電性材料—超導(dǎo)材料

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1、電性材料—超導(dǎo)材料學(xué)院班級(jí):姓名：組號(hào):學(xué)號(hào):一.引言電性材料的分類，按電性性能可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體和絕緣材料等四類;從應(yīng)用角度可分為導(dǎo)電材料、電阻材料、屯熱材料和絕緣材料等。屯性材料性能的差異與其成分、組織、結(jié)構(gòu)、以及外界環(huán)境(如溫度、壓力、磁場(chǎng))都密切相關(guān)。電性材料在日常的生活中應(yīng)用十分廣泛，再此主要介紹一下超導(dǎo)材料。二.超導(dǎo)材料(SuperconductorMaterials)1.緒論超導(dǎo)材料是近40年發(fā)展起來的髙科技技術(shù)，它在電工、交通、醫(yī)療、工業(yè)、國(guó)防和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等高科技領(lǐng)域都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和巨大的發(fā)展前景。許多科

2、學(xué)家認(rèn)為超導(dǎo)技術(shù)將是21世紀(jì)具有經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略意義的高新技術(shù)，極具發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)前景。是本世紀(jì)高新技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。我國(guó)自20世紀(jì)60年代末即開始超導(dǎo)技術(shù)的研究，經(jīng)30多年的努力，在超導(dǎo)磁體技術(shù)及其應(yīng)用、超導(dǎo)材料研究、超導(dǎo)電子學(xué)以及超導(dǎo)基礎(chǔ)研究方面都取得很大成績(jī)。2.超導(dǎo)材料的發(fā)展歷程(1)1908年荷蘭萊頓(Leiden)大學(xué)的卡末林?昂尼斯(KamerlinghOnnes)教授成功地將氨氣液化，達(dá)到4.2K的低溫。1911年，昂尼斯發(fā)現(xiàn)，水銀(Hg)的電阻在液氨低溫條件下(4.15K)突然降為零。隨后的持續(xù)電流實(shí)驗(yàn)證實(shí),此時(shí)的電

3、阻率約為10'23Q?cm。而良導(dǎo)體銅在4.2K以下時(shí)的電阻率約為IO??-emo可以認(rèn)為水銀的電阻突然消失了。這一發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著人類對(duì)超導(dǎo)研究的開始。低溫條件卜?物質(zhì)電阻突然消失的現(xiàn)彖，稱為超導(dǎo)電性的零電阻現(xiàn)象。這是人類第一次發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。⑵1911?1932年純?cè)爻瑢?dǎo)體的發(fā)現(xiàn)，例如Pb、Sn、In、Ta.Nb等。(3)1933年,邁斯納(W?Meissner)和奧森菲爾德(R-Ochsenfeld)發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體具有完全抗磁性，又稱為邁斯納效應(yīng)。⑷1933?1953年發(fā)現(xiàn)了合金、過渡金屬碳化物和氮化物的超導(dǎo)休。(5)1953?1973

4、年北＞17K的％Si、Nb3Sn等。1969年，超導(dǎo)纖維研制成功。1957年,巴丁、庫(kù)柏和施里弗(JohnBardeen,LeonCooper,andJohnSchrieffer)等人基于同位素效應(yīng)、超導(dǎo)能隙等重要實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了超導(dǎo)微觀理論，即著名的BCS理論，從而解決了超導(dǎo)微觀機(jī)理的問題，但是由于BCS理論是弱耦合理論，對(duì)描述強(qiáng)耦合作用的悄況有所缺失，伊里士伯格和麥克米蘭等人又發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)的強(qiáng)耦合理論。⑹1973年Nb3Ga.NbsGe等，最高Tc二23.2K。金屬氧化物超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)。⑺1975年500Km/h的磁懸浮列車研制成功。

5、⑻1986年，繆勒和貝徳羅茲發(fā)現(xiàn)BaLaCuO領(lǐng)鋼銅氧化物中“可能存在高溫超導(dǎo)電性”,他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度降低到35K時(shí)BaLaCuO的電阻徒降,到13K時(shí)的電阻完全消失。這就揭開了高溫超導(dǎo)電性研究的新篇章，將超導(dǎo)體媽的范圍從金屬材料擴(kuò)展到氧化物陶瓷材料。⑼1987年，隨后美籍華人朱經(jīng)武和中國(guó)科學(xué)院的趙忠賢等各自獨(dú)立地研制出YBaCuO鋰頓銅氧化物系的陶瓷超導(dǎo)休，其臨界溫度九達(dá)到90K,液氮的禁區(qū)(77K)奇跡般地被突破了。(10)1988?2000年高溫超導(dǎo)迅猛發(fā)展，7b不斷升高，已達(dá)132K。1.超導(dǎo)材料的有關(guān)概念⑴超導(dǎo)材料的概念又稱

6、為超導(dǎo)體(superconductor),指可以在在特定溫.度以下，呈現(xiàn)電阻為零的導(dǎo)體。零電阻和完全抗磁性是超導(dǎo)體的兩個(gè)重要特性。零電阻：卡末林?昂尼斯指出：在4.2K以下，水銀進(jìn)入一種新的物態(tài)。在這種新的物態(tài)中，通常用超導(dǎo)體一詞表示當(dāng)冷卻到一定溫度以下時(shí)，能表現(xiàn)出超導(dǎo)電性的材料。當(dāng)超導(dǎo)體顯示出超導(dǎo)電性時(shí)，超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí),否者處于正常態(tài)。完全抗磁性:指超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí),只要外加磁場(chǎng)強(qiáng)度不超過一定值,磁力線不能透入，超導(dǎo)材料內(nèi)的磁場(chǎng)恒為零的現(xiàn)象。根據(jù)這兩個(gè)特性有許多應(yīng)用。(2)臨界溫度化外磁場(chǎng)為零時(shí)超導(dǎo)材料由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)(

7、或相反)的溫度，使超導(dǎo)體電阻為零的溫度，叫超導(dǎo)臨界溫度，以％表示。％值因材料不同而異。已測(cè)得超導(dǎo)材料的最低％是鴨，為0.012K。H前，臨界溫度最高值已提高到150K左右。臨界溫度7；的測(cè)量主耍有電測(cè)法和磁測(cè)法兩種：電測(cè)法是利用零電阻效應(yīng)，磁測(cè)法是利用超導(dǎo)體的磁性來測(cè)量Te.電阻也有不是徒降的情況，存在電阻轉(zhuǎn)變區(qū)間，即零電阻溫度和起始轉(zhuǎn)變溫度。由正常態(tài)向超導(dǎo)態(tài)的過渡是在一個(gè)有限的溫度間隔內(nèi)完成的，稱這個(gè)溫度間隔為轉(zhuǎn)變寬度A?；。⑶臨界磁場(chǎng)He零電阻現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)Z后，卡末林?昂尼斯隨后乂發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體在一定的外磁場(chǎng)作用下會(huì)失去超導(dǎo)電性?？┝?/p>

8、?昂尼斯發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體Z后，就立刻想到做一個(gè)沒有損耗的磁體，但是他用一個(gè)磁場(chǎng)加到超導(dǎo)體上之后，當(dāng)磁場(chǎng)達(dá)到一定值時(shí)，超導(dǎo)體就恢復(fù)了電阻，回到正常態(tài)。是超導(dǎo)體電阻恢復(fù)的磁場(chǎng)值稱為臨界磁場(chǎng)Hco⑷邁斯納效應(yīng)當(dāng)超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，其內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度