而在高温超导有电声子作用，但起主导作用的不再是电声子作用机制，而可能是某种非声子机制。
总之，目前高温超导机制还未形成一个令人普遍认同的理论。
以下是一些材料的超导机制：
第4章钇钡铜氧超导性能的主要研究方向、研究成果、应用前景
4.1YBCO研究现状
钇钡铜氧至被发现以来，以其独有的特性吸引了众多科研人员对其投入研究。
根据钇钡铜氧超导特点，世界各国主要集中于超导体块材、超导体带材或涂层等方面的研究。
目前，高温超导体研究人员仍面临许多挑战，如钇钡铜氧超导体晶粒取向不一致，晶界连接脆弱，以及对实际应用来说，临界转变温度仍然较低等，这些问题都需要科技人员的继续研究。
表2国际涂层材料发展现状
4.2YBCO研究成果
4.2.1YBCO高温超导块材
经过二十几年的研究，无论YBCO超导机理还是发展应用都取得了一定的成果，目前YBCO材料应用研究已进入生产验证阶段，不久将实现商业应用，而最有可能进入应用的当属YBCO块材。
4.2.2YBCO超导带材
经过各国科研机构的努力，钇钡铜氧超导带材的研究应用取得了不少进展。
20世纪90年代人们主要选择了BSCCO及YBCO高温超导材料来制造带材或线材，其中后者成为后来的主要发展对象。
制造实用带材必须要有足够达到电流密度，而阻碍电流密度提高主要有两大因素：
一是材料内部存在弱连接，使制作出来的带材质地过于脆弱：
二是设法做出强磁通钉扎以使磁通线能抵抗洛伦兹力的推动来减少能量损耗。
美国和日本的一些公司基于用YBCO为材料制作超导带材的研究正积极展开。
人们获得高电流密度连续长超导电线的愿望不久将得以实现。
图3YBCO超导带材结构图
4.3YBCO的应用
4.3.1YBCO超导材料的商业优势
YBCO高温超导线带材在强电应用领域的实用技术成为各国研究的重点。
就目前的成熟技术，第一代高温超导带材发展已进入一个瓶颈区。
Bi系超导材料物理上的本征特性（低不可逆场，低载流能力）决定了该种材料在液氮区的应用极为有限。
由于需要大量的银作为包套材料生产该材料的成本昂贵也大大地限制了其使用。
因此，近年来第一代带材发展缓慢，国外已基本放弃对该材料的研究，而美国也已宣布，将在2007年后逐步停止生产。
图4铋系和钇系高温超导体的温度和不可逆场的关系
YBa2Cu3O7-x（Y系）高温超导材料具有高Tc，高不可逆场，高载流能力，低交流损耗，制备方法相对简单，原材料价格低廉等优点，这使其很有可能取代第一代铋系高温超导材料而成为未来主宰高温超导市场的新力军。
目前，世界各国都争相把超导研究的重点放在该类超导材料的研究上。
表3YBCO涂层导体各层材料及相关应用
4.3.2YBCO超导带材的制备与应用
第二代超导带材（Y系）由金属基带、隔离层、贵金属层、超导层等组成。
由于存在小角度晶界及表面粗糙度等缺陷会严重影响带材的性能，需要在原子级尺度上控制晶格的生长来制备YBCO超导带材。
目前第二代超导钇钡铜氧超导薄膜已进入商业化阶段，主要应用于谐振器、滤波器、天线等有源器件。
如最近我国由清华大学研制成功的滤波器系统已实现移动通信的商业化运行。
4.3.3YBCO超导储能的研究
近年来，随着超导技术，尤其是高温超导技术的不断发展，新型的超导储能技术的世界范围内已取得飞速的发展。
各种先进的超导储能装置都已陆续研制，并成功应用于解决电力系统中的电压中断、低频振荡等各种电能质量问题，从理论和实验角度都验证了超导储能技术的可行性和实用性。
除了在现代电力系统中的应用研究外，目前世界上众多研究结构对超导储能技术在电磁弹射、不间断电源、混合动力汽车等多个技术领域上的应用研究也取得了较好的发展，开发了大量的实验装置。
总而言之，超导储能技术正逐步从实验研究阶段走向实用化、商业化进程。
表4目前正在试验或运行的超导电缆系统
4.3.4YBCO高温超导体的应用前景
YBCO作为第二代高温超导材料其应用前景必然可观，现今以钇钡铜氧涂层为基础的高温超导带材已研发成功并逐渐实现实用化，而YBCO块材的研发也在紧锣密鼓地展开，相信不久的将来即可实现商业用途。
还有近年来发展迅速的超导储能等，都可能涉及到YBCO高温超导材料的应用。
此外，钇钡铜氧超导材料还将服务于，医学、交通、能源、国防等各个领域，其科技经济效应可想而知，总之，随着科技人员对该材料研究的不断深入，钇钡铜氧高温超导材料的应用范围也将越来越广，适应性也会大大增强。
第5章总结展望
综上所述，钇钡铜氧作为第二代高温超导材料，其晶体结构特殊，既有自己的优势也有一些自身的缺陷，同时，其超导机制与其他高温超导机制一样，目前还处于探索阶段，虽然有许多的理论体系，但仍没有一个足以令人信服的超导机制能够解释其超导电性机制
由于第一代高温超导铋系材料自身的缺陷，以及新一代的超导材料处于研究初级阶段，使得作为第二代高温超导材料的钇钡铜氧成为极有优势的新一代材料，在各个方面具有极大的应用前景，在此，简单展望一下YBCO的应用前景。
一、应用于电能的输送
当代人们的生活已离不开电，而电从发电站输送到用户需要通过一定的距离，由于当前广泛使用的输电线存在电阻，使得电能经过长距离的输送过程中大量损失，如果将YBCO高温超导涂层应用于输电线，由于超导的零电阻效应，这将大大提高了输电效率，其经济效应也不言而喻。
表5超导电力发展状况
二、
应用于各种电器设备
当前使用的各种电器设备在使用过程中都会产生大量的热，这不仅浪费大量的电能，同时也会对电器本身有损耗，降低电器的使用寿命，如果将YBCO超导材料应用于电器设备，这对提高电器的运作效率以及对延长电器的寿命都大大有好处，因此，这方面的应用也将是YBCO超导材料发展的一个方向。
三、应用于交通工具
当前最大的客运工具列车普客列车的最大速度不过200km/h,而如果运用超导技术产生磁力使其脱离与铁轨直接接触后的磁悬浮列车运行速度可达500km/h,这将大大提高列车的运输效应，对国民经济的发展都具有重要意义。
这也不失为YBCO高温超导材料运用的一个极有发展前景的一个方面。
此外，钇钡铜氧超导材料在医学方面、外太空探索、农业发展等各方面都有很大的应用发展空间。
作为21世纪最有发展前景的高温超导材料，YBCO也必将为服务于人类做出巨大贡献。
图5运用超导技术的磁悬浮列车
参考文献：
【1】《1986年～2001年高温超导体研究进展重要事件》 刘春芳-《稀有金属材料与工程》-2002-08-25
【2】《超导理论》章立源科学出版社2006.1
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