[精品]超导及超导材料的应用.doc

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1、超导及超导材料的应用刘阳B090101班学号:B09010112［摘要］超导是金属或合金在较低温度下电阻变为零的性质。自从超导发现至今，超导的研究和超导材料的研制已迅速发展，超导材料的物质结构及性质已逐渐研究清楚，超导的临界温度已从开始的几开升至一百多开，超导材料得到广泛应用。综合评述了铜氧化合物髙温超导材料研究进展，详细介绍了近年來发展的铜氧高温超导材料改性的各种方法。［关键词］超导超导材料临界温度高温超导改性［前沿］超导是超导电件的简称，是指某些物体当温度下降至一定温度时,电阻突然趋近于零的现象。具有这种特性的材料称为超导材料。自超导发现至今，超导的研究

2、和超导材料的研制己迅速发展,超导的临界温度已从开始的几开升至几十开甚至一百多开；而且超导材料的物质结构及性质已逐渐研究淸楚。以液态氮温度下低温超导材料的研究与发展获得了成功，且已实现商品化,在医疗、电子输送、运输等方面获得应用：高温超导材料的发现，是最近几卜年來物理学及材料科学领域中的巫大突破之一，已引起全世界广泛关注，各国众多科学工作者参与超导的研究与发展工作，人们将会很快感受到它给社会带來的巨大变革。1.超导材料的研究进展1911年一个叫昂尼斯的荷兰物理学家做了一个试验，他把水银冷却到-40°C时，亮晶晶的液体水银像图1不同超导化合物临畀温度升高与时间的

3、关系大大地限制了它的优越性。从20世纪70年代起人们“结冰”一样变成了固体，然后，他耙水银拉成细丝,并继续降低温度，同时测量不同温度下I古I体水银的电阻。当他把温度降到绝对温度4K（相当于一269°C）时，一个奇怪的现象出现了，即水银的电阻突然变成了零。随后，人们在铅及其它多种材料中也发现这种特性：在满足临界条件（临界温度Tc、临界电流Jc、临界磁场lie）时物质的电阻突然消失，这种现象称为超导电性的零电阻现象。1933年迈斯纳和奥森菲尔徳又发现了超导体的另一个朿要性质，完全抗磁性。并且，超导态是一个热力学平衡现象，可以用平衡热力学来解释［广5］o1957年

4、Bardeen等提出了著名的ECS理论,揭示了长时期不清楚的超导起因。但山于已发现的各种材料的Tc过低，必须使用液氮,就将注意力转向寻找高Tc超导体,在周期表上排列、组合成各种二元、三元合金或化合物甚至四元化合物，但一直没有成效，1973年找到的临界温度最高的材料是Tc值为23.2K的Nb3Ge薄膜，至"1985年这个记录一直保持不变o1986年瑞士IBM实验室科学家缪勒和柏诺兹发现了转变温度为36K的La-Ba-Cu-0超导体飞，揭开高温超导发展的帷幕。1987年2M,美国华裔科学家朱经武7；和屮国科学家赵忠贤円把Y-Ba-Cu-0系材料临界超导温度提高到

5、90K以上，液氮的禁区（77K）奇迹般地被突破了。1987年底,T-lBa-Ca-Cu-0系材料又把临界超导温度的记录提高到125K91。从1986、1987年短短1年多的时间里，临界超导温度竟然提高了100K以上，使超导的应用和发展边上了一个新台阶。最新的报道中是以水银掺杂得到的IIg2Ba2Ca2Cu3010-,在帘压下其临界温度己达134K:io］。各类超导体的临界温度随时间的发展过程如图1所示。在临界磁场方面,Tomita等［山研究得到的Re-Ba-Cu-0（Re为稀土元素）块材在29K时,临界磁场己达17.24T。更令人振奋的是，美国和日本等科学家

6、在1991年又发现了球状碳分子碳60在掺入钾、絶、钱等元素后，也有超导性。有些科学家预测，球状分子碳60经过掺金属后，将來有可能在室温下出现超导现象，那时，超导材料就有可能像半导体材料一样，在世界引起一场丁业革命和科技革命。2.超导材料的主要特性2.1零电阻效应材料在一定温度以下，其电阻为零的现象称为材料的超导电现象。在一定温度下具有零电阻超导电现象的材料，称为超导体超仔材料的R-T关系曲线(Superconductor),1911年荷兰著名低温物理学家昂纳斯(11.K.Onnes)发现在T=4.Ik下汞具有超导电性。采用"四引线电阻测量法”可测出超导体的R

7、—T特性曲线，如图所示。图中的如为电阻开始急剧减小时的电阴值，对应的温度称为起始转变温度TS：当电阴减小到Rn/2时的温度称为中点温度TM：当电阻减小至零时的温度为零电阻温度T0。山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。2.2迈斯纳效应(«)iE*ai(T>Ta(b)理寻逅(T>T7迈斯纳效应示童图1933年，迈斯纳(W.Meissner)发现:当駅于磁场中的导体通过冷却过渡到超导态时，原來进入此导体屮的磁力线会一下子被完全排斥到超导体之外(见右图)，超导体内

8、磁感应强度变为冬，这表明超导体是完全抗磁体，这个现象