超导材料的研究发展.ppt

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1、超导材料的研究发展和应用前景综述超导简史超导材料的应用超导材料的发展趋势和应用前景一、超导简史1、超导发现及及进展1908年，荷兰物理学家昂内斯首次成功地把称为“永久气体”的氦液化，因而获得4.2K的低温源，为超导准备了条件，三年后即1911年，在测试纯金属电阻率的低温特性时，他又发现，汞的直流电阻在4.2K时突然消失，多次精密测量表明，汞柱两端压降为零，他认为这时汞进入了一种以零阻值为特征的新物态，并称为“超导态”。物质在超低温下失去电阻的性质称为超导电性，具有这种性质的物质称为超导体，超导体在电阻消失以前的状态称为常导状态，电阻消失以后的状态称为超导状态。这

2、种特性称为超导材料的零电阻性。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，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。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。这种效应称为迈斯纳效应又叫完全抗磁性。自1911年以后，又发现了23种纯金属也具

3、有超导性。包括水银在内，24种纯金属超导材料的临界温度范围为0.1～9.13K，最高温度9.13K的是铌元素。为了寻找较高临界温度的超导材料，在1950年，科学家将注意力转向了合金和化合物。1952年，发现了临界温度为17K的硅化钒，不久又发现了临界温度为18K的铌锡合金，这在当时是最高的临界温度，以后又陆续发现了若干铌系列合金超导体。1973年，科学家发现了铌锗合金，其临界温度为23.2K，该纪录保持了13年。直到1986年，IBM公司的研究人员米勒和贝德诺尔茨发现了一种铜氧化物具有35K的高温超导性，突破了传统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念，更重要的是改变了从金

4、属和合金中寻找超导材料的传统思路。1986年底，美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”被跨越。1987年，中国科学家赵忠贤在钇-钡-铜-氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的禁区（77K）也被突破了，这使超导转变温度高于液氮的气化温度，使资源丰富、价格低廉的液氮作为超导体工作的冷却剂成为可能。人们将这类铜基氧化物超导体叫做高温超导体。为了与这类新发现的高温超导体相区别，人们把在此以前发现的超导体称为低温超导体。1987年底，铊-钡-钙-铜-氧系材料又把临界超导温度的纪录提高到125K。1993年，人们发现了超导临

5、界转变温度为133K的汞-钡-钙-铜-氧系材料。2、几种常见超导材料2.1钇系高温超导体钇系高温超导体是当前已知的四类高温超导体中研究得最透彻的一种。目前已能从多种商业渠道获得优质的Y123粉、块材和薄膜。制备超导性能优异的粉末$高度致密块材或薄膜的方法和工艺条件已相当成熟。YBCO大约在92K显示出超导电性，并且超导相的比例极高。Y123薄膜的磁通钉扎性能甚佳。2.2铋系高温超导体(BSCCO)这是仅次于钇系研究得颇为透彻的高温超导体。988年初日本人用便宜的Bi2O3代替稀土，用锶、钙代替钡在BSCCO系中发现了新的高温超导相。此后,美、日都宣布发现了Tc=1

6、10Ｋ的超导体，经研究BSCCO共有Bi2Sr2CaCu2O8(Bi2212)和(Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3O10(Bi2223)两个高温超导相,前者的Tc约80Ｋ,后者为110Ｋ。BSCCO粉具有极好的烧结特性和超导性能，目前已商品化生产用于制造和开发铋系线材。2.3铊系高温超导体(TBCCO)铊系高温超导体是继钇系、铋系之后于1988年发现的第三种高温超导体。目前已合成出Tl1212、Tl1223、Tl2212和Tl2223四种超导相的粉末。近年来对TBCCO的研究表明,用它们有望获得高Tc的薄膜、多晶、厚膜和带材。2.4其它超导体如汞系、镧系、Nb3S

7、n系及其它。3、新超导材料的发现3.1贝尔实验室研制出具有超导性能的塑料贝尔实验室的科学家设法用氧化铝合金制成一种金属薄片，并在其上涂一层聚噻吩薄膜，结果发现：在电场中，电子可以无损耗地通过聚噻吩薄膜。但这一特性的出现，需要非常低的温度——绝对温度4K。这种材料是一种导电高分子材料聚噻吩，价值便宜，有望广泛运用于量子计算机及超导电子设备等领域。虽然人们认为超导塑料具有广阔的应用前景，但领导该项研究的贝特拉格认为，超导塑料要进入实际应用还有很多工作要做，但这一材料的出现为超导研究开辟了新的途径，具有重大的科研和商业价值。3.2日本物理学家发现锂元素的超导电性在极高的

8、压力下，锂