北科大超导材料选修作业 在有机界探寻超导材料

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1、在有机界探寻超导材料摘要：超导体是具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。回顾超导发展的100年历史，科学家从单质到化合物再到陶瓷材料再到铁基材料，每一次跨体系都伴随着理论的革命和一系列阻碍，同时也带来了超导材料性能的一次又一次飞跃。在超导体系再一次陷入低谷时，我想有没有可能在有机界能够找到超导效应呢？有机材料，特别是有机超导材料具有质量轻，便于分子设计和剪裁等优点。如果可以在有机物中寻找到高温超导体甚至常温超导体，其应用前景会非常明朗。带着这样的思考

2、，本文提出了在有机界寻找超导材料的可能性和研究方向。关键词：有机超导材料；有机导体；超导；导电高分子；研究0.引言：1911年，荷兰科学家卡末林—昂内斯(HeikeKamerlingh-Onnes)用液氦冷却汞，在4.2K时发现了汞的零电阻，并称为超导电性，此温度称为临界温度。根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料。但这里所说的「高温」，其实仍然是远低于冰点0℃的，对一般人来说算是极低的温度。“超导电性”现象被发现之后，引起了各国科学家的关注和研究，并寄于很大期望。通过研究，人们发现：所有超导物质，如钛、

3、锌、铊、铅、汞等，当温度降至临界温度（超导转变温度）时，皆显现出某些共同特征：电阻为零，一个超导体环移去电源之后，还能保持原有的电流。有人做过实验，发现超导环中的电流持续了二年半而无显著衰减；完全抗磁性。这一现象是1933年德国物理学家迈斯纳等人在实验中发现的，只要超导材料的温度低于临界温度而进入超导态以后，该超导材料便把磁力线排斥体外，因此其体内的磁感应强度总是零。这种现象称为“迈斯纳效应”。超导材料的电、磁优良性能和独特品质和广泛应用前景让众多科学家投入到超导材料的制备和研究中。经过科学家们的努力，超导材料的磁电障碍已被跨越，下

4、一个难关是突破温度障碍，即寻求高温超导材料。1973年，发现超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，这一记录保持了近13年。1986年，设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧钡铜氧化物）具有35K的高温超导性。走出了单质元素的怪圈，开辟了陶瓷超导的新体系。同年，美国贝尔实验室研究的超导材料，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。1987年，美国华裔科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤相继在钇－钡－铜－氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的“温度壁垒”（77K）也被突破了。

5、1987年底，铊－钡－钙－铜－氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。从1986－1987年的短短一年多的时间里，在陶瓷超导体系中临界超导温度提高了近100K。超导材料按其化学成分可分为元素材料、合金材料、化合物材料和超导陶瓷。①超导元素：在常压下有28种元素具超导电性，其中铌（Nb）的㈠Tc最高，为9.26K。电工中实际应用的主要是铌和铅(Pb，Tc=7.201K)，已用于制造超导交流电力电缆、高Q值谐振腔等。②合金材料：超导元素加入某些其他元素作合金成分，可以使超导材料的全部性能提高。如最先应用的铌锆合金(Nb-75Zr)

6、，其Tc为10.8K，Hc为8.7特。继后发展了铌钛合金，虽然Tc稍低了些，但Hc高得多，在给定磁场能承载更大电流。其性能是Nb-33Ti，Tc=9.3K，Hc＝11.0特；Nb-60Ti，Tc=9.3K，Hc=12特(4.2K)。目前铌钛合金是用于7～8特磁场下的主要超导磁体材料。铌钛合金再加入钽的三元合金，性能进一步提高，Nb-60Ti-4Ta的性能是，Tc＝9.9K，Hc=12.4特（4.2K）；Nb-70Ti-5Ta的性能是，Tc=9.8K，Hc=12.8特。③超导化合物:超导元素与其他元素化合常有很好的超导性能。如已大量使

7、用的Nb3Sn，其Tc=18.1K，Hc=24.5特。其他重要的超导化合物还有V3Ga，Tc=16.8K，Hc=24特；Nb3Al，Tc=18.8K，Hc=30特。④超导陶瓷：20世纪80年代初，米勒和贝德诺尔茨开始注意到某些氧化物陶瓷材料可能有超导电性，他们的小组对一些材料进行了试验，于1986年在镧－钡－铜－氧化物中发现了Tc=35K的超导电性。1987年，中国、美国、日本等国科学家在钡－钇－铜氧化物中发现Tc处于液氮温区有超导电性，使超导陶瓷成为极有发展前景的超导材料。而据2009年10月10日最新的报道，新的超导材料（Tl4

8、Ba）Ba2Ca2Cu7O13+，其转变温度已达254K（-19.6℃），我们家庭用普通的冰箱冷冻室温度就可以达到零下20℃，在此条件下新材料就可以实现超导。这一结果给了人们极大的鼓舞，相信下一步室温超导材料的出现，将会为超导的应用提