【精品】超导材料应用与制备概况.doc

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1、超导材料制备与应用概述摘要：新型超导材料一直是人类追求的冃标。本文主要从超导材料的性质，制备，应用等方面探索超导材料科学的发展概况。随着高温超导材料制备方法的不断成熟，超导材料将越来越多的应用于尖端技术屮去，超导材料的应用将给电工技术带来质的飞跃，因此，超导材料技术有着重大的应用发展潜力，可解决未来能源，交通，医疗和国防事业中的重耍问题。关键词：超导材料强电应用弱电应用超导制备1.引言1911年荷兰科学家onnes发现纯水银在4.2K附近电阻突然消失，接着发现其他一些金属也有这样的现彖，随着人们在Pb和其它材料屮也发现这种性质：在满足临界条件（临界温度Tc,临界电流Ic,临界磁场lie

2、）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。只是直流电情况下才有零电阻现象,这一现象的发现开拓了一个崭新的物理领域。超导材料具有1）零电阻性2）完全抗磁效应3）Josephson效应。这些性质的研究与应用使得超导材料的性能不断优化，实现超导临界温度也越来越高。一旦家温超导达到实用化、工业化，将对现代科学技术产生深远的影响。2.超导材料主要制备技术控制和操纵有序结晶需耍充分了解原子尺度的超导相性能。有序、高质量晶体的超导转变温度较高，晶体质量往往强烈依赖丁合成技术和条件。冃前，常用作制备超导材料的技术主要有：2.1.1单晶生长技术新超导化合物单晶样品有多种生长方法。溶液生长

3、和气相传输生长法是制备从金属间氣化物到有机物各类超导体的强有力工具。溶液生长的优点就是其多功能性和生长速度，可制备出高纯净度和镶嵌式样品。但是，它并不能生产出固定中子散射实验所需的立方厘米大小的样品。浮动熔区法常用来制备大尺寸的样品，但局限于己知的材料。这种技术是近儿年出现的一些超导氧化物单晶生长的主耍技术。这种技术使La2-KSrxCuOt晶体生长得到改善，允许对从未掺杂到高度掺杂各种情况下的细微结构和磁性性能进行细致研究。在T.Ba2Ca2Cu30^和Bi2Sr2CaCu2O8中，有可能削弱无序的影响从而提高临界转变温度。最近汞基化合物在晶体生长尺寸上取得的进展，使晶体尺寸较先前的

4、纪录高出了儿个数量级。但应该指出的是即使是高Tc的化合物，利用溶液生长技术也可制备出高纯度的YBCO等单晶。2.1.2高质量薄膜技术冃前，薄膜超导体技术包括活性分子朿外延（MBE）、溅射、化学气相沉积和脉冲激光沉积等。MBE能制造出足以与单个晶体性能相媲美的外延超导薄膜。在晶格兀配的单晶衬底上生长的外延高温超导薄膜，已经被广泛应用于这些材料物理性质的基础研究屮。在许多实验屮薄膜的儿何性质拥有它的优势，如可用光刻技术在薄膜上刻画细微的特征;具备合成定制的多层结构或超晶格的潜能。在过去的20年里，多种高温超导薄膜生长技术快速发展。有些技术已经适用于其它超导体的制备。冃前所使用主耍方法有溅射

5、和激光烧蚀(脉冲激光沉积)。类似分子束外延这种先进薄膜生长技术也已经发展得很好。臭氧或氧原子用来实现超高真空条件下的充分氧化。这使得生长的单晶薄膜的性能已接近乃至超过块状晶体。如LSCO单晶薄膜的T二51.5K,比块状晶体(Tc<40K)要高，外延应力是产生这种强化现象的部分原因。2.超导材料制备的新探索发现新型超导体最直接的方法是研究相空间并实施一系列系统探索来发现新的化合物，可通过鉴别成分空间中有希望的区域和快速检测该区域尽可能多的化合物的方法來实现。通过这样的研究，在20世纪50到60年代产出了很多金属间超导体，这些超导体还需要在三相或更高相空间中再继续研究。此外，继续寻找异常形

6、态的超导材料也是很重要的。1.1先进合成与掺杂技术3.1.1极端条件下的合成技术经验上讲，超导性常常表现得和结构上的相转变联系紧密;事实上，有许多超导体是亚稳态，需耍在高温高压下合成。此外，合成新化合物所需的许多元素具有非常高的挥发性活性和难熔性如Li、B、C、Mg、P、S、Se、Te,而且要在非常特殊的环境下才能成功合成。大尺寸单晶生长技术，特别是用于固定中子散射实验的关键材料的合成技术应进一步发展。3.1.2合成与表征组合技术对新型超导化合物的系统性组合探索可基于薄膜沉积技术。一种方法是利用掩膜技术制备微小均质区域。利用连续相涂敷法(Continuousphasespreadmet

7、hod)以及使用多种源或靶材在衬底上形成不同的薄膜成分。磁场调制光谱(MagneticFieldModulatedSpectroscopy),MFMS，是一・种非常敏感而快速的超导检测技术，可用于高产量的表征方法。合成与表征组合技术需要进一步完善,以在更大范围内应用来寻求具有理想性能的新型超导体。3.1.3原子层工程、人造超晶格技术薄膜沉积技术的迅速发展为化学和材料科学突破体相平衡的限制提供了机遇。拓展相界、获得新亚稳态和微结构、创造多层结构、