電性材料—超導材料

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1、電性材料—超導材料學院班級:姓名：組號:學號:一.引言電性材料的分類，按電性性能可分為導體、半導體、超導體和絕緣材料等四類;從應用角度可分為導電材料、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、結構、以及外界環(huán)境(如溫度、壓力、磁場)都密切相關。電性材料在日常的生活中應用十分廣泛，再此主要介紹一下超導材料。二.超導材料(SuperconductorMaterials)1.緒論超導材料是近40年發(fā)展起來的髙科技技術，它在電工、交通、醫(yī)療、工業(yè)、國防和科學實驗等高科技領域都有著重要的現(xiàn)實意義和巨大的發(fā)展前景。許多科

2、學家認為超導技術將是21世紀具有經(jīng)濟戰(zhàn)略意義的高新技術，極具發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬?。是本世紀高新技術發(fā)展的一個重要方向。我國自20世紀60年代末即開始超導技術的研究，經(jīng)30多年的努力，在超導磁體技術及其應用、超導材料研究、超導電子學以及超導基礎研究方面都取得很大成績。2.超導材料的發(fā)展歷程(1)1908年荷蘭萊頓(Leiden)大學的卡末林?昂尼斯(KamerlinghOnnes)教授成功地將氨氣液化，達到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)電流實驗證實,此時的電

3、阻率約為10'23Q?cm。而良導體銅在4.2K以下時的電阻率約為IO??-emo可以認為水銀的電阻突然消失了。這一發(fā)現(xiàn)標志著人類對超導研究的開始。低溫條件卜?物質(zhì)電阻突然消失的現(xiàn)彖，稱為超導電性的零電阻現(xiàn)象。這是人類第一次發(fā)現(xiàn)超導現(xiàn)象。⑵1911?1932年純元素超導體的發(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)超導體具有完全抗磁性，又稱為邁斯納效應。⑷1933?1953年發(fā)現(xiàn)了合金、過渡金屬碳化物和氮化物的超導休。(5)1953?1973

4、年北＞17K的％Si、Nb3Sn等。1969年，超導纖維研制成功。1957年,巴丁、庫柏和施里弗(JohnBardeen,LeonCooper,andJohnSchrieffer)等人基于同位素效應、超導能隙等重要實驗結果，提出了超導微觀理論，即著名的BCS理論，從而解決了超導微觀機理的問題，但是由于BCS理論是弱耦合理論，對描述強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)超導的強耦合理論。⑹1973年Nb3Ga.NbsGe等，最高Tc二23.2K。金屬氧化物超導體被發(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領鋼銅氧化物中“可能存在高溫超導電性”,他們發(fā)現(xiàn)當溫度降低到35K時BaLaCuO的電阻徒降,到13K時的電阻完全消失。這就揭開了高溫超導電性研究的新篇章，將超導體媽的范圍從金屬材料擴展到氧化物陶瓷材料。⑼1987年，隨后美籍華人朱經(jīng)武和中國科學院的趙忠賢等各自獨立地研制出YBaCuO鋰頓銅氧化物系的陶瓷超導休，其臨界溫度九達到90K,液氮的禁區(qū)(77K)奇跡般地被突破了。(10)1988?2000年高溫超導迅猛發(fā)展，7b不斷升高，已達132K。1.超導材料的有關概念⑴超導材料的概念又稱

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

7、或相反)的溫度，使超導體電阻為零的溫度，叫超導臨界溫度，以％表示。％值因材料不同而異。已測得超導材料的最低％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；的測量主耍有電測法和磁測法兩種：電測法是利用零電阻效應，磁測法是利用超導體的磁性來測量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)向超導態(tài)的過渡是在一個有限的溫度間隔內(nèi)完成的，稱這個溫度間隔為轉(zhuǎn)變寬度A?；。⑶臨界磁場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)超導體在一定的外磁場作用下會失去超導電性?？┝?/p>

8、?昂尼斯發(fā)現(xiàn)超導體Z后，就立刻想到做一個沒有損耗的磁體，但是他用一個磁場加到超導體上之后，當磁場達到一定值時，超導體就恢復了電阻，回到正常態(tài)。是超導體電阻恢復的磁場值稱為臨界磁場Hco⑷邁斯納效應當超導體處于超導態(tài)時，其內(nèi)部磁感應強度