第四章 超导陶瓷优质PPT.pptx

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ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,超导体与正常导体的区别,超导体从具有一定电阻的正常态转变为电阻为零的超导态时所处的温度称为临界温度Tc，即Tc是某种材料超导现象开始出现的温度。

所谓正常态就是温度高于Tc时导体的状态。

这种状态下的导体具有一定大小的电阻。

右图表示正常态导体和超导体的电阻随温度的变化情况。

超导体与正常导体的区别,EvaluationWarning:

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,4.2超导的发现,1908年，荷兰物理学家昂纳斯首次成功地把称为“永久气体”的氦液化，因而获得4.2K的低温源，为超导准备了条件；

三年后即1911年，在测试纯金属电阻率的低温特性时，他又发现，汞的直流电阻在4.2K时突然消失，多次精密测量表明，汞柱两端压降为零，他认为这时汞进入了一种以零阻值为特征的新物态，并称为“超导态”。

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,当绝对温度掉到4.2K时，汞的电阻值几乎为零,零电阻特性,EvaluationWarning:

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,昂纳斯在1911年12月28日宣布了这一发现。

但此时他还没有看出这一现象的普遍意义，仅仅当成是有关水银的特殊现象。

1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现：

如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这叫抗磁性。

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,迈斯纳效应,迈斯纳效应又叫完全抗磁性:

超导体一旦,进入超导状态，体内的磁通量将全部被排出体外，磁感应强度恒为零，超导体就把全部磁通量排出体外。

N,N,S,降温,降温,加场,加场,S,注：

S表示超导态N表示正常态,EvaluationWarning:

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,在锡盘上放一条永久磁铁，当温度低于锡的转变温度时，小磁铁会离开锡盘飘然升起，升至一定距离后，便悬空不动了，这是由于：

磁铁的磁力线不能穿过超导体，在锡盘感应出持续电流的磁场，与磁铁之间产生了排斥力，磁体越远离锡盘，斥力越小，当斥力减弱到与磁铁的重力相平衡时，就悬浮不动了。

观察迈纳斯效应的磁悬浮试验,EvaluationWarning:

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,把一块磁铁放在超导盘上由于超导盘把磁感应，线排斥出去超导盘跟磁铁之间有排斥力结果，磁铁悬浮在超导盘的上面。

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,人们很快发现，处于临界温度Tc以下的超导体，当外磁场比较低时，它是超导态的，即具有零电阻和迈斯纳效应。

但是当外磁场高于某一值时，它就从超导态转变成正常态，电阻恢复，和正常导体具有相同的性质。

这种使超导体从超导态转变为正常态的磁场称为临界磁场Hc，即进入超导态的标志是在临界温度（Tc）和临界磁场（Hc）以下。

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,然而，人们又发现，超导体能承载的电流是有限的，当通过超导体的电流密度超过一定的数值Jc时，超导电性也被破坏了，这一电流密度称为临界电流密度Jc。

Jc随温度的不同而不同。

对于一个实际的超导体来说，与Jc相对应的流经超导体的电流称临界电流Ic。

临界温度（Tc）、临界磁场（Hc）和临界电流密度（Jc）是“约束”超导现象的三大临界条件。

只有当上述三个条件均满足超导材料本身的临界值时，才发生超导现象。

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,超导态下的T-H-J临界面,临界温度（Tc）、临界磁场（Hc）和临界电流密度（Jc）三个量限制了材料的超导电性存在的范围。

右图表示Tc、Hc和Jc的相互关系。

由Tc、Hc和Jc所围成的曲面，代表从正常态向超导态转变的临界态。

这就是说三个参量必须在该曲面之下时，材料才处于超导态。

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,逐渐增大磁场到达一定值后，超导体会从超导态变为正常态，把破坏超导电性所需的最小磁场,c,称为临界磁场，记为H。

有经验公式：

22Hc（T）=Hc（0）（1-T/Tc）,正常态,H,Hc（0）,Tc,T,临界磁场,超导态,EvaluationWarning:

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,临界电流,超导体无阻载流的能力也是有限的，当通过超导体中的电流达到某一特定值时，又会重新出现电阻，使其产生这一相变的电流称为临界电流，记为Ic。

目前，常用电场描述Ic（V），即当每厘米样品长度上出现电压为1V时所输送的电流。

Ic（V）,I,V,失超,EvaluationWarning:

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,LiquidHelium,DiscoveryofHighTemperatureSuperconductors,高温超导材料发现的历史,75yrs,1987朱经武（C.W.Chu）、吴茂昆（M.K.Wu）discoveredYBaCuOwithTc77K,Air=78%N2,HTS（still-150-200oC）,Coulditbeyou?

Eva（luHatiTonSW）arning:

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,EvaluationWarning:

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,EvaluationWarning,76/*,EvaluationWarning:

76/*,EvaluationWarning:

76/*,从现在已研究到的超导材料的组成来看，能构成超导材料的组成元素是相当多的，有金属、类金属和非金属元素，在这些元素中，有一些可由单一元素制成超导材料，但绝大多数超导材料是由多种元素形成的合金、化合物或陶瓷。

4.3超导陶瓷材料,EvaluationWarning:

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,超导元素,EvaluationWarning:

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,人们对是不是超导体提出四个标难：

出现零电阻，有迈斯纳效应，工艺的可重复性和超导现象的稳定性。

高温超导体：

临界温度在液氮温度（77K）以上材料。

超导体的标准,EvaluationWarning:

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,超导材料的分类：

常规超导体（如Nb-Ti合金）高温超导体（如YBa2Cu3O7-x）非晶超导材料超导材料复合超导材料（如超导线带材料）重费米子超导体（如CeCu2Si2）有机超导材料（如富勒烯等修饰的化合物）,EvaluationWarning:

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,超导陶瓷,1986年超导陶瓷的出现，使超导体的临界温度Tc有了很大提高。

超导陶瓷主要有：

镧系高温超导陶瓷：

以La2CuO3为代表；

钇系高温超导陶瓷：

以YBa2Cu2Oy为代表；

铋系高温超导陶瓷：

以Bi-Sr-Cu-O为代表；

铊系高温超导陶瓷：

以Ta-Ba-Ca-Cu-O为代表；

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,1.镧系高温超导陶瓷,La-Ba-Cu-O超导陶瓷是最早发现的具有超导特性的氧化物超导材料。

镧系超导材料的种类和性能见下表。

La-Sr-Nb-O超导陶瓷的临界温度Tc较高，但抗磁性较弱。

镧系超导材料,EvaluationWarning:

ThedocumentwascreatedwithSpire.Presentationfor.NET,76/*,2.钇系高温超导陶瓷,在Y-Ba-Cu-O系中，成分为Y1Ba2Cu3O7-x的相（简称123相）具有超导性。

自从1986年美国科学家缪勒（KAMuller）等提出Y-Ba-Cu-O组成的氧化物可能是高临界温度的超导体以来，对钇系超导体作了不少的研究。

Y-系陶瓷为四方结构，低温下为正交结构。

Y可以被其它稀土元素，特别是重稀土元素取代，如Gd，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu等，形成一系列高临界温度的