第四章 超导陶瓷优质PPT.pptx

1、The document was created with Spire.Presentation for.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,Evaluation Warning:The document was created with Spire.Presentation for.NET,76/*,4.

2、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”。The document was created with Spire.Presentation for.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,Evaluation Warning:The document was created

3、 with Spire.Presentation for.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。The document was created with Spire.Presentation for.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

4、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,Evaluation Warning:The document was created with Spire.Presentation for.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,Evaluation W

5、arning:The document was created with Spire.Presentation for.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。The document was created with Spire.Presentation for.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

6、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。The document was created with Spire.Presentation for.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，

7、才 发生超导现象。The document was created with Spire.Presentation for.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。The document was created with Spire.Presentation for.NET,76/*,逐渐增大磁场到达一定值后，超导体会从超 导

8、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,Evaluation Warning:The document was created with Spire.Presentation for.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1 V时所输送的电流。,Ic（V）,I,

9、V,失超,Evaluation Warning:The document was created with Spire.Presentation for.NET,76/*,Liquid Helium,Discovery of High Temperature Superconductors,高温超导材料发现的历史,75 yrs,1987朱经武（C.W.Chu）、吴茂昆（M.K.Wu）discovered YBaCuO with Tc 77K,Air=78%N2,HTS（still-150-200oC）,Could it be you?,Eva（luHatiTonSW）arning:The do

10、cument was created with Spire.Presentation for.NET,76/*,Evaluation Warning:The document was created with Spire.Presentation for.NET,76/*,Evaluation Warning,76/*,Evaluation Warning:,76/*,Evaluation Warning:,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

11、元素形成的合金、化合物或陶瓷。,4.3 超导陶瓷材料,Evaluation Warning:The document was created with Spire.Presentation for.NET,76/*,超导元素,Evaluation Warning:The document was created with Spire.Presentation for.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,Evaluation Warning:The documen

12、t was created with Spire.Presentation for.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）,Evaluation Warning:The document was created with Spire.Presentation for.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

13、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；The document was created with Spire.Presentation for.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,Evaluation Warning:The document was created with Spire.Presentation for.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