稀土在超导陶瓷中的应用

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1、稀土在超导陶瓷中的应用扌商要：稀土元索被誉为新世纪最具冇发展前景的新材料，因其在电、光、磁等方面具有独特性质，故在功能材料领域获得了广泛的关注。而超导现象是电了系统在凝聚态物质中发生量子凝聚以后的现象，表现出很多优异的物理化学性质，超导可以在能源、交通、环境等方面有许多应用。木文将介绍结合当而两项研究，介绍稀土超导材料的研究及其应用进展。关键词：稀土；超导；功能陶瓷引言稀土有“工业维生索”的美称。现如今已成为极其重要的战略资源。稀土元索氧化物是指元素周期表中原了序数为57到71的15种御系元素氧化物，以及与銅系元素化学性质相似的铳（Sc）和就（Y）共17种元索的氧

2、化物。稀土元索在石油、化工、冶金、纺织、陶瓷、玻璃、永磁材料等领域都得到了广泛的应用，随着科技的进步和应用技术的不断突破，稀土氧化物的价值将越來越大。稀土元素独特的物理化学性质，决定了它们具有极为广泛的用途。稀土元素貝•有独特的4f电子结构，大的原子磁距，很强的自旋轨道耦合等特性，与其它元索形成稀土配合物时，配位数可在3~12Z间变化，并且稀土化合物的晶体结构也是多样化的山。超导体的使用环境为其临界温度之下。高温超导体一般界定为临界温度超过40K的超导体，因为通常的电了■声了机制卜•超导临界温度的上限是40K左右，即所谓麦克米兰极限。因此，临界温度突破40K的超导

3、体的发现是极其重要的⑵。为此寻找高温超导材料成为科技界多年來追逐的主要目标，其中稀土元素□然也成为寻找的对象。空气中有丰富的氮气资源，人们可以生产最廉价的低温冷介质，即液氮，其沸点温度为77.3K（约为-196°C）o因此发现临界温度高于77.3K的超导体具有重要意义。1超导材料的发展超导是指材料在满足临界温度(Tc)、临界电流(Ic)和临界磁场(He)的条件卜•失去电阻的性质，具有超导性质的材料称Z为超导体。超导的发现，与低温的获得密切相关。传统的低温环境主耍依靠液化气体來实现，比如液氢的沸点是20Ko1908年，荷兰莱顿实验室的卡麦琳•翁奈斯(Karmcrli

4、nghOnnes)等将氨气成功液化，并获得液氨的沸点为4.2Ko通过液氨进一步节流膨胀技术可以获得低至1.5K的低温环境。随后，翁奈斯等人在测量金属汞在低温下的电阻时，发现当温度降至4.2K以下时，汞的电阻突然下降到仪器测量不到的最小值，基木可认为是零电阻态。第一个超导体——金属汞就此被发现，其临界温度Tc为4.2Ko原则上说，如果把高纯金属认为是理想导体，也可以具有零电阻态,但超导体与单纯零电阻态的理想导体有本质区别，具有更多的奇特性质，比如，完全抗磁性⑶。1933年，德国物理学家边斯纳(W.Meissner)和奥森菲尔德(R.Ochsenfeld)发现超导体内

5、部磁感应强度为零，即具有完全抗磁性，超导态下磁化率为・1,这成为判断超导体的另一个重要特征指标。超导现象发现Z后，人们又陆续研究了其他金属和合金是否在低温下具有超导性。人们发现原來超导现象在大部分金属中都存在，一些材料在常压和低温下即可超导，还有的需要在高压和低温下才有超导电性。在兀素周期表小，除了一些磁性金屈如Mn、Co、Ni,碱金属如Na、K、Rb,部分磁性稀土元素，惰性气体和重元素等尚未观测到超导电性外，其他常见金属甚至非金属元素都可以实现超导。金属和合金以及简单金属化合物的超导临界温度都很低，到1986年为止，人们发现Tc最高的化合物是Nb3Ge,Tc=2

6、3.2Ko这意味着实现超导态需要依赖非常昂贵的液氨來维持低温环境，极大地制约了超导研究和超导应用。当时一些理论指出，基于电声了相互作用机制的超导临界温度可能存在一个极限，即超导临界温度的最高值Tc约为4()KoNb-TiMgB2Hg・Ba・Ca・Cu・O（加压）•Hg-Ba-Ca-Cu-0.Ti-Ba-Ca-Cu-0•Bi.SrYHaCuO•Bi2Sr:Ca2Cu3Ox16012080400液筑沸点•-二液金沸点辿。忧N%Nd♦La-Fe-As-O-FLa-Ba-Cu-OvSiNb-Gc-厶.La-Fc-P-ONb-SnNb-Ai-GeoN^c°-°

7、I附严俨CfeC蹴卜G191019301950197019902010年份图1.各种超导体的发现时间及Tc然而，人们从未放弃寻找更高Tc超导材料的希Mo1986年，位于瑞士苏黎世的IBM公司的柏诺兹（J.Bednorz）和缪勒（K.Muller）独辟蹊径，他们没有从常见的金属合金体系中去寻找更高转变温度的超导体，而是选择在一般认为导电性不好的陶瓷材料中去探索超导电性。结杲他们在La-Ba-Cu-O体系中首次发现了可能存在超导电性，其Tc高35Ko这一发现引发了世界范围高温超导研究的热潮⑷。1987年2月，美国休斯顿大学的朱经武、吴茂昆研究组和中国科学院物理研究所的

8、赵忠贤研究