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1、《超导探索与科学思辨》姓名：＿＿＿＿＿＿＿院系：＿＿＿＿＿＿＿学号：＿＿＿＿＿＿＿年级：＿＿＿＿＿＿＿日期：2013.12.10超导探索与科学思辨摘要：所谓的超导，就是超导电性的简称。即金属或合金在温度降到一定程度时出现的电阻变为零的性质。在高科技日益发达的今天，超导体的研究已经取得了重要成果，随着超导材料临界温度的提高和材料加工技术的发展，超导技术已经在许多高科技领域获得重要应用，日前已经进入了大规模实际应用和产业化。经过了一学期的学习，对于爱因斯坦的科学思辨精神也有了些许不成熟的认识，这种精神将是我们认识自然了解科学的根本，他是
2、当代莘莘学子继续科技发展的根本。关键词：超导材料发展应用与前景科学思辨正文一.超导材料的概念、特性、研究历程超导材料是在低温条件下能出现超导电性的物质，而超导电性是指某些物质在温度降低到一定值时电阻会完全消失的现象。超导体的发现颇为不易，他是无数的科学家们经过多少个日日夜夜苦心钻研的成果。一个世纪来，超导体的研究使4位科学家先后获诺贝尔奖。1911年荷兰莱顿大学实验物理学教授卡麦林·昂尼斯发现汞的电阻在接近绝对零度的低温时急剧下降以致完全消失，并在1913年一篇论文中首次提到“超导电性”一词。由于这一成就，昂内斯获1913年诺贝尔物
3、理学奖。1933年，德国物理学家迈斯纳等人又发现，超导材料的温度低于临界温度而进入超导态之后，其体内的磁感应强度总是零。这种现象称为“迈斯纳效应”。1962年英国剑桥大学研究生约瑟夫森提出，夹有薄绝缘层的两块超导体之间，即使不加电压也可通过一定数值的直流隧道电流。这一现象称为“约瑟夫森效应”。他也因此获得1973年度诺贝尔物理奖。在超导体的研究过程中，有几项里程碑式的发现，对于超导体今天的成就有着至关重要的意义。主要的发现有：1、零电阻效应 1911年荷兰着名低温物理学家昂纳斯(H.K.Onnes)发现在T=4.1k下汞具有超导
4、电性。采用“四引线电阻测量法”测出了超导体的R-T特性曲线。由于超导体的转变温度还与外部环境条件有关,定义在外部环境条件(电流,磁场和应力等)维持在足够低的数值时,测得的超导转变温度称为超导临界温度。2.迈斯纳效应 1933年,迈斯纳(W.Meissner)发现:当置于磁场中的导体通过冷却过渡到超导态时,原来进入此导体中的磁力线会一下子被完全排斥到超导体之外,超导体内磁感应强度变为零,这表明超导体是完全抗磁体,这个现象称为迈斯纳效应。超导材料性能由临界温度TC和临界磁场HC两个参数决定,高于临界值时是一般导体,低于此数值时成为超
5、导体。3.同位素效应 超导体的临界温度TC与其同位素质量M有关。M越大,TC越低,这称为同位素效应。例如,原子量为199.55的汞同位素,它的TC是4.18开,而原子量为203.4的汞同位素,TC为4.146开。4.约瑟夫森效应当在两块超导体之间存在一块极薄的绝缘层时,超导电子(对)能通过极薄的绝缘层,这种现象称为约瑟夫森(Josephson)效应,相应的装置称为约瑟夫森器件，这种器件具有显着的非线性电阻特性,可制成高灵敏度的磁敏感器件,应用在超高速计算机等场合。5.完全抗磁性 超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，
6、磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。 二．超导材料的分类及应用在一代又一代科学家的潜心研究下，超导技术已经具有了一定的规模，现在应经发现有28种元素、几千种合金和化合物可以成为超导体。当代发展中应用比较多的有以下几种：1.低温超导材料所谓的低温超导材料，就是具有低临界转变温度(Tc<3OK=在液氦温度条件下工作)的超导材料，分为金属、合金和化合物。具有实用价值的低温超导金属是Nb(铌)，Tc为9.3K已制成薄膜材料用于弱电领域。合金系低温超导材料是以Nb为基的二元或三元合金组成的β相固溶体，Tc在9K以上。低温超导材料一般都需在
7、昂贵的液氦环境下工作,由于液氦制冷的方法昂贵且不方便，故低温超导体的应用长期得不到大规模的发展。低温超导材料的应用分为：强电应用，主要包括超导在强磁场中的应用和大电流输送；弱电应用，主要包括超导电性在微电子学和精密测量等方面的应用。1.高温超导材料高温超导体材料(HTS)具有超导电性和抗磁性两个重要特性。要让超导体得到现实的应用，首先要有容易找到的超导材料。即主要研究方向就是寻找能在较高温度下存在的超导体材料。高温超导材料用途非常广泛，大致可分三大类：大电流应用、电子学应用和抗磁性应用。3.超导陶瓷 20世纪80年代初，米勒和贝德
8、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
