课件§1新材料概论

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1、新材料概论新材料类型金属材料新型陶瓷材料（无机材料）高分子材料（有机材料）复合材料第一部分金属材料功能材料§1超导材料§2形状记忆材料和智能材料§3非晶合金材料§4磁性材料§5能源转换与储氢材料§6热电材料及热电转换技术☆☆☆☆§7纳米材料§8薄膜材料§9电池材料§10电子料浆结构材料§11金属间化合物结构材料§12耐热钢§13高熔点金属及合金☆☆☆☆☆§1超导材料§1.1引言1911年发现汞在4.2K附近电阻突然消失，揭开了超导物理和超导材料学研究篇张超导材料基本特性：零电阻、抗磁性、磁通量子效应、Josep

2、hson效应等；这些特性使得其在电力、可控核聚变、磁悬浮、电磁推进装置、储能、微电子器件等领域显示无可比拟的优越性超导实用的最基本障碍：温度壁垒1986年前最高超导转变温度只有23K，只能用在昂贵复杂的液氦或液氢介质中1986年4月发现La-Ba-Cu-O氧化物超导材料，转变温度TC＞30K1987年2月发现Y-Ba-Cu-O氧化物超导材料，转变温度TC＞90K，从而进入成本低廉的液氮（77K）温区临界温度TC＞77K的超导材料，称为高临界温度超导材料，简称高温超导材料§1.2超导材料基本特性§1.2.1零电阻

3、特性定义：超导转变温度TC、正常状态、超导状态（正常导电状态，超导电状态）处于超导状态时电阻率＜10-24Ω.cm，比通常金属电阻率小15个数量级超导材料的零电阻特性是超导材料实用化的最重要基础§1.2.2超导材料的基本参量①临界温度Tc：外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度。已测得超导材料的最低Tc是钨，为0.012K。②临界磁场Hc：使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度。Hc与温度Tc的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0为0K时的临界磁场。③临界电流Ic：通过

4、超导材料的电流达到一定数值时也会使超导态破态而转变为正常态。Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。电流导致的转变只是磁场导致转变的一个特殊情况材料处于超导状态的T-H-J临界面示意图§1.2.3完全抗磁性（Meissner效应）1933年Meissner发现一旦处于超导状态，其内部磁场为零，与磁化过程没有关系；既超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，超导材料内的磁场恒为零Meissner效应（迈斯纳效应）迈斯纳效应又叫完全抗磁性，1933年迈斯纳发现，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

5、，磁感应强度恒为零，且不论对导体是先降温后加磁场，还是先加磁场后降温，只要进入超导状态，超导体就把全部磁通量排出体外。NNS降温降温加场加场S注：S表示超导态N表示正常态观察迈纳斯效应的磁悬浮试验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，在锡盘表面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。示范线每年亏损几亿投资120亿元建好的浦东机场到

6、龙阳路段的磁悬浮示范线，一直处于每年数亿元的巨额亏损状态。投资120亿元建设的这30公里磁悬浮示范线，到现在光换设备就花了将近10亿元。每天的客流量不到5000人；节假日时，能达到8000－10000人次，票价40元。运营没多久，就换了一次线圈，要9000万欧元，因为老化严重。换接头用了3000万港元巨额的运营成本，不到两成的客流，让上海磁悬浮交通公司每年都在以5亿－7亿元的速度亏本。目前资产处于负70多亿元。龙阳路站不处于市区，磁悬浮轨道不成套，是磁悬浮客流少的最大原因。扩建，形成成套的轨道交通，新建沪杭磁悬

7、浮铁道部总规划师昨在两会明确表示沪杭磁悬浮获批今年开建（2010.3.13）§1.2.4磁通量子化磁通量子Φ0=h/2e=2.0679×10-15Wbh为普朗克常数，e为电子电荷处在超导态的多连通超导体（如超导环，超导空心圆柱体等）空腔的磁通或冻结磁通只能是磁通量子φ0的整数倍，这种性质称磁通量子化，是一种宏观量子现象。单连通和多（复）连通超导体（simplyandmultiplyconnectedsuperconductors）单连通超导体：不包含有非超导绝缘物质或空腔贯通的整块同质超导体，若有非超导绝缘物质

8、或空腔贯通的超导体则称为多（复）连通超导体。从几何学上讲，在超导体外表面所包围的体积内任取一曲线回路，这回路在超导物质内可收缩到零（或点），且所取的任意回路均可收缩到零而无例外，则称单连通超导体。若有例外，即不能收缩到零，则称多连通超导体。例如空心超导圆柱体，则在围绕柱空腔周围取一回路就不能收缩为零。外加磁场撤销时，回路中就出现感生电流继而感生磁场，外磁场撤销外磁通不复存在，但回路中电