电性材料—超导材料

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1、电性材料—超导材料学院班级:姓名：组号:学号:一.引言电性材料的分类，按电性性能可分为导体、半导体、超导体和绝缘材料等四类;从应用角度可分为导电材料、电阻材料、屯热材料和绝缘材料等。屯性材料性能的差异与其成分、组织、结构、以及外界环境(如温度、压力、磁场)都密切相关。电性材料在日常的生活中应用十分广泛，再此主要介绍一下超导材料。二.超导材料(SuperconductorMaterials)1.绪论超导材料是近40年发展起来的髙科技技术，它在电工、交通、医疗、工业、国防和科学实验等高科技领域都有着重要的现实意义和巨大的发展前景。许多科

2、学家认为超导技术将是21世纪具有经济战略意义的高新技术，极具发展潜力和市场前景。是本世纪高新技术发展的一个重要方向。我国自20世纪60年代末即开始超导技术的研究，经30多年的努力，在超导磁体技术及其应用、超导材料研究、超导电子学以及超导基础研究方面都取得很大成绩。2.超导材料的发展历程(1)1908年荷兰莱顿(Leiden)大学的卡末林•昂尼斯(KamerlinghOnnes)教授成功地将氨气液化，达到4.2K的低温。1911年，昂尼斯发现，水银(Hg)的电阻在液氨低温条件下(4.15K)突然降为零。随后的持续电流实验证实,此时的电

3、阻率约为10'23Q•cm。而良导体铜在4.2K以下时的电阻率约为IO?©-emo可以认为水银的电阻突然消失了。这一发现标志着人类对超导研究的开始。低温条件卜•物质电阻突然消失的现彖，称为超导电性的零电阻现象。这是人类第一次发现超导现象。⑵1911〜1932年纯元素超导体的发现，例如Pb、Sn、In、Ta.Nb等。(3)1933年,迈斯纳(W•Meissner)和奥森菲尔德(R-Ochsenfeld)发现超导体具有完全抗磁性，又称为迈斯纳效应。⑷1933〜1953年发现了合金、过渡金属碳化物和氮化物的超导休。(5)1953〜1973

4、年北＞17K的％Si、Nb3Sn等。1969年，超导纤维研制成功。1957年,巴丁、库柏和施里弗(JohnBardeen,LeonCooper,andJohnSchrieffer)等人基于同位素效应、超导能隙等重要实验结果，提出了超导微观理论，即著名的BCS理论，从而解决了超导微观机理的问题，但是由于BCS理论是弱耦合理论，对描述强耦合作用的悄况有所缺失，伊里士伯格和麦克米兰等人又发现超导的强耦合理论。⑹1973年Nb3Ga.NbsGe等，最高Tc二23.2K。金属氧化物超导体被发现。⑺1975年500Km/h的磁悬浮列车研制成功。

5、⑻1986年，缪勒和贝徳罗兹发现BaLaCuO领鋼铜氧化物中“可能存在高温超导电性”,他们发现当温度降低到35K时BaLaCuO的电阻徒降,到13K时的电阻完全消失。这就揭开了高温超导电性研究的新篇章，将超导体妈的范围从金属材料扩展到氧化物陶瓷材料。⑼1987年，随后美籍华人朱经武和中国科学院的赵忠贤等各自独立地研制出YBaCuO锂顿铜氧化物系的陶瓷超导休，其临界温度九达到90K,液氮的禁区(77K)奇迹般地被突破了。(10)1988〜2000年高温超导迅猛发展，7b不断升高，已达132K。1.超导材料的有关概念⑴超导材料的概念又称

6、为超导体(superconductor),指可以在在特定温.度以下，呈现电阻为零的导体。零电阻和完全抗磁性是超导体的两个重要特性。零电阻：卡末林•昂尼斯指出：在4.2K以下，水银进入一种新的物态。在这种新的物态中，通常用超导体一词表示当冷却到一定温度以下时，能表现出超导电性的材料。当超导体显示出超导电性时，超导体处于超导态时,否者处于正常态。完全抗磁性:指超导体处于超导态时,只要外加磁场强度不超过一定值,磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零的现象。根据这两个特性有许多应用。(2)临界温度化外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(

7、或相反)的温度，使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度，以％表示。％值因材料不同而异。已测得超导材料的最低％是鸭，为0.012K。H前，临界温度最高值已提高到150K左右。临界温度7；的测量主耍有电测法和磁测法两种：电测法是利用零电阻效应，磁测法是利用超导体的磁性来测量Te.电阻也有不是徒降的情况，存在电阻转变区间，即零电阻温度和起始转变温度。由正常态向超导态的过渡是在一个有限的温度间隔内完成的，称这个温度间隔为转变宽度A?；。⑶临界磁场He零电阻现象发现Z后，卡末林•昂尼斯随后乂发现超导体在一定的外磁场作用下会失去超导电性。卡末林

8、•昂尼斯发现超导体Z后，就立刻想到做一个没有损耗的磁体，但是他用一个磁场加到超导体上之后，当磁场达到一定值时，超导体就恢复了电阻，回到正常态。是超导体电阻恢复的磁场值称为临界磁场Hco⑷迈斯纳效应当超导体处于超导态时，其内部磁感应强度