材料科学与技术讲义材料的电性质与磁性质

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1、2、超导态特性和超导体的性能指标（1）超导态特性a、完全导电性进入超导态的超导体中一旦激发电流，长久存在、永不衰减等势体：体内场强：六、材料的其它电性质（一）超导性1、概述基本概念：正常态、超导态、超导性超导理论库伯电子对理论氧化物高温超导材料超导材料研发过程：金属、合金b、完全抗磁性体内磁感应强度为零正常态超导态内迈斯纳效应Meissnereffect处于超导态的超导体是抗磁体、具有屏蔽磁场、排除磁通的功能。（2）超导材料的三个性能指标a、超导体的临界转变温度越接近室温越好，金属氧化物高温超导体：b、临界磁感应强度1234567施加外磁场

2、超导性破坏、超导体从超导态回到正常态临界磁感应强度随温度变化、近似为抛物线关系温度为绝对零度时的临界磁感应强度超导体的临界转变温度是不加磁场时的值处于超导态的超导体c、临界电流密度除外磁场影响超导态的转变外、超导体中的电流也会影响超导态的形成超导体中的电流在空间激发磁场、其磁场达到时，超导态被自身磁场破坏原因：临界电流密度：超导态被破坏时的电流密度随温度的变化关系：温度为绝对零度时的临界电流密度与临界磁感应强度完全类似：受外磁场的影响；：受体内电流的影响相互影响3、超导体的应用研究的目的：应用不仅能制造块状超导材料、利用物理或化学沉积已能制

3、造薄膜超导材料对超导器件的制造非常重要系金属化合物液氮中等工业规模开发、具有应用前景超导体的应用：核磁共振（NMR）成像系统，磁悬浮列车，粒子加速器，核聚变，磁流体，电能储存系统等高灵敏度、高速电子器件，电能输送（能耗极低），计算机、红外成像等铌（二）铁电性（ferroelectricity）某些（离子）晶体具有自发极化的性质自发极化：并无外电场作用、但体内有较强的电极化强度。具有自发极化、且自发极化的方向可被外电场改变的晶体铁电体：如同铁磁体、铁电体并不一定含有铁铁电体的关系与铁磁体的类似存在类似于磁滞现象的电滞现象电滞回线铁晶体铁电性的

4、起源：如同铁磁性的起源：铁电体中存在电畴电畴：含有永久电偶极矩的小区，小区中个晶胞的电偶极矩方向相同电畴具有强电偶极矩实际铁电体的各电畴的电偶极矩方向一般不同；铁电晶体通常宏观上对外不显电性有许多晶粒组成的铁电陶瓷更是如此铁电体的极化：适当的高温下、强直流电场的作用，使各电畴的电矩沿外电场的方向取向，维持外场下缓慢冷却材料到室温适当的高温：电畴的取向可实现、又不会显著破坏已取向的电畴维持外场、冷却到室温：冻结已取向的偶极子铁电体居里温度：铁电体在某一温度以上、失去铁电性居里温度：临界温度典型的铁电材料：侧视图立体图立方相：正负离子中心重合，

5、晶胞无电偶极矩、无铁电性四方相：离子和周围离子略向相反方向移动、产生方向向上的永久电偶极矩。（三）压电性1880：Piere.CurieandJacques.Curie首先发现压电效应：对石英单晶在一些特定方向上加力、在与力垂直的平面上出现正、负束缚电荷压电体已有超千种、可以是单晶、陶瓷（多晶）、聚合物、生物体压电效应分为正、负压电效应：受机械力作用的晶体，在一定方向的表面上产生束缚电荷，电荷面密度与所受的应力大小成正比正压电效应：与力平行或垂直机械能转换为电能的过程晶体在外电场激励下，晶体的某些方向上产生形变（谐振）的现象负压电效应：石英

6、单晶正压电效应：135246未受力时：正负电中心重合受力时：（1）晶片受沿y方向的压缩力纵向压电效应1352461,4离子向中心；6,5,2,3离子向外移动表面A出现负电荷；表面B呈正电荷横向压电效应（2）晶片受沿x方向的压缩力246351135246未受力6,5,2,3离子向内移动同样数值；1,4离子向外移动C和D面不出现电荷；表面A和B呈现电荷（3）晶片受沿z方向的压缩或拉伸力正、负电荷中心始终重合，不出现束缚电荷135246未受力正压电效应本质：外力改变了晶体中的原子或离子原来的相对位置、在特定的方向上产生束缚电荷、出现净电偶极矩中心

7、对称的晶体受力时不会改变其中心对称性、无压电效应铁电体必具有强压电性，但压电体不一定是铁电体压电晶体：结构上必须是无对称中心；组成上必须是离子、或离子性原子、或含离子基团的分子分子晶体无压电效应第二节材料的磁性质磁性与物质的微结构密切相关，不仅取决于原子结构、还与原子键合、晶体结构有关一、磁学基本量的回顾平面载流线圈（圆电流）的磁矩：电流，线圈所围的面积的方向与电流方向构成右手螺旋非平面载流线圈的磁矩：线圈的磁矩载流线圈所受的磁力矩载流线圈在磁场中将受磁场的作用磁场中的小平面载流线圈或匀强磁场中的平面载流线圈：合磁场力：合磁力矩：与方向一致

8、时磁能最低磁感应强度与磁场强度的关系真空中：磁介中：真空磁导率磁介质相对磁导率磁化与磁化强度磁化：物质在磁场中或强或弱要显示磁性磁化强度：描述物质磁化强弱的物理量定义：单位体积内