超导体材料简介

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1、超导体材料简介超导材料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。超导材料人规模应川的最人障碍是什么？1911年，荷兰物理学家昂尼斯(1853〜1926)发现，当温度降到4.15K附近吋，水银的电阻突然降到零。1986年1月，美国将超导温度提高到30K。紧接着，日本东京大学工学部又将超导温度提高到37K；12月30日，美国休斯敦大学宣布，美籍华裔科学家朱经武乂将超导温度提高到40.2Ko1987年1月初，日本川崎国立分子研究所将超导温度提高到43K；不久日本综合电子研究所又将超导温度提高到46K和53K。中国科学院物理研究所由赵忠贤、陈立

2、泉领导的研究组，获得了4&6K的锂鋼铜氧系超导体，并看到这类物质有在70K发生转变的迹彖。2月15日美国报道朱经武、吴茂昆获得了98K超导体。2月20日，中国也宣布发现100K以上超导体3月3H,日木宣布发现123K超导体。3月12日屮国北京大学成功地用液氮进行超导磁悬浮实验。3刀27口美国华裔科学家乂发现在氧化物超导材料中有转变温度为240K的超导迹象。很快日木鹿儿岛人学工学部发现由钢、锂、铜、氧组成的陶瓷材料在14°C温度下存在超导迹象。高温超导体的口大突破，以液态氮代替液态氨作超导制冷剂获得超导体，使超导技术走向大规模开发应用。现C发现有28种元索和儿千种

3、合金和化合物可以成为超导体。超导材料的基木物理参量为临界温度(Tc)，临界磁场(He)和临界电流(Ic)oTc指电流磁场以及其他外部条件相当低的情况下超导体出正常态转变到超导态的温度，主耍取决于材料的化学成分、晶体结构和有序度。He—般抬在给定温度条件下材料由超导态转变到正常态所需要的最小磁场，通常随Tc值的提高而增加。在温度低于Tc,外加磁场小于IIc2值时(II类超导体由正常态转变到超导态不是突然的，作为这些材料的特殊临界磁场标记为下临界磁场Hcl与上临界磁场Hc2),通过超导材料的电流达到一定数值，也可使超导体由超导态转变到正常态，此时的电流值称为临界电流

4、(Ic),单位截面的Ic值称为临界电流密度(Jc)oJc值与超导材料的微观结构(第二相、位错网、品界等)有密切关系。超导体材料的特性：%1零电阻性：超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。②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，磁力线不能透入，超导材料内的磁场恒为零。③约瑟夫森效应：两超导材料Z间有一薄绝缘层(厚度约1血)而形成低电阻连接时，会有电了对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U(也对加一电压U)，同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波，其频率为

5、，其屮h为普朗克常数，e为电子电荷。基木临界参量有以下3个基木临界参量。%1临界温度：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，以Tc表示。Tc值因材料不同而异。已测得超导材料的最低Tc是鸽,为0.012K。到1987年，临界温度最高值已提咼到100K左右。%1临界磁场：使超导材料的超导态破坏而转变到止常态所需的磁场强度，以He表示。He与温度T的关系为Hc=H0[l-(T/Tc)2],式中H0为0K时的临界磁场。%1临界电流和临界电流密度：通过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，以Ic表示。Ic一般随温度和外磁场的增加而

6、减少。单位截面积所承载的Ic称为临界电流密度，以Jc表示。超导材料的这些参量限定了应川材料的条件，因而寻找高参量的新型超导材料成了人们研究的重要课题。以Tc为例，从1911年荷兰物理学家H.开默林一昂内斯发现超导电性(Hg,Tc二4.2K)起，直到1986年以前,人们发现的最高的Tc才达到23.2K(Nb3Ge,1973)o1986年瑞士物理学家K.A.米勒和联邦徳国物理学家J.G.贝徳诺尔茨发现了氧化物陶瓷材料的超导电性，从而将Tc提高到35K。Z后仅一年时间，新材料的Tc已提高到100K左右。这种突破为超导材料的应用开辟了广阔的前景，米勒和贝德诺尔茨也因此荣

7、获1987年诺贝尔物理学奖金。分类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。超导材料的应用%1超导元素：在常压下有28种元素具超导电性，英中锐(Nb)的Tc最高，为9.26K。电工中实际应用的主耍是保和铅(Pb,Tc=7.201K),已用于制造超导交流电力电缆、高Q值谐振腔等。%1合金材料：超导元索加入某些其他元索作合金成分，可以使超导材料的全部性能捉高。如最先应用的馄钳合金(Nb-75Zr),其Tc为10.8K,He为8.7特。继后发展了饥钛合金，虽然Tc稍低了些，但lie高得多，在给定磁场能承载更大电流。其性能是Nb-33Ti,Tc

8、二9.3K,Hc=11.