超导材料的特征、发展及其应用

超导材料的特性、发展及其应用

1.超导材料简介

1.1 超导材料的三个基本参量

超导材料是指在一定的低温条件下会呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料，其材料具有三个基本临界参量，分别是：

1> 临界温度T c：破坏超导所需的最低温度。T c是物质常数，同一种材料在相同条件下有确定的值。T c值因材料而异，已测得超导材料T c值最低的是钨，为0.012K。当温度在T c 以上时，超导材料具有有限的电阻值，我们称其处于正常态；当温度在T c以下时，超导体进入零电阻状态，即超导态。

2> 临界电流I c和临界电流密度J c：临界电流即破坏超导所需的最小电流，I c一般随温度和外磁场的增加而减少。单位截面积上所承载的I c称为临界电流密度，用J c来表示。

3> 临界磁场H c：即破坏超导状态所需的最小磁场。

图1-1 位于球内的部分为超导状态

超导材料的这些参量限定了应用材料的条件，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T c为例，从1911年荷兰物理学家昂纳斯发现超导电性(Hg，T c=4.2K)起，直到1986年以前，人们发现的最高的T c才达到23.2K(Nb3Ge，1973)。1986年瑞士物理学家K.A.米勒和联邦德国物理学家J.G.贝德诺尔茨发现了氧化物陶瓷材料的超导电性，从而将T c提高到35K；之后仅一年时间，新材料的T c已提高到了100K左右。如今，超导材料的T c最高已超过了150K[1]。

1.2 超导体的分类

第Ⅰ类超导体：第I类超导体主要包括一些在常温下具有良好导电性的纯金属，如铝、锌、镓、镉、锡、铟等，该类超导体的溶点较低、质地较软，亦被称作“软超导体”。其特征是由正常态过渡到超导态时没有中间态，并且具有完全抗磁性。第I类超导体由于其临界电流密度和临界磁场较低，因而没有很好的实用价值[2]。

第Ⅱ类超导体：除金属元素钒、锝和铌外，第II类超导体主要包括金属化合物及其合金。第II类超导体和第I类超导体的区别主要在于：

(1) 第II类超导体由正常态转变为超导态时有一个中间态(混合态)；

(2) 第II类超导体的混合态中有磁通线存在，而第I类超导体没有；

(3) 第II类超导体比第I类超导体有更高的临界磁场、更大的临界电流密度和更高的临界温度。

第II类超导体根据其是否具有磁通钉扎中心而分为理想第II类超导体和非理想第II类超导体。

理想第II类超导体的晶体结构比较完整，不存在磁通钉扎中心，并且当磁通线均匀排列时，在磁通线周围的涡旋电流将彼此抵消，其体内无电流通过，从而不具有高临界电流密度。非理想第II类超导体的晶体结构存在缺陷，并且存在磁通钉扎中心，其体内的磁通线排列不均匀，体内各处的涡旋电流不能完全抵消，出现体内电流，从而具有高临界电流密度。在实际上，真正适合于实际应用的超导材料是非理想第II类超导体。

图1-2 第Ⅰ和第II类超导体的几种状态

2.超导材料的特性

2.1零电阻效应

超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。

1910年，昂纳斯开始和他的学生研究低温条件下的物态变化。1911年，他们在研究极低温下水银电阻与温度变化的关系时发现了超导现象，当时他们发现Hg的电阻在4.2K左右陡然下降。后来经实验证明，测量电流越小，电阻变化越尖锐；当电流足够小时，可以使得电阻的下降集中发生在0.01K的窄小范围内。在这个转变温度下，电阻完全消失。图2-1是Tc附近温度与电阻之间的关系。

图2-1 Tc附近温度与电阻之间的关系

2.2 迈斯纳效应(完全抗磁性)

当一个磁体和一个处于超导态的超导体相互靠近时，磁体的磁场会使超导体表面中出现超导电流。此超导电流形成的磁场，在超导体内部，恰好和磁体的磁场大小相等，方向相反。这两个磁滞抵消，使超导体内部的磁感应强度为零，B=0，即超导体排斥体内的磁场。这就是迈斯纳效应。

1933年，迈斯纳和奥克森费尔德发现超导体具有完全抗磁性。即超导体处于超导态时，只要周围的外加磁场没有强到可以破坏超导性的程度，超导体就会把穿透到体内的磁力线完全排出体外，在其内部永远保持磁感应强度为零。这与是将它先加磁场再降温至超导态，还是先进入超导态再加磁场的过程无关。迈斯纳效应的发生使人们意识到超导体的行为并不是不可逆的。

迈斯纳效应和零电阻现象是实验上判定一个材料是否为超导体的两大要素。

迈斯纳效应指明了超导态是一个热力学平衡状态，与如何进入超导态的途径无关，超导态的零电阻现象和迈斯纳效应是超导态的两个相互独立，又相互联系的基本属性。单纯的零电阻并不能保证迈斯纳效应的存在，但是零电阻效应又是迈斯纳效应的必要条件。因此，衡量一种材料是否是超导体，必须看是否同时具备零电阻和迈斯纳效应[6]。

2.3 同位素效应

同位素效应是指由于质量或自旋等核性质的不同而造成同一元素的同位素原子(或分子)之间物理和化学性质有差异的现象。同位素效应是同位素分析和同位素分离的基础。它在化学结构基本不变的情况下引起物理、化学常数的改变，因此能更深入地揭示物质微观结构与性质之间的关系。

1950年美国科学家E.M.麦克斯韦和C.A.雷诺兹分别独立发现汞的几种同位素临界温度 各不相同，它与原子量平方根成反比。同位素的原子量越小，T c 越高，后来发现其他超导元素也有类似现象，这就是超导的同位素效应[3]。见公式(1)

t C T M c cos 0= (1) 式中M 为元素的原子质量，T c 为超导材料的临界温度，C 0和t 均为常数。

2.4 超导的热力学性质(熵和比热)

通过对磁场中超导转变的研究，可以帮助我们分析超导态的热力学性质，根据完全抗磁性，可以推导出在磁场中超导态的吉布斯函数： 202

)(),(H T G H T G s s μ+= 由式(2)可知超导态的吉布斯函数是随磁场增加的。当T

)(2

)(20T G H T G n c s =+μ 磁场再加强，超导态的吉布斯函数将超过正常态，所以在临界场下，将发生由超导态到正常态的转变。

在此基础上可以求出：

对上式再求温度的微商，可以得到比热之差：

熵和比热对了解超导态的本质提供了一定的线索，在T c 以下超导态的熵更低，表明超导态的电子处于一种更有序的状态。这说明超导态是由于电子以某种方式组织和结合起来，使它们可以不受散射。在T ≤T c 时超导态具有比正常态更高的比热，说明这种超导电子的有组织状态随温度增加，是在不断瓦解着。

3．超导的相关理论

3.1 伦敦方程

伦敦方程是第一个对超导体的电动力学作统一描述的理论。该理论不仅说明了超导体的各种电磁性质，而且也解释了前述的迈斯纳效应。该理论指出：在超导态，处于外磁场中的超导体内并不是完全没有磁场，实际上外磁场可以穿透到超导体表面附近很薄的一层中，其穿透深度约为十万分之一厘米。

3.2 超导的BCS 理论

BCS 理论是以近自由电子模型为基础，是在电子－声子作用很弱的前提下建立起来的理论。它是一个解释常规超导体的超导电性的微观理论，是以其发明者J.Bardeen ，L.V.Cooper ，J.R.Schrieffer 的名字来命名的。从超导现象被发现开始，直到BCS 理论被提出后，其微观机理才得到一个令人满意的解释。BCS 理论把超导现象看作一种宏观量子效应。它提出，金属中自旋和动量相反的电子可以配对形成所谓“库珀对”，库珀对在晶格当中可以无损耗的运动，形成超导电流。

电子间的直接相互作用是相互排斥的库伦力。如果仅仅存在库伦直接作用的话，电子不能形成配对。但电子间还存在以晶格振动(声子)为媒介的间接相互作用。电子间的这种相互作用是相互吸引的，正是这种吸引作用导致了“库珀对”的产生。大致上，其机理如下：电子在晶格中移动时会吸引邻近格点上的正电荷，导致格点的局部畸变，形成一个局域的高正电荷区。这个局域的高正电荷区会吸引自旋相反的电子，和原来的电子以一定的结合能相结合配对。在很低的温度下，这个结合能可能高于晶格原子振动的能量，这样，电子对将不会和晶格发生能量交换，也就没有电阻，形成所谓“超导”。

0)()(0>-=-dT

dH H T S T S c c s n μ20)(

c T c c s n dT dH T C C μ=-

BCS理论的影响远远超出了超导理论本身，Bardeen等人为解决超导问题采用的研究方法及数学技巧，在与超导不同的方向，如核物理、基本粒子等领域也得到了广泛应用。BCS 理论不仅从微观上解释了超导电性，而且还开拓出许多新的研究领域。因此，它被认为是自量子理论发展以来对理论物理最重要的贡献之一。

3.3 约瑟夫森效应

英国物理学家约瑟夫森在研究超导电性的量子特性时提出了量子隧道效应理论，也就是今天人们所说的约瑟夫森效应。该理论认为：电子对能够以隧道效应穿过绝缘层，在势垒两边电压为零的情况下，将产生直流超导电流，而在势垒两边有一定电压时，还会产生特定频率的交流超导电流。该理论也是超导电子学产生的基础。

约瑟夫森效应分为直流约瑟夫森效应和交流约瑟夫森效应。利用直流约瑟夫森效应可以测量较弱的磁场强度，而且精度很高，利用该理论制成的磁强计，灵敏度可达10-12高斯。而利用交流约瑟夫森效应我们可以来精确测定电压值，并制成精度很高的测压装置，也可以制成保持和比较电动势的装置。此外，人们还利用交流约瑟夫森效应作辐射源，因为超导电流是大量库珀对激发的，这些库珀对构成了一个热力学系统。当交流约瑟夫森效应发生时，电子对是从化学势高的一方运动到化学势低的一方，该过程不消耗能量。这样，每一库珀对通过隧道结时，就会多出2ev的能量，该能量将会变出光子放出，所以隧道结可以作为辐射源，可以用此来产生和检测波长极短的电磁波。

约瑟夫森效应的应用还远不止这些，该效应已成为当代电子技术极为注意的课题之一。迄今为止，它已经在国防、医学、科学研究和工业等各方面都得到了应用，在电压标准、磁场探测等方面的发展则更加迅速。现在，在计算机领域，该效应已经被作为逻辑及记忆元件使用。随着人们研究的不断深入，这种应用将会更加成熟和广泛。

4. 超导技术的发展

1911年昂纳斯在4.2K的低温下首次取得了超导材料，到20世纪50年代科学家发现了二硼化镁。随着约瑟夫提出了一套完整的理论，1973年美国科学家发现Nb3Ge的临界温度为23K1986年1月瑞士美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世实验室科学家柏诺兹和缪勒首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体，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；年底，美籍华裔科学家朱经武又将超导温度提高到40.2K，液氢的“温度壁垒”被跨越。1987年2月，美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在Y-Ba-Cu-O系材料[12]上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的禁区(77K)也奇迹般地被突破了。1987年底，Ta-Ba-Ca-Cu-O系材料又把临界超导温度提高到125K。自从高温超导材料发现以后，一阵超导热席卷了全球。科学家还发现铊系化合物超导材料的临界温度可达125K，汞系化合物超导材料的临界温度则可达135K。如果将汞置于高压条件下，其临界温度将能达到难以置信的164K。1997年，研究人员发现金铟合金在接近绝对零度时既是超导体同时也是磁体。1999年科学家发现钌铜化合物在45K时具有超导电性。由于该化合物独特的晶体结构，它在计算机数据存贮中的应用潜力将非常巨大。

5. 超导材料的应用

5.1 电子学应用

自1962年超导量子隧道效应发现以后，超导技术在电子学中的应用揭开了新的篇章，经过多年的发展，至今已有许多新型的超导电子器件研制成功，这些超导电子器件包括：超导量子干涉器、超导混频器、超导粒子探测器等[10]。

超导量子干涉器是一种磁通—电压转换器件，如果用一个简单的输入变压器，就转变成电流—电压放大器。这种放大器灵敏度极高，噪声极小。SQUID磁强计能够测量非常微弱的磁场，其分辨率可达到10-11高斯左右，可以用来测量人体的微弱磁场，描绘出心磁力和脑磁图。

超导混频器利用约瑟夫森结的变频作用，将高频信号转换成中频信号，主要应用于无线电技术中。

超导粒子探测器具有很高的灵敏度和纳秒级的速度，可以用来检测从亚毫米波段到远红外波段的电磁信号。

5.2 科学实验应用

科学工程和实验室是超导技术应用的一个重要方面，它包括高能加速器、核聚变装置等。高能加速器用来加速粒子产生人工核反应以研究物质内部结构。核聚变装置是长期以来人们解决能源问题的一个重要方向，其途径是将氘和氚加热后，使原子和弥散的电子成为一种等离子状态，在将这种高温等离子体约束在适当空间内的条件下，原子核就能够越过电子的排斥而互相碰撞产生核聚变反应。在这些应用中，超导磁体是高能加速器和核聚变装置不可缺少的关键部件。

5.3 交通和电力应用

由于超导体的抗磁性，超导体可被磁场托起，或磁体托起超导体，这便是超导磁悬浮。正是基于这一原理，人们制造出磁悬浮列车。在列车下部装上超导线圈，当通有电流而列车启动后，就可以悬浮在铁轨上，由于其没有摩擦，故可大大提高列车的行驶速度，而且在高速行驶过程中(超过200km/h)，超导磁悬浮列车比普通列车更安全[15]。

而超导材料应用于电力领域，也使一些过去无法实现的电力装备而得到解决，包括超导电缆、超导限流器、超导储能装置和超导电机等[18]。其中高温超导电缆是采用无阻的、能传输高电流密度的超导材料作为导电体并能传输大电流的一种电力设施，具有截流能力大、损耗低、体积小和重量轻等优点，是解决大容量、低损耗输电的一个重要途径。此外，超导限流器是利用超导体的超导/正常态转变特性，有效限制电力系统故障短路电流，能够快速和有效地达到限流作用的一种电力设备。超导限流器集检测、触发和限流于一体，反应速度快，正常运行时的损耗很低，能自动复位，克服了常规熔断器只能使用一次的缺点。

6. 结束语：

从先进的信息技术到医学科学，从电力应用到环境保护，从基础科学到交通运输，各种超导装置和器件都将发挥其优势作用[16]。如其他领域一样，超导领域要取得更大进展仍

有许多技术上、制造上和市场上的问题有待解决。低温制冷技术是超导体应用的支撑技术，是超导工业未来的关键。

参考文献

[1] A.C.罗斯-英尼斯，E.H.罗德里克(著)，章立源，毕金献(译)．超导电性导论[M]．北京：

人民教育出版社，1981. 14.

[2] 章立源，张金龙，崔广霁．超导物理学[M]．北京：电子工业出版社，1995. 219.

[3] 张裕恒．超导物理[M]．合肥：中国科学技术大学，1997．8.

[4] 冯端，等．金属物理学(第四卷)·超导电性和磁性[M]．北京：科学出版社，1998．246.

[5] 陈在锋，崔景华，邢怀民．电趋肤效应与电子能态关系研究[J]．河南师范大学学报(自

然科学版)，2005，33(3)：158-159.

[6] 黄昆. 固体物理学[M]. 北京：高等教育出版社，1988. 10.

[7] Bardeen J.Wave Functions for Superconducting Electrons[J]．Phys Rev，1950，80(4)：567-574.

[8] Pines D.An extraordinary man：Reflections on John Bardeen[J]．Phys Today，1992，45(4)：

64-70.

[9] Guo Y L，Shen H J．History of Physics[M]．Second Edition．Beijing．Tsinghua University

Press，2005：326.

[10] P.G.德让纳，金属与合金的超导电性，科学出版社，1986. 127-129.

[11] 周午纵，粱维耀编．高温超导基础研究，第九章．上海：上海科学技术出版社，1999.

[12] 邹金桥，卢建树．YBCO涂层超导体的最新研究进展[J]．表面技术，2003，32(1)：1-4.

[13] 刘慧舟，杨坚．溶胶-凝胶法制备Y系涂层导体隔离层[J]．低温物理学报，2003，25(增

刊)：129-133.

[14] 黄琦，金建勋，张晋宾．基于高温超导的远距离直流输电及其性能仿真研究[J]．中国

电力，2006，39(3)：45-49.

[15] 张俊莲，金建勋．高温超导电缆技术探讨与应用[J]．华中电力，2006，19(6)：16-20．

[16] 吴全兴. 超导产业应用的未来展望[J]．稀有金属快报，2001(8)：6-9．

[17] 杨软伟译．由块状高温超导磁铁制成的电动机[J]．电机技术，2006(3)：43．

[18] 张翠萍，汪京荣．高温超导块材的研究进展[J]．稀有金属快报，2003(7)：2-4．

※超导简介与超导材料的历史

神奇的超导：超导简介与超导材料的历史 神奇的超导 罗会仟周兴江 一、什么是超导？ 电阻起源于载流子（电子或空穴）在材料中运动过程中受到的各种各样的阻尼。按照材料的常温电阻率从大到小可以分为绝缘体、半导体和导体。绝大部分金属都是良导体，他们在室温下的电阻率非常小但不为零，在10－12 mΩ?cm量级附近。自然界是否存在电阻为零的材料呢？答案是肯定的，这就是超导体。当把超导材料降到某个特定温度以下的时候，将进入超导态，这时电阻将突降为零（图1），同时所有外磁场磁力线将被排出超导体外，导致体内磁感应强度为零，即同时出现零电阻态和完全抗磁性。超导态开始出现的温度一般称为超导临界温度，一般定义为Tc。微观上来说，当超导材料处于超导临界温度之下时，材料中费米面附近的电子将通过相互作用媒介而两两配对，这些电子对将同时处于稳定的低能组态，叫“凝聚体”。在外加电场驱动下，所有电子对整体能够步调一致地运动，因此超导又属于宏观量子凝聚现象。对于零电阻态，实验上已经证实超导材料的电阻率小于10－23 mΩ?cm，在实验精度允许范围内已经可以认为是零。如果将超导体做成环状并感应产生电流，电流将在环中流动不止且几乎不衰减。超导体的完全抗磁性并不依赖于超导体降温和加场的次序，也称为迈斯纳（Meissner）效应。一个材料是否为超导体，零电阻态和完全抗磁性是必须同时具有的两个独立特征。

超导态下配对的电子对又称库珀（Cooper）对。配对后的电子将处于凝聚体中，打破电子对需要付出一定的能量，称为超导能隙，它反映了电子间的配对强度。一般来说，超导态在低外磁场及低温下是稳定的有序量子态。超导体的一系列神奇特性意味着我们可以在低温下稳定地利用超导体，比如实现无损耗输电、稳恒强磁场和高速磁悬浮车等。正因如此，自从超导发现以来，人们对超导材料的探索脚步一直不断向前，对超导微观机理和超导应用的研究热情也从未衰减。随着对超导研究的深入，一系列新的超导家族不断被发现，它们展现的新奇物理现象也在不断挑战人们对现有凝聚态物理的理解，同时实验技术手段也因此得以加速进步，理论概念更是取得了诸多飞跃。已逾百年的超导研究，在诸多科学家的推动下，依旧不断展示新的魅力！ 金属Hg在4.2K以下的零电阻态

(发展战略)光功能高分子材料的研究发展及应用

论光功能高分子材料的研究发展及应用综述 吴俊杰 化工081班 前言：光功能高分子材料研究是光化学和光物理科学的重要组成部分，近年来随着现代科学技术的发展，光功能高分子材料研究在功能材料领域占有越来越重要的地位，光功能高分子材料日益受到重视。光功能高分子材料的应用领域已从电子、印刷、精细化工等领域扩大到塑料、纤维、医疗、生化和农业等方面,正在快速发展之中，光功能高分子材料研究与应用也将越来越广。 1光功能高分子材料及分类 光功能高分子材料是指能够对光进行传输、吸收、储存、转换的一类高分子材料。 表1 光功能高分子材料的分类 剂等构成。 光致抗蚀剂：主要包括正性光致抗蚀剂和负性光致抗蚀剂等。 高分子光稳定剂：主要包括光屏蔽剂、激发态狙灭剂抗氧剂和聚合型光稳定剂等。 光致变色高分子材料：主要包括含硫卡巴腙络合物的光致变色聚合物、含偶氮苯的光致变色高分子和含螺苯并吡喃结构的光致变色高分子等。 光导电高分子材料：由光导电聚合物材料构成。

2光功能高分子材料的类别和应用 表2 光功能高分子材料的类别和应用 3光功能高分子材料的发展概况 1954年,美国柯达公司的Minsk等人开发出光功能高分子聚乙烯醇肉桂酸酯,并成功应用于印刷制版。而现在光功能高分子材料应用领域已从电子、印刷、精细化工等领域扩大到塑料、纤维、医疗、生化和农业等方面,发展之势方兴未艾。 光功能高分子材料能够对光能进行传输、吸收、储存、转换．塑料光导纤维是利用高分子的光曲线传播性而制成的非线性光学元件。塑料光纤一般以有机玻璃为芯材，以含氟透明树脂为皮层，用柔软的有机硅树脂进行一次包覆，然后用硬质高分子材料进行二次包覆。有机玻璃、含氟透明树脂、有机硅树脂都是高分子材料，芯材有高折光率，皮层为低折光率材料。光纤的直径范围为几十到约1000微米，光纤在光纤芯内通过反复反射而向前传输，由于塑料光纤在目前传输损耗仍较高，主要应用于飞机、舰船和汽车内部的短距离光通信系统。此外，还应用于光纤显示器、图像的缩小和放大、火焰及高温监视器、光开关、巨点折象器、阅读穿孔卡片、道路标志和装饰照明等。近来，对有机玻璃采用重氢化技术，已使塑料光纤的传输损耗有所降低，为较长距离应用创造了条件。 以高性能有机玻璃或聚碳酸酯透明塑料的高分子材料为基材制成的光盘，是80年代新开发成功的先进信息、记录、储存元件，适应了激光技术的发展和对大容量、高信息密

高温超导材料的特性与表征

四川理工学院 材料物理性能 高温超导材料论文 【摘要】 在本实验中我们的主要目的是通过通过氧化物高温超导材料特性的测量和演示，加深理解超导体的两个基本特性，即零电阻完全导电性和完全抗磁性。我们还通过此实验对不同的温度计（铂电阻温度计和硅二极管温度计）进行比较。我们采用的是四引线测量法，利用低温恒温器和杜瓦容器测量了超导电性，绘制了超导样品的电阻温度曲线，验证了超导在高温冷却电阻突然降为零的电特性。我们也绘制了磁悬浮力与超导体-磁体间距的关系曲线，对其进行了分析。在进行磁悬浮的实验中我们验证了超导体的混合态效应和完全抗磁性。 关键词： 超导体零电阻温度完全磁效应磁场 一、引言： 1911年H.K.Onnes首次发现在4.2K水银的电阻突然消失的超导现象，此温度也被称为临界温度。根据临界温度的不同，超导材料可以被分为：高温超导材料和低温超导材料。

但这里所说的高温，其实仍然是远低于冰点0℃的，对一般人来说算是极低的温度。1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。经过科学家们的努力，超导材料的磁电障碍已被跨越，下一个难关是突破温度障碍，即寻求高温超导材料1973年，发现超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，这一记录保持了近13年。此后，科学家们几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。1987年底，铊－钡－钙－铜－氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。 高温超导体具有更高的超导转变温度（通常高于氮气液化的温度），有利于超导现象在工业界的广泛利用。高温超导体的发现迄今已有16年，而对其不同于常规超导体的许多特点及其微观机制的研究，却仍处于相当“初级”的阶段。这一点不仅反映在没有一个单一的理论能够完全描述和解释高温超导体的特性，更反映在缺乏统一的、在各个不同体系上普遍存在的“本征”实验现象。 本实验中，我们通过对氧化物超导材料特性的测量和演示，加深理解超导体的两个基本特性；了解金属和半导体的电阻随温度的变化及温差电动势；了解超导磁悬浮的原理；掌握液氮低温技术。 二、原理： 物理原理： 1.超导现象及临界参数 (1)零电阻现象 1911年，卡麦林·翁纳斯用液氮冷却水银线并通以几毫安电流，在测量其电压时发现，当温度稍低于液氮沸点时，水银电阻突然降为零，这就是零电阻现象或超导现象。具有此现象的物体称为超导体。只有在直流条件下才会存在超导现象，在交流下电阻不为零。 临界温度是指当电流，磁场及其他外部条件保持为零或不影响测量时，超导体呈现超导态的最高温度。我们用电阻法测定超导临界温度。 （2）MERSSNER效应 1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，而且，不管加磁场的顺序如何，超导体内磁场总为零。这种现象称为抗磁性即MERSSNER效应。 3）超导体分类 超导体分为两类第1类超导体是随温度变化只分为超导态和正常态，第2类是在超导态和正常态中间部分还存在混合态。 纯金属材料的电阻特性 纯金属材料的电阻产生于晶体的电子被晶格本身和晶格中的缺陷的热振动所散射。ρ=ρL（T）+ρ R，其中ρL（T）表示晶格热振动对电子散射引起的电阻率，与温度有关。ρ r表示杂质和缺陷对电子的散射所引起的电阻率，不依赖与温度，与杂质和缺陷的密度成正比，称为剩余电阻率。 半导体材料电阻温度特性 ρi=1/nie(μe+μp) 本征半导体的电阻率ρi与载流子浓度ni及迁移率μ=μe+μp有关, 因ni随温度升高而成指数上升，迁移率μ随温度增高而下降较慢，故本证半导体电阻率随温度上升而电调下降。 实验仪器及其原理：

超导材料

一、超导材料 有些材料当温度下降至某一临界温度时，其电阻完全消失，这种现象称为超导电性，具有这种现象的材料称为超导材料。超导体的另外一个特征是：当电阻消失时，磁感应线将不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。一般金属（例如：铜）的电阻率随温度的下降而逐渐减小，当温度接近于0K时，其电阻达到某一值。而1919年荷兰科学家昂内斯用液氦冷却水银，当温度下降到4.2K（即-269℃）时，发现水银的电阻完全消失，超导电性和抗磁性是超导体的两个重要特性。使超导体电阻为零的温度称为临界温度（TC）。超导材料研究的难题是突破“温度障碍”，即寻找高温超导材料。以NbTi、Nb3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像（NMRI）、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用；SQUID作为超导体弱电应用的典范已在微弱电磁信号测量方面起到了重要作用，其灵敏度是其它任何非超导的装置无法达到的。但是，由于常规低温超导体的临界温度太低，必须在昂贵复杂的液氦(4.2K)系统中使用，因而严重地限制了低温超导应用的发展。高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应用温度从液氦（4.2K）提高到液氮（77K）温区。同液氦相比，液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极大的方便。另外，高温超导体都具有相当高的磁性能，能够用来产生20T以上的强磁场。超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。利用超导材料制作超导发电机的线圈磁体制成的超导发电机，可以将发电机的磁场强度提高到5~6万高斯，而且几乎没有能量损失，与常规发电机相比，超导发电机的单机容量提高5~10倍，发电效率提高50%；超导输电线和超导变压器可以把电力几乎无损耗地输送给用户，据统计，目前的铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗在输电线上，在中国每年的电力损失达1000多亿度，若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂；超导磁悬浮列车的工作原理是利用超导材料的抗磁性，将超导材料置于永久磁体（或磁场）的上方，由于超导的抗磁性，磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体（或磁场）和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车，如已运行的日本新干线列车，上海浦东国际机场的高速列车等；用于超导计算机，高速计算机要求在集成电路芯片上的元件和连接线密集排列，但密集排列的电路在工作时会产生大量的热量，若利用电阻接近于零的超导材料制作连接线或超微发热的超导器件，则不存在散热问题，可使计算机的速度大大提高。 二、能源材料 能源材料主要有太阳能电池材料、储氢材料、固体氧化物电池材料等。太阳能电池材料是新能源材料，IBM公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高达40%。氢是无污染、高效的理想能源，氢的利用关键是氢的储存与运输，美国能源部在全部氢能研究经费中，大约有50%用于储氢技术。氢对一般材料会产生腐蚀，造成氢脆及其渗漏，在运输中也易爆炸，储氢材料的储氢方式是能与氢结合形成氢化物，当需要时加热放氢，放完后又可以继续充氢的材料。目前的储氢材料多为金属化合物。如LaNi5H、Ti1.2Mn1.6H3等。固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如固体电解质薄膜和电池阴极材料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等。 三、智能材料 智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一。国外在智能材料的研发方面取得很多技术突破，如英国宇航公司的导线传感器，用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；英国开发出一种快速反应形状记忆合金，寿命期具有百万次循环，且输出功率高，以它作制动器时、反应时间仅为10分钟；形状记忆合金还已成功在应用于卫星天线等、医学等领域。另外，还有压电材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件材料等功能材料。 四、磁性材料 磁性材料可分为软磁材料和硬磁材料二类。1．软磁材料是指那些易于磁化并可反复磁化的材料，但当磁场去除后，磁性即随之消失。这类材料的特性标志是：磁导率（μ=B/H）高，即在磁场中很容易被磁化，并很快达到高的磁化强度；但当磁场消失时，其剩磁很小。这种材料在电子技术中广泛应用于高频技术。如磁芯、磁头、存储器磁芯；在强电技术中可用于制作变压器、开关继电器等。目前常用的软磁体有铁硅合金、铁镍合金、非晶金属。Fe-(3%~4%)Si的铁硅合金是最常用的软磁材料，常用作低频变压器、电动机及发电机的铁芯；铁镍合金的性能比铁硅合金好，典型代表材料为坡莫合金（Permalloy），其成分为79%Ni-21%Fe，坡莫合金具有高的磁导率（磁导率μ为铁硅合金的10~20倍）、低的损耗；并且在弱磁场中具有高的磁导率和低的矫顽力，广泛用于电讯工业、电子计算机和控制系统方面，是重要的电子材料；非晶金属（金属玻璃）与一般金属的不同点是其结构为非晶体。它们是由Fe、Co、Ni及半金属元素B、Si所组成，其生产工艺要点是采用极快的速度使金属液冷却，使固态金属获得原子无规则排列的非晶体结构。非晶金属具有非常优良的磁性能，它们已用于低能耗的变压器、磁性传感器、记录磁头等。另外，有的非晶金属具有优良的耐蚀性，有的非晶金属具有强度高、韧性好的特点。2．永磁材料（硬磁

高分子材料在各领域的应用与前景

200810230129 许莎莎08材化(一)班(材料合成与加工课程论文) 高分子材料在各领域的应用及前景 1高分子材料的发展现状与趋势 高分子材料作为一种重要的材料, 经过约半个世纪的发展巳在各个工业领域中发挥了巨大的作用。从高分子材料与国民经济、高技术和现代生活密切相关的角度说, 人类已进人了高分子时代。高分子材料工业不仅要为工农业生产和人们的衣食住行用等不断提供许多量大面广、日新月异的新产品和新材料又要为发展高技术提供更多更有效的高性能结构材料和功能性材料。鉴于此, 我国高分子材料应在进一步开发通用高分子材料品种、提高技术水平、扩大生产以满足市场需要的基础上重点发展五个方向：工程塑料，复合材料，液晶高分子材料，高分子分离材料，生物医用高分子材料。近年来,随着电气、电子、信息、汽车、航空、航天、海洋开发等尖端技术领域的发展和为了适应这一发展的需要并健进其进?步的发展, 高分子材料在不断向高功能化高性能化转变方面日趋活跃,并取得了重大突破。 2 高分子材料各领域的应用 （1）高分子材料在机械工业中的应用 高分子材料在机械工业中的应用越来越广泛, “以塑代钢”、

“塑代铁”成为目前材料科学研究的热门和重点。这类研究拓宽了材料选用范围,使机械产品从传统的安全笨重、高消耗向安全轻便、耐用和经济转变。如聚氨酉旨弹性体，聚氨醋弹性体的耐磨性尤为突出, 在某些有机溶剂如煤油、砂浆混合液中, 其磨耗低于其它材料。聚氨醋弹性体可制成浮选机叶轮、盖板, 广泛使用在工况条件为磨粒磨损的浮选机械上。又如聚甲醛材料聚甲醛具有突出的耐磨性, 对金属的同比磨耗量比尼龙小, 用聚四氟乙烯、机油、二硫化钥、化学润滑等改性, 其摩擦系数和磨耗量更小, 由于其良好的机械性能和耐磨性, 聚甲醛大量用于制造各种齿轮、轴承、凸轮、螺母、各种泵体以及导轨等机械设备的结构零部件。在汽车行业大量代替锌、铜、铝等有色金属, 还能取代铸铁和钢冲压件。 2 高分子材料在燃料电池中的应用 高分子电解质膜的厚度会对电池性能产生很大的影响, 减薄膜的厚度可大幅度降低电池内阻, 获得大的功率输出。全氟磺酸质子交换 膜的大分子主链骨架结构有很好的机械强度和化学耐久性, 氟素化合物具有僧水特性, 水容易排出, 但是电池运转时保水率降低, 又要影响电解质膜的导电性, 所以要对反应气体进行增湿处理。高分子电解质膜的加湿技术, 保证了膜的优良导电性, 也带来电池尺寸变大增大左右、系统复杂化以及低温环境下水的管理等问题。PEFC的发展离不开新材料的发现及其在燃料电池中的应用, 今后随着高性能、低成木的高分子材料开发研究, 有希望促进实现商业应用, 成为

超导特性论文

超导材料 摘要 超导是金属或合金在较低温度下电阻变为零的性质。超导材料是当代材料科学领域一个十分活跃的重要前沿，随着超导材料临界温度的提高和材料加工技术的发展，它将会在许多高技领域获得重要应用，也将推动功能材料科学的深入发展。爱因斯坦的科学思辨精神是我们认识自然于科学的根本，而李平林教授的反视觉原理也使得我们可以从不同的视角去认识自然，了解科学。 1：什么是超导？ 超导是超导电性的简称，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。超导材料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失。超导体另外一个性质是宏观的量子现象。这两个特点，就是超导体最基本的性质。 2：超导研究历程 1784年英国化学家拉瓦锡曾预言：假如地球突然进到寒冷的地区，空气无疑将不再以看不见的流体形式存在，它将回到液态。从那时候起，拉瓦锡的预言就一直激励着人们去实现气体的液化并由此得到极低的温度。使气体变成液体，这听起来如同神话一般，但是科学家不仅相信了这个神话，而且在几十年后使它成为现实。 人类通过液化气体获得了低温，科学家会利用低温做什么呢？他们要做的事情很多，其中最重要的是继续那个古老问题的探索，研究那些没有生命的物质在低温下会发生什么变化。 1910年，昂尼斯开始和他的学生研究低温条件下的物态变化。1911年，他们在研究水银电阻与温度变化的关系时发现，当温度低于4K时已凝成固态的水银电阻突然下降并趋于零，对此昂尼斯感到震惊。水银的电阻会消失得无影无踪，即使当时最富有想象力的科学家也没料到低温下会有这种现象。 为了进一步证实这一发现，他们用固态的水银做成环路，并使磁铁穿过环路使其中产生感应电流。在通常情况下，只要磁铁停止运动由于电阻的存在环路中的电流会立即消失。但当水银环路处于4K之下的低温时，即使磁铁停止了运动，感应电流却仍然存在。这种奇特的现象能维持多久呢？他们坚持定期测量，经过一年的观察他们得出结论，只要水银环路的温度低于4K电流会长期存在，并且没有强度变弱的任何迹象。 接着昂尼斯又对多种金属、合金、化合物材料进行低温下的实验，发现它们中的许多都具有在低温下电阻消失、感应电流长期存在的现象。由于在通常条件下导体都有电阻，昂尼斯就称这种低温下失去电阻的现象为超导。在取得一系列成功的实验之后，昂尼斯立即正式公布这一发现，并且很快引起科学界的高度重视，昂尼斯也因此荣获1913年诺贝尔物理学奖。在他之后，人们开始把处于超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场。 将超导体冷却到某一临界温度（TC）以下时电阻突然降为零的现象称为超

超导材料基础知识介绍

超导材料基础知识介绍 超导材料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。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。 特性超导材料和常规导电材料的性能有很大的不同。主要有以下性能。 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。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。 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：两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子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（也可加一电压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，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。 基本临界参量有以下 3个基本临界参量。 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是钨，为0.012K。到1987年，临界温度最高值已提高到100K左右。 ②临界磁场：使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场强度，以Hc表示。Hc与温度T 的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0为0K时的临界磁场。 ③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用材料的条件，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－昂内斯发现超导电性(Hg，Tc=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)。1986年瑞士物理学家K.A.米勒和联邦德国物理学家J.G.贝德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。之后仅一年时间，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

超导材料研究现状及其应用

超导材料研究现状及其应用 [摘要]：本文主要介绍了超导现象，超导的应用及我国超导研究现状。 [关键词]：超导现象超导的应用超导研究现状 材料是人类赖以生存和发展的物质基础，某一种新材料的问世及其应用，往往会引起人类社会的重大变革因此使用什么样的材料制造工具往往成为人类文明发达程度的一个重要标志。人们把人类历史分为石器、青铜器和铁器时代。在群居洞穴的猿人旧石器时代，通过简单加工获得石器帮助人类狩猎护身和生存，随着对石器加工制作水平的提高，出现了原始手工业如制陶和纺织，人们称之为新石器时代。青铜时代大约源于4000-5000年前。青铜是铜锡铝等元素组成的合金，与纯铜相比，青铜熔点低，硬度高，比石器易制作且耐用。青铜器大大促进了农业和手工业的出现。铁器时代则被认为是始于2000多年前，春秋战国时代，由铁制作的农具、手工工具及各种兵器，得以广泛应用，大大促进了当时社会的发展。钢铁、水泥等材料的出现和广泛应用，人类社会开始从农业和手工业社会进入了工业社会。本世纪半导体硅、高集成芯片的出现和广泛应用，则把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。 超导现象 1911年，荷兰物理学家昂尼斯发现，水银的电阻率并不象预料的那样随温度降低逐渐减小，而是当温度降到4.15K附近时，水银的电阻突然降到零.为了证实这一现象，他用磁铁在水银环路中感应出电流，经过长达一年多的观察发现，只要水银环路保持在4.15K的低温，环路中的电流就不会有能测量到的衰减，电流不断地沿着环路转起来，就像不知疲倦的一匹马一样.当温度降到某一温度时，金属的电阻变为零的现象叫超导现象，能够发生超导现象的物质，叫做超导体．超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度) T C.现已发现大多数金属元素以及数以千计的合金、化合物都在不同条件下显示出超导性.如钨的转变温度为0.012K，锌为0.75K，铝为1.196K，铅为7.193K.而且超导临界温度的纪录不断地被打破，例如，1975年，有人发现铌三锗的超导临界温度为23.2K.1986年，又有人发现钡镧铜氧化物的超导临界温度为30K，这个现象引起了科学家对氧化物高温超导陶瓷的高度重视.1986年12月，中国科学院的赵忠贤研究组获得了起始转变温度为48.6K的锶镧铜氧化物.1987年2月，美籍华裔科学家、美国休斯敦大学的朱经武教授获得了起始转变温度为90K的高温超导陶瓷.1987年3月，中国科学院公布了起始转变温度为93K的8种钡钇铜氧化物.1988年，中国科学院发现了超导临界温度 为120K的钛钡钙铜氧化物.这些成就显示了我国高 温超导材料的研究已经名列世界前茅 超导应用 寻找工业应用永远是推动研究的推动力。从应用角 度看，初期的超导材料很容易被外界磁场所抑制。 实际应用困难较多。被称为I型超导材料。能在强 Fig.4, Hc2 vs Tc [17]

超导材料发展状况综述

材料科学与工程进展课程论文 题目：超导材料发展状况综述 学院： 班级： 学号： 姓名：

目录 摘要 (2) 超导材料的特性 (2) 超导材料发展史 (4) 超导材料的制备 (5) 超导材料的应用 (7) 展望与建议 (9)

新能源材料——超导材料发展状况综述 摘要 随着人类社会的不断发展，人们对于自然能源的需求也与日俱增。然而自然资源是有限的，面对自然资源日渐紧缺、环境遭到破坏等状况的发生，在科学工作者的努力下，各种各样的新能源材料相继面世。本文将从特性、发展史、制备、应用这几个方面，对众多新能源材料中的一种材料——超导材料，做一个综述，以增进广大读者对超导材料的了解。 关键词：超导材料、特性、发展史、制备、应用。 超导材料的特性 超导材料是指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。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。超导材料具有以下特性： 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。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。超导现象是20世纪的重大发明之一。科学家发现某物质在温度很低时，如铅在7.20K（-265.95摄氏度）以下，电阻就变成了零。 采用“四引线电阻测量法”可测出超导体的R－T特性曲线，如图所示。

图中的R n为电阻开始急剧减小时的电阻值，对应的温度称为起始转变温度T S；当电阻减小到R n/2时的温度称为中点温度T M；当电阻减小至零时的温度为零电阻温度T0。由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。 完全抗磁性 1933年，迈斯纳（W.Meissner）发现：当置于磁场中的导体通过冷却过渡到超导态时，原来进入此导体中的磁力线会一下子被完全排斥到超导体之外（见下图），超导体内磁感应强度变为零，这表明超导体是完全抗磁体，这个现象称为迈斯纳效应。 实验表明，超导态可以被外磁场所破坏，在低于T C的任一温度T下，当外加磁场强度H小于某一临界值H C时，超导态可以保持；当H大于H C时，超导态会被突然破坏而转变成正常态。临界磁场强度H C，其值与材料组成和环境温度等有关。超导材料性能由临界温度T C和临界磁场H C两个参数决定，高于临界值时是一般导体，低于此数值时成为超导体。 约瑟夫森效应 当在两块超导体之间存在一块极薄的绝缘层时，超导电子（对）能通过极薄的绝缘层，这种现象称为约瑟夫森（Josephson）效应，相应的装置称为约瑟夫森器件。如图所示。

超导材料应用与制备概况

摘要：新型超导材料一直是人类追求的目标。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中去，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要问题。 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发现纯水银在附近电阻突然消失，接着发现其他一些金属也有这样的现象，随着人们在Pb和其它材料中也发现这种性质：在满足临界条件（临界温度Tc，临界电流Ic，临界磁场Hc）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。一旦室温超导达到实用化、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要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于合成技术和条件。目前，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。溶液生长和气相传输生长法是制备从金属间氧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 ,但局限于已知的材料。这种技术是近几年出现的一些超导氧化物单晶生长的 主要技术。这种技术使La 2 - x Sr x CuO 4 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 1Ba 2 Ca 2 Cu 3 O 9+d 和 Bi 2Sr 2 CaCu 2 O 8 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纪录高出了几个数量级。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 目前 ,薄膜超导体技术包括活性分子束外延(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。在晶格匹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中。在许多实验中薄膜的几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。目前所使用主要方法有溅射和激光烧蚀（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

超导材料的特性及应用

浅谈超导材料的超导特性及应用 摘要：作为一种新型材料，超导材料越来越广泛地应用到各个领域，人类对超导电性及其应用将越来越重视。超导材料的应用有着巨大的潜力和发展前景，这是不容置疑的。超导的实用前景似乎既近既远，近者，在人类的生活中已得到了超导电技术带来的好处，如医用的核磁共振成像的超导磁体；同时，在电子器件上的应用，近几年将会在市场上出现。远者，人们会看到例如在微波通讯、计算机器件、储能及平衡电网方面的应用。在总结超导电性的同时，本文将就超导材料的应用作简要的介绍。 关键字：超导、特性、应用、前景 1、超导材料的超导特性 导体在温度下降到某一值时，电阻会突然消失，即零电阻，这一现象称为“超导现象”，将具有超导性的物质，称为超导体，超导体如钛、锌、铊、铅、汞等，在超导状态，当温度降至温度（超导转变温度）时，皆显现出某些共同特征。1.1电阻为零。一个超导体环移去电源之后，还能保持原有的电流。有人做过实 验，发现超导环中的电流持续了二年半而无显著衰减。 1.2完全抗磁性。这一现象是1933年德国物理学家迈斯纳等人在实验中发现的， 只要超导材料的温度低于临界温度而进入超导态以后，该超导材料便把磁力线排斥体外，因此其体内的磁感应强度总是零。这种现象称为“迈斯纳效应”。 2、超导材料的应用 2.1 超导应用的巨大潜力 超导态是物质的一种独特的状态，它的新奇特性，立刻使人想到要将它们应用到技术上。超导体的零电阻效应显示其具有无损耗输运电流的性质。工业、国防、科研上用的大功率发电机、电动机如能实现超导化，将大大降低能耗并使其小型化。利用超导隧道效应，人们可以制造出世界上最灵敏的电磁信号的探测元件和用于高速运行的计算机元件。用这种探测器制造的超导量子干涉磁强计可以测量地球磁场几十亿分之一的变化，也能测量人的脑磁图和心磁图。超导体用于微波器件可以大大改善卫星通讯的质量。 因此，超导体显示了巨大的应用潜力。 2.2 超导材料在强电方面的应用

超导材料论文

超导材料论文 Prepared on 22 November 2020

超导材料 摘要：简要介绍了超导材：的发展历史、现状，对未来的超导材料的发展作了展望，并对目前超导材料的主要研制方法进行了分析。 关键词：超导体研究进展高温低温应用 一前言 超导是超导电性的简称。是一种材料，如某种金属、合金或化合物在温度下降至某一临界温度时，其电阻完全消失，这种现象称为超导电性，具有这种现象的材料称为超导材料。超导体的另外一个特征是：当电阻消失时，磁感应线将不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。 超导材料的用途非常广阔，大致可分为三类：大电流应用（强电应用）、电子学应用（弱电应用）和抗磁性应用。大电流应用即超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等 超导材料是在低温条件下能出现超导电性的物质。超导材料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失。超导材料的发展经历了从低温到高温的过程，经过无数科学家的努力，超导材料的研究已经取得了巨大的发展。近年来，随着材料科学的发展，超导材料的性能不断优化，实现超导的临界温度也越来越高。高温超导材料的制备工艺也得到了长足的发展，一些制备高温超导材料的材料陆续被科学家发现。现在，超导材料的研究主要集中在超导输电线缆，超导变压器等电力系统方面，还有，利用超导材料可以形成强磁场，是超导材料在磁悬浮列车的研究上有了用武之地，另外，超导材料在医学，生物学领域也取得了很大的成就。超导材料的研究未来，超导材料的研究将会努力向实用化发展。一旦室温超导体达到实用化、工业化，将对现代文明社会中的科学技术产生深刻的影响。 二研究现状 1.超导材料的探索与发展 探索新型超导材料在超导材料研究中始终起着关键的作用，同时也是一项高风险、高投入的研究工作。自1911年荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯发现汞在附近的超导电性以来，人们发现的新超导材料几乎遍布整个元素周期表，从轻元素硼、锂到过渡重金属铀系列等。超导材料的最初研究多集中在元素、合金、过渡金属碳化物和氮化物等方面。至1973年，发现了一系列A15型超导体和三元系超导体，如Nb3Sn、V3Ga、Nb3Ge，其中Nb3Ge超导体的临界转变温度(T c)值达到。以上超导材料要用液氦做致冷剂才能呈现超导态，因而在应用上受到很大限制。1986年，德国科学家柏诺兹和瑞士科学家穆勒发现了新的金属氧化物超导材料即钡镧铜氧化物(La-BaCuO)，其T c为35K，第一次实现了液氮温区的高温超导。铜酸盐高温超导体的发现是超导材料研究上的一次重大突破，打开

超导体论文

超导体的电磁性质及其应用 院别：物理与电子工程学院 专业：09级物理学 姓名：王雪梅 完成日期：2014 年6 月3 日 摘要：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称为超导材料。从1911年荷兰物理学家翁奈首先发现超导现象以来，现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。超导材料具有优越的物理性质和优越的性能，目前已被广泛接受和认同，具有良好的发展前景。 关键词：超导材料；分类；性质；应用；原理；展望 1、引言 1911年荷兰物理学家翁奈在研究水银低温电阻时首先发现了超导现象。后来又陆续发现了一些金属、合金和化合物在低温时电阻也变为零，即具有超导现象。物质在超低温下，失去电阻的性质称为超导电性；相应的具有这种性质的物质就称这超导体。超导材料具有的优异特性使它从被发现之日起，就向人类展示了诱人的应用前景。目前，超导材料已被应用于很多领域，本文拟就超导材料的分类、性质、应用、原理等方面展开论述，以帮助人们更好的认识超导材料。 2、分类 元素超导体、合金和化合物超导体，有机高分子超导体三类。 3、性质 3.1零电阻性 超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续电流”已多次在实验中观察到。 超导体的零电阻现象与常导体零电阻在实质上截然不同。常导体的零电阻是指在理想的金属晶体中，由于电子运动畅通无阻，因此没有电阻；而超导体零电阻是指当温度降至某一数值Tc或以下时，其电阻突然变为零。 3.2完全抗磁性 1933年迈斯纳和奥尔德首次发现了超导体具有完全抗磁性的特点。把锡单晶球超导体在磁场(H≦Hc)中冷却，在达到临界温度Tc以下时，超导体内的磁通线一下子被排斥出去；或者先把超导体冷却至Tc以下，再通以磁场，这时磁通线也被排斥出动；如图所示。即在超导状态下，超导体内磁感应强度B=0.这就是迈斯纳效应。 3.3约瑟夫森效应 两超导材料之间有一薄绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连接时，会有电子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（也可加一电压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，其中h为普朗克常数，e为电子电荷。这些特性构成了超导材料在科学技术领域越来越引人注目的各类应用的依据。 3.4同位素效应 超导体的临界温度Tc与其同位素质量M有关。M越大，Tc越低，这称为同位素效应。例如，原子量为199.55的汞同位素，它的Tc是4.18开，而原子量为203.4的汞同位素，Tc为4.146

超导材料及应用

超导材料 摘要：简要介绍了超导材料的发展历史、现状，对未来的超导材料的发展作了展望，并对目前超导材料的主要研制方法进行了分析。 关键词：超导体研究进展高温低温应用 一前言 超导材料是在低温条件下能出现超导电性的物质。超导材料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失。超导材料的发展经历了从低温到高温的过程，经过无数科学家的努力，超导材料的研究已经取得了巨大的发展。近年来，随着材料科学的发展，超导材料的性能不断优化，实现超导的临界温度也越来越高。高温超导材料的制备工艺也得到了长足的发展，一些制备高温超导材料的材料陆续被科学家发现。现在，超导材料的研究主要集中在超导输电线缆，超导变压器等电力系统方面，还有，利用超导材料可以形成强磁场，是超导材料在磁悬浮列车的研究上有了用武之地，另外，超导材料在医学，生物学领域也取得了很大的成就。超导材料的研究未来，超导材料的研究将会努力向实用化发展。一旦室温超导体达到实用化、工业化，将对现代文明社会中的科学技术产生深刻的影响。 二研究现状 1.超导材料的探索与发展 探索新型超导材料在超导材料研究中始终起着关键的作用，同时也是一项高风险、高投入的研究工作。自1911年荷兰物理学家卡麦林·昂尼斯发现汞在4.2K附近的超导电性以来，人们发现的新超导材料几乎遍布整个元素周期表，从轻元素硼、锂到过渡重金属铀系列等。超导材料的最初研究多集中在元素、合金、过渡金属碳化物和氮化物等方面。至1973 年，发现了一系列A 15型超导体和三元系超导体，如Nb 3 Sn、V 3 Ga、Nb 3 Ge，其中Nb 3 Ge超导 体的临界转变温度(T c)值达到23.2K。以上超导材料要用液氦做致冷剂才能呈现超导态，因而在应用上受到很大限制。1986年，德国科学家柏诺兹和瑞士科学家穆勒发现了新的金属氧化物超导材料即钡镧铜氧化物(La-BaCuO)，其T c为35K，第一次实现了液氮温区的高温超导。铜酸盐高温超导体的发现是超导材料研究上的一次重大突破，打开了混合金属氧化物超导体的研究方向。1987年初，中、美科学家各自发现临界温度大于90K的YBacuO超导体，已高于液氮温度(77K)，高温超导材料研究获得重大进展。后来法国的米切尔发现了第三类高温超导体BisrCuO，再后来又有人将Ca掺人其中，得到Bis尤aCuO超导体，首次使氧化物超导体的零电阻温度突破100K大关。1988年，美国的荷曼和盛正直等人又发现了T 1 系高温超导体，将超导临界温度提高到当时公认的最高记录125K。瑞士苏黎世的希林等发现在HgBaCaCuO超导体中，临界转变温度大约为133K，使高温超导临界温度取得新的突破。 2.超导材料的研究 2.1低温超导阶段 在梅斯勒发现超导体的抗磁性之后(相继有荷兰物理学家埃伦弗斯特根据有关的超导体在液氦中比热不连续现象(提出热力学中二级相变的概念)柯特和卡西米尔提出超导的二流体模型)德国物理学家F·伦敦和H·伦敦兄弟提出超导电性的电动力学唯相理论（即伦敦

高分子材料— 塑料

有机高分子材料的发展与应用 论文摘要：材料在我们身边可谓是无处不在，而塑料在所有材料中用途是非常广泛的。塑料以其优越的特性成为21世纪的宠儿，被广泛应用于各个领域。虽然塑料对环境造成了危害，但塑料制品在我们生活中的作用是不容忽视的，而塑料也不会被其他材料替代，因为塑料有其优越的性能。下面我就塑料的定义、特性、用途以及塑料的历史和新型塑料的发展作一下简单的介绍，以下是对塑料的分类论述。 关键词：塑料、塑料的定义、塑料的分类、塑料的特征、降解塑料、导电塑料、塑料光纤。前言：随着塑料工业技术的迅速发展，当前世界塑料总产量已超过1.5亿吨，其用途已渗透到国民经济各部门以及人民生活的各个领域，已和钢铁、木材、水泥并列成为四大支柱材料。但随着塑料产量的不断增长和用途的不断扩大，其废弃物中塑料的重量比已达10%以上，体积比则达30%左右，它对环境的污染、对生态平衡的破坏已引起了社会的极大关注，为此，高效的塑料回收利用技术和降解塑料的研究开发已成为塑料工业界、包装工业界发展的重要发展战略，而且成为全球瞩目的研究开发热点。 一、塑料的定义 塑料是指以树脂（或在加工过程中用单体直接聚合）为主要成分，以增塑剂、填加剂、润滑剂，着色剂等添加剂为辅助成分，在加工过程中能流动成型的材料。 塑料主要有以下特性：①大多数塑料质轻，化学稳定性好，不会锈蚀；②耐冲击性好；③具有较好的透明性和耐磨耗性；④绝缘性好，导热性低；⑤一般成型性、着色性好，加工成本低；⑥大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；⑦尺寸稳定性差，容易变形；⑧多数塑料耐低温性差，低温下变脆；⑨容易老化；⑩某些塑料易溶于溶剂。 二、塑料的分类

超导现象简介

超导现象简介 超导现象：某些物质在温度降低到一定值时电阻会完全消失，这种现象称为超导电性。超导技术的开发和应用对国民经济、军事技术、科学实验与医疗卫生等具有重大价值。 具有超导电性的物质称为超导材料或超导体。超导材料包括金属低温超导材料、陶瓷高温超导材料和有机超导材料等。 发展概况：超导电性是荷兰科学家H.K.昂尼斯1911年发现的，他在做低温实验时，意外发现汞线冷却到4ZK时电阻突然消失了。随后科学家们发现许多金属、合金和金属间化合物也具有这种特性。1933 年，德国人W.迈斯纳发现超导体具有高抗磁性，使磁力线不能透人，人们称之为迈斯纳效应。1957年美国人J.巴丁、LN.库泊、J.R.施里弗共同提出超导微观理论(BCS理论)。1962年，英国人BD.约瑟夫森从理论上预言超导电流能够穿过一层极薄的绝缘体进入另一超导体，形成隧道超导电流。这种约瑟夫森效应随后为实验所证实。1986 年初，美国国际商用机器公司苏黎世研究所的K.A.马勒和J.G.贝诺斯发现，钡钢铜氧化合物在30K时呈现超导电性。这种陶瓷超导材料的发现，为超导技术的发展开辟了新的途径。1986年以前发现的超导材料是良导体金属、合金和金属间化合物，其临界温度最高不过232K，而马勒和贝诺斯发现的超导材料却是氧化物，临界温度比低温超导体高得多，对超导研究具有划时代的意义，世界各国对此都十分重视。1987年中国成立了超导技术专家委员会和国家超导技术联合研究开发中心，统一领导全国的超导研究工作;同年7月美国总统提出《总统超导倡议》，要求政府采取必要措施支持高温超导研究;日本政府和民间企业、大学制订了共同开发超导材料的计划。各国超导科学家以陶瓷材料为对象寻找高临界温度的超导材料，形成了一股世界性的超导研究热，忆钡铜氧化合物、秘锯钙铜氧化合物、铂钡钙铜氧化合物等高温超导材料不断涌现。自1986年以来，中国在高温超导技术攻关中取得了一系列重大成就，在某些领域达到了国际领先水平。超导材料特性超导材料最重要的特性是完全电导性和完全抗磁性。完全电导性是指在一定的温度条件下超导体的电阻为零，在这种状态下，超导体不仅可以无损耗地输送电流，而且在储存电能时也不会有损失。完全抗磁性是指材料一旦进人超导状态，磁力线就不能穿过超导体，其内部磁通量等于零。这两个特性是衡量