釔鋇銅氧超導(dǎo)性能的研究

1、海南師范大學(xué)本科生畢業(yè)論文題目：億鋼銅氧超導(dǎo)性能的研究姓名：蒙志富學(xué) 號:200906101134專業(yè)：物理學(xué)年級：2009 級系別：物理系完成日期：2成3年5月指導(dǎo)教師： 沈振江（副教授）本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及 取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，本論文中沒有抄襲他 人研究成果和偽造數(shù)據(jù)等行為。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻 均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。論文（設(shè)計）作者簽名： 日期： 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）使用授權(quán)聲明海南師范大學(xué)有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交畢業(yè)論文（設(shè)計）的

2、復(fù)印件和磁盤，允許畢業(yè)論文（設(shè)計）被查閱和借閱。本人授權(quán)海南師范大學(xué)可以 將本畢業(yè)論文（設(shè)計）的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)印手段保存、匯編畢業(yè)論文（設(shè)計）。論文（設(shè)計）作者簽名： 日期： 日期:指導(dǎo)教師簽名:目 錄第1章 億銀銅氧簡介、晶體結(jié)構(gòu) -4 -1. 1 ybco 簡介-4 -1. 2 鉆粉銅氧晶體結(jié)構(gòu) -5 -第2章高溫超導(dǎo)的發(fā)展-6 -第3章 億銀銅氧超導(dǎo)性能的機理，與其他高溫超導(dǎo)機理的對比-8 -3.1 超導(dǎo)體的三個臨界參量 -8 -3.2 超導(dǎo)體的基本性質(zhì) -9 -3.3 鉆領(lǐng)銅氧超導(dǎo)機理探討 -10 -3.3.1 傳統(tǒng)超導(dǎo)理論（bcss!

3、論）-10 -3.3.2 億鋼銅氧超導(dǎo)機理的探討 -10 -第4章 億銀銅氧超導(dǎo)性能的主要研究方向、研究成果、應(yīng)用前景-12 -4.1 ybco研究現(xiàn)狀 -12 -4.2 ybco研究成果 -13 -4.2.1 ybco高溫超導(dǎo)塊材 -13 -4.2.2 ybco 超導(dǎo)帶材 -13 -4.3 ybco 的應(yīng)用-13 -4.3.1 ybco超導(dǎo)材料的商業(yè)優(yōu)勢 -13 -4.3.2 ybco超導(dǎo)帶材的制備與應(yīng)用 -15 -4.3.3 ybco超導(dǎo)儲能的研究 -15 -4.3.4 ybco高溫超導(dǎo)體的應(yīng)用前景 -16 -第5章總結(jié)展望-17 -參考文獻：-19 - 3 -釔鋇銅氧超導(dǎo)性能的研究作者：

4、蒙志富 指導(dǎo)教師：沈振江 副教授(海南師范大學(xué)物理系，?？?，571158)摘 要 釔鋇銅氧， 作為第二代高溫超導(dǎo)材料， 有著很高的商業(yè)價值， 自發(fā)現(xiàn)以來便受到各國科學(xué)家的熱衷研究。ybco1發(fā)現(xiàn)至今已20多年，其超導(dǎo)性能的研究應(yīng)用也取得了不錯 的成果， 但其超導(dǎo)機制同其他高溫超導(dǎo)機理一樣至今仍不能得到一個令人信服的結(jié)果。 本文 從超導(dǎo)的發(fā)展歷史出發(fā)，闡述了ybco勺結(jié)構(gòu)特點，探討其超導(dǎo)機理并對其研究現(xiàn)狀以及應(yīng)用前景做了綜述。關(guān)鍵詞：釔鋇銅氧， ybco ，高溫超導(dǎo)ybco superconducting propertiesauthor: meng zhi fu instructor: ass

5、ociate professor chen zhenjiang(hainan normal university, haikou, 571158)abstract ： ybco, as second-generation high-temperature superconducting materials, has a high commercial value, since the discovery will be keen to research by scientists from various countries. ybco self-discovery has been more

6、 than 20 years, the research and application of superconducting properties also achieved good results, but its mechanism of superconductivity with other high-temperature superconducting mechanism still can not get a convincing results. departure from the history of the development of superconductivi

7、ty on the structural characteristics of the ybco, to investigate the mechanism of superconductivity and reviewed its current research and application prospects.keywords: ybco, ybco high-temperature superconducting第 1 章 釔鋇銅氧簡介、晶體結(jié)構(gòu)1 1 ybco 簡介億鋼銅氧，又稱億鋼銅氧化物、ybco它是化學(xué)式y(tǒng)ba2cu5o7摩爾質(zhì)量為 666.19g/mol,密度4.45.3

8、g/cm3熔點大于600c的黑色固體，是著名的超導(dǎo)體， 屬于第二代高溫超導(dǎo)材料，而且是第一個制造臨界溫度在液氮沸點以上的材料。自1911年荷蘭物理學(xué)家heike karnerlingh onnes 第一次在汞中發(fā)現(xiàn)超導(dǎo) 現(xiàn)象（臨界轉(zhuǎn)變溫度為4.2k）以來，在隨后的幾十年里，超導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)變溫度的 最高紀(jì)錄只有23.2k,是來自在錫的合金中，進展一直相當(dāng)緩慢。到了 1986年4 月，通過用ba2+、sr2+ ca2+替代la2cuo4的la3+, zurich大學(xué)舊m實驗室 的j.georg bednorz和k.alex muller 有了新的發(fā)現(xiàn)，他們找到了臨界溫度超 過了 30k的銅氧化物超導(dǎo)體

9、。第二年的1987年，超導(dǎo)體的研究又有了另一個突 破性的進展。美國休斯頓大學(xué)的朱經(jīng)武領(lǐng)導(dǎo)的研究小組以及中科院物理所的趙忠 賢研究小組分別獨立觀測到臨界轉(zhuǎn)變溫度在90k以上的超導(dǎo)現(xiàn)象，而趙的小組首先公布了這種超導(dǎo)材料是億、鋼、銅和氧的化合物，其中億、鋼、銅的原子百分 比為1: 2: 3,這便是億鋼銅氧。這使得以廉價的冷卻方式研究超導(dǎo)成為可能， 也因此引發(fā)了全世界對新高溫超導(dǎo)材料的研發(fā)熱潮。1. 2鉆粉銅氧晶體結(jié)構(gòu)ybcm鈣鈦礦缺陷型層狀結(jié)構(gòu)，含有 cuo-cuo2-cuo2-cuo替的層，cuo2 層可以有變形和皺褶。億原子存在于cuo萬口 cuo2中，bao層則在cuo與cuo2 兩層之間。其

10、結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示：cutij圖1億鋼銅氧晶體結(jié)構(gòu)上圖1中（a）、（b）、（c）分別表示的是億鋼銅氧晶體正交相結(jié)構(gòu) （6 =0）、 正交相向四方相結(jié)構(gòu)相變（6=0.5）、四方相結(jié)構(gòu)（6=1）的情況。由于億鋼銅 氧晶體中的氧原子含量會隨環(huán)境的溫度和氧分壓的變化而變化，通常將其寫作 yba2cu3o73 , 0 5 0.5 時，其結(jié)構(gòu)向四方相轉(zhuǎn)變，將逐 漸喪失超導(dǎo)性。大多數(shù)銅氧化物高溫超導(dǎo)材料特殊的晶體結(jié)構(gòu)使其具有各向異性， 其主要原 因是由于這些材料的晶體結(jié)構(gòu)都屬于夾層結(jié)構(gòu)， 分別由電導(dǎo)層和絕緣層組成， 而 電導(dǎo)和超導(dǎo)只作用于cuo2,這使得點陣常數(shù)a和b,比較接近，c則隨層狀 結(jié)構(gòu)變化而變化。

11、第 2 章 高溫超導(dǎo)的發(fā)展高溫超導(dǎo)一般認(rèn)為是臨界溫度在液氮以上銅基氧化物超導(dǎo)體， 而此前發(fā)現(xiàn)的臨界溫度在液氮以下的超導(dǎo)體稱為低溫超導(dǎo)體。 一般超導(dǎo)合金在接近絕對零度時其電阻逐漸消失， 如此低的溫度使其在應(yīng)用上會遇到許多問題。 而更加具有實際 商業(yè)價值的高溫超導(dǎo)材料研究便很快成為現(xiàn)代科學(xué)的熱門課題。1986 年以前的超導(dǎo)研究為發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)積累了理論和實驗的大量極為重要的知識儲備。盡管在1986 年以前的幾十年里超導(dǎo)臨界溫度提高緩慢，連臨界溫度最高的鑰三錯也只有區(qū)區(qū)23. 22k,而柏，若茲（bednorz）和（繆勒）muller 于 1986 年發(fā)現(xiàn)臨界溫度約為 30k 的銅氧化物超導(dǎo)體，為進一

12、步發(fā)現(xiàn)液氮區(qū)高溫超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)開辟了道路。其實氧化物超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)可追溯到 1973 年約翰斯頓等人發(fā)現(xiàn)的 li 1-x ti 2-xo4 其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為13.7k,以及1975年斯萊特等人發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)變溫度為13k的bapb-xbixo超導(dǎo)體,雖然該轉(zhuǎn)變溫度還不如當(dāng)時 nbge高，但以當(dāng)時公認(rèn)尺度來 看也不算低，因此，在此方向上依然有人研究超導(dǎo)體。柏諾茲 （bednorz） 和繆勒 （muller ） 早在 1986年4 月就投稿給德國 物理 雜志宣布他們發(fā)現(xiàn)的balas-xcuos-y）（其中x=1或0.75）可能在高于30k的溫區(qū)具 有超導(dǎo)性， 但由于這篇報道只談到零電阻效應(yīng)而未提及邁斯納效

13、應(yīng)， 因而并未引 起同行的足夠重視， 直到同年十月他們在再次投稿中聲明肯定了樣品有邁斯納效 應(yīng)并在日本東京大學(xué)內(nèi)田等人于 11 月和 12 月投稿宣布在（ la,ba） 2cuo4-y 中觀 察到轉(zhuǎn)變溫度約30k， 并肯定有邁斯納效應(yīng)， 柏諾茲 （ bednorz ） 和（繆勒） muller的研究成果才得到公認(rèn)。1987年是超導(dǎo)研究豐收年， 1 月初， 由日本川崎國立分子研究所發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)體具有 43k 的臨界溫度， 不久， 中國科學(xué)院物理研究所報道制出了高溫超導(dǎo)體小組發(fā)現(xiàn)的鋇鑭銅氧系和鍶鑭銅氧系超導(dǎo)體其臨界溫度也分別達到了 46.3k 和48. 6k。1987年2月6日，美國朱經(jīng)武等人向物理

14、評論簡報投稿宣布(y-xba)2 cu(y(x=0.4,y 4)系統(tǒng)于8093k溫區(qū)獲得穩(wěn)定白超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。1987年2月24 日，中國科學(xué)院物理所宣布趙忠賢等人獲得超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為92.8k,出現(xiàn)零電阻溫度為78.5k的baxy5-xcu5o5(3-y) 超導(dǎo)材料，現(xiàn)在公認(rèn)的化學(xué)式為 ybacaox 也就是現(xiàn)在所說的億鋼銅氧，俗稱123系。超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度約為93k的億鋼銅氧超 導(dǎo)的化合物是在1987年由朱經(jīng)武和趙忠賢幾乎同時發(fā)現(xiàn)。1988年初日本maeda制成了鈿鍬鈣銅氧化物高溫超導(dǎo)材料，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變 溫度比億鋼銅氧高出10k以上，幾乎同時美國arkansas大學(xué)宣布制成鎧鋼鈣銅 氧化物新高溫超導(dǎo)材料

15、，具起始超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度達到了123e1989年發(fā)現(xiàn)了電子型(n型)高溫銅氧化物超導(dǎo)體，日本的 tokura等人宣 布nd-xcecuqy當(dāng)0.14x0.18時有超導(dǎo)電性，在x=0.15時，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為 24k,以后隨x的增加超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度下降，當(dāng)x約為0.18時，超導(dǎo)電性消失。自1988年開始，高溫銅氧化物材料開始進入應(yīng)用研究階段并已取得理想的 效果。1988年首次制出高溫超導(dǎo)薄膜，1989年首次制出超導(dǎo)線，到了 1990年則 首次繞制成高溫超導(dǎo)線圈。1993年用高溫超導(dǎo)線圈制出交流同步馬達，隨后的 幾年內(nèi)，前面開始研發(fā)應(yīng)用的材料繼續(xù)取得突破性數(shù)據(jù)，性能不斷提高。1995年，可彎曲鉆鋼銅氧涂層超

16、導(dǎo)帶問世，兩年后，米級長度的ybcot也相繼制成。1998年，用rabits-pldfe制出的ybc砥層超導(dǎo)帶臨界電流密度已達到 1.8ma/cm2,3.0ma/cm2。akimitsu等人2001年新發(fā)現(xiàn)的mgb為中等超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)體約為 40k。2003年，soum”人報道：硼化鎂為雙能隙超導(dǎo)體。2008年2月，日本 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)首先發(fā)現(xiàn)氟摻雜錮氧鐵種化合物在臨界溫度為26k時具有超導(dǎo)特性,同年3月25日，中國科技大學(xué)陳先輝領(lǐng)導(dǎo)的科研小組有報告氟摻雜物氧鐵種化 合物在43k時也變成超導(dǎo)體。近年來，高溫超導(dǎo)材料的發(fā)展一直沒停止過，并由單一的銅氧化物向簡單化 物發(fā)展，形成多種方向共同發(fā)展的局

17、面。- 7 -表1部分高溫超導(dǎo)體及發(fā)現(xiàn)年代序?qū)w年佻起導(dǎo)體年份ljp m j jdulhl.j, s l卜上匚il：u1%190ellil 兀川1990387ut s i j lil c： a i： thiyvol.j工lykkiimei 】一 citfuthiw(j心1： i1# j.lyekrt_ , culhiwi1 n i. 式：3 isikks ii l _ h、4j：鼠好iwi內(nèi)防iwiimx lsi i d. 1：什 iciijo in15321、i：a) 1 1：h. mf19凰ji ha. 小七皿.5s 1. j ,192mefbpsocoi, al hi. c由11 a c

18、u) i eu. xi ” e ul :打 u：um 卜,i wfbisi,ai、 t：猛卜 m 卜 x述”刊 hz2h= 6d：tl j好it.l 丸 1r 4(、，ch) n xi. cu). “ lcu jl= 2. 3, 4|中”lt num 小i9xsi沏郎/匕心忤心的外聞itl pm r匚u#加升iw國的 t：u，h：nkl31994，tl p3kmw；u變偉居h x 311 a j! , l ” |1二% i %1994(- u c*i ii ku,si|i 1二 nj(l1 uut.j cik jjj jj.in icuno, i 二時為零.裨工3. 4. 5 1994(n祝七

19、用cu”_j(cuj . lth ) j| 匚un il194n 山5。. f 819 8niglun：上,19v4第3章億銀銅氧超導(dǎo)性能的機理，與其他高溫超導(dǎo)機理的對比作為超導(dǎo)體，除了自身的特點外還有著一些共同特性：3.1超導(dǎo)體的三個臨界參量1、超導(dǎo)體的臨界溫度tc在一定值的溫度下突然進入一個新的物態(tài)， 其電阻實際變?yōu)榱?，或者說電阻 突然下降到難以測量的程度，這種具有特殊電性質(zhì)的物質(zhì)狀態(tài)稱為超導(dǎo)態(tài)，這種 物質(zhì)稱為超導(dǎo)體。超導(dǎo)體剛進入超導(dǎo)態(tài)的溫度叫作超導(dǎo)臨界溫度，用 tc表示。2、超導(dǎo)體的臨界電流密度jc實驗表明，如果在不加磁場的情況下，當(dāng)通過超導(dǎo)體的電流大到一定程度時， 也將會破壞超導(dǎo)態(tài)這個

20、電流值叫作臨界電流密度，用ic表示。ic的大小隨溫度t的高低而變化，在tc在下ic為零。3、超導(dǎo)體的臨界磁場hc正常情況下，處于超導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)體具有邁斯納效應(yīng)，即完全抗磁性，但如果給處于超導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)材料持續(xù)增強磁場，當(dāng)強度大于某一hc值時，該超導(dǎo)體將從超導(dǎo)態(tài)變?yōu)檎B(tài)，hc則稱為臨界磁場。根據(jù)超導(dǎo)體的 hc的個數(shù)不同可將 超導(dǎo)體分為兩類：第一類超導(dǎo)體和第二類超導(dǎo)體，第一類超導(dǎo)體只有一個hc,第二類超導(dǎo)體則有兩個hc,分別記為：hc1(t)(上臨界磁場)和hc2(t)(下臨界磁 場)ab圖2第一類超導(dǎo)體和第二類超導(dǎo)體對于第二類超導(dǎo)體當(dāng)hhc1(t),ttc時，樣品處于邁斯納超導(dǎo)態(tài)；當(dāng)hc1(t)h

21、hc2(t)時，樣品處于正常態(tài)。以下為兩類超導(dǎo)體h和t關(guān)系圖：圖：tc、jc、hc三者關(guān)系3.2 超導(dǎo)體的基本性質(zhì)零電阻效應(yīng)超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時其內(nèi)部電阻實際變?yōu)榱愕默F(xiàn)象稱為超導(dǎo)的零電阻效應(yīng)。邁斯納(meissnei )效應(yīng)完全抗磁對于超導(dǎo)體來說， 不論是先降溫后加磁場， 還是先加磁場而后降溫， 只要樣 品溫度過渡到了超導(dǎo)態(tài)， 在樣品周圍的磁場都發(fā)生了變化， 磁力線被完全推到了 超導(dǎo)體之外，即無論過渡到超導(dǎo)態(tài)的途徑如何，只要ttc,超導(dǎo)體內(nèi)的磁感應(yīng)強度總為零，具有完全抗磁性，這后來被稱為邁斯納效應(yīng)。同位素效應(yīng)超導(dǎo)體的臨界溫度與同位素質(zhì)量有關(guān)， 同一種元素， 同位素質(zhì)量較高的其臨界溫度 tc 較低

22、，稱為同位素效應(yīng) .ma tc=常數(shù)(1)上式中，m為同位素的質(zhì)量，a =0.503.3 釔鋇銅氧超導(dǎo)機理探討3.3.1 傳統(tǒng)超導(dǎo)理論(bcs!論)1957 年美國人巴丁、庫柏和施瑞弗在電子和聲子相互作用的基礎(chǔ)上建立了低溫超導(dǎo)的微觀理論(即bcs!論)，解釋了超導(dǎo)電性的起源，闡明了超導(dǎo)的本 質(zhì)。所謂bcs!論，是解釋常規(guī)超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性的微觀理論。該理論以其發(fā)明者巴丁( j.bardeen )、庫珀( l.v.cooper )施里弗( j.r.schrieffer )的名字 首字母命名。bcs典型的弱耦合理論， 把超導(dǎo)現(xiàn)象看做一種宏觀量子效應(yīng)， 認(rèn)為電子間如果存在電子與晶格相互作用產(chǎn) 生的吸引

23、力大于電子間的庫倫排斥力而使電子間呈現(xiàn)一種凈的吸收作用， 那么它 們就能夠形成一個束縛態(tài)， 這種束縛態(tài)時兩個電子組成電子對偶， 稱之為庫珀對， 庫柏對對超導(dǎo)電流的形成起決定性作用。在bcs!論提出的同時，尼科萊勃格留波夫( nikolai bogoliubov )也獨立的提出了超導(dǎo)電性的量子力學(xué)解釋，他使 用的勃格留波夫變換至今仍為人們所常用。3.3.2 釔鋇銅氧超導(dǎo)機理的探討現(xiàn)今，人們對高溫超導(dǎo)機制仍未形成共識，與傳統(tǒng)bcs超導(dǎo)體相比，高溫銅氧化物超導(dǎo)體的性質(zhì)有共性也有特殊性兩面， 就高溫超導(dǎo)氧化物而言， 其特殊性 更顯著，因而高溫超導(dǎo)氧化物超導(dǎo)機制是否也適用于bcs論也值得探討。對于高溫超

24、導(dǎo)機制的特殊性，人們對通過繼續(xù)完善bcss論抑或是建立全新的理論去 解釋高溫超導(dǎo)機制也存在不同意見， 持不同見解的大概分為費米液體派和非費米 液體派，前面所探討過的bcs論是在費米液體正常態(tài)的框架上建立起來的機 制。- 9 -電聲子機制： 該機制認(rèn)為， 在超導(dǎo)體內(nèi)兩電子間由于交換聲子而產(chǎn)生了吸引作用， 當(dāng)這種吸引作用大于電子本身的庫倫排斥作用時， 兩電子就形成電子對引起超導(dǎo)電性。同位素效應(yīng)對探索超導(dǎo)機制有特殊意義。 高溫銅氧化物超導(dǎo)體的同位素效應(yīng)指數(shù)遠小于 0.5 ，這使得許多人提出了非電聲超導(dǎo)機制或混合超導(dǎo)機制。激子機制： 所謂激子， 是指由于一直電子系統(tǒng)的極化所導(dǎo)致的能量激發(fā)。 勒特耳認(rèn)為

25、超導(dǎo)體內(nèi)的凈吸引力是使兩電子間交換激子而產(chǎn)生吸引作用而不是之前所說的利用交換聲子使兩電子產(chǎn)生吸引。 如果這種激子機制能產(chǎn)生兩電子間的凈吸引力， 那么將可以預(yù)期出現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)。 盡管理論上做了很多設(shè)想， 但迄今為止還沒有試驗事實能夠肯定激子超導(dǎo)機制。美國的 p.m.anderson 是反對用費米液體描寫高溫超導(dǎo)體的代表之一，他提出了共價鍵態(tài)理論來說明高溫超導(dǎo)機制。共振價鍵理論(rvbs)這一理論是基于高溫氧化物的低維性、 反鐵磁的鄰近性和載流子密度低等特點提出的。 該理論認(rèn)為電荷與自旋自由度分離， 這與費米液體的基本點不同， 在相鄰原子上， 自旋相反的兩軌道電子形成共價鍵， 而這些共價鍵可以在兩個以

26、上的位置之間共振?！肮舱駜r鍵理論” (rvb是一種由實空間定域配對轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰靠臻g的非局域配對機制。 共振價鍵理論中， 無電子型的準(zhǔn)粒子， 而電子的強關(guān)聯(lián)是導(dǎo)致系統(tǒng)電荷和自旋自由度相分離的原因，從而有空穴子和自旋子兩種元激發(fā)。雙成分理論【2】 ：我國著名物理學(xué)家章立源提出的雙成分理論認(rèn)為，巡游載流子形成的庫珀對與近局域?qū)Ρ舜讼嗷ハ喔勺饔脧亩T導(dǎo)增進了超導(dǎo)態(tài)中的有效配對位勢，從而形成高溫超導(dǎo)。其他理論其他超導(dǎo)理論如 nesting 模型、 反鐵磁費米液體模型、 自旋口袋 ( spin bag)模型、 任意子模型等等理論也是著名的超導(dǎo)理論但如前所說， 這些眾說紛紜的理論都能在一定程度上說明一些超導(dǎo)現(xiàn)

27、象， 但也沒能給人足夠的證據(jù)其適用于釔鋇銅氧高溫超導(dǎo)機理，可見，目前已存在的理論要么是在傳統(tǒng)的bcs!論的框架上進行擴展， 要么另辟蹊徑發(fā)展一種全新理論。 但至今仍未見一種能夠解釋高溫超導(dǎo)如億鋼銅氧足以令人信服的理論，看來億鋼銅氧的高溫超導(dǎo)機理的探索還需要進步發(fā)展。高溫超導(dǎo)微觀機制的探索與研究還在進行中， 雖已取得了不少進展，但目前 業(yè)已存在的超導(dǎo)微觀機理過于單一的理論都很難得到所有試驗結(jié)果的一致認(rèn)可。 于是人們提出對于低溫超導(dǎo)起主導(dǎo)作用的是電聲子作用機制，而在高溫超導(dǎo)有電聲子作用，但起主導(dǎo)作用的不再是電聲子作用機制，而可能是某種非聲子機制。 總之，目前高溫超導(dǎo)機制還未形成一個令人普遍認(rèn)同的理

28、論。以下是一些材料的超導(dǎo)機制：第4章億銀銅氧超導(dǎo)性能的主要研究方向、研究成果、應(yīng) 用前景4.1 ybco研究現(xiàn)狀億鋼銅氧至被發(fā)現(xiàn)以來，以其獨有的特性吸引了眾多科研人員對其投入研究。根據(jù)億鋼銅氧超導(dǎo)特點，世界各國主要集中于超導(dǎo)體塊材、超導(dǎo)體帶材或涂 層等方面的研究。目前，高溫超導(dǎo)體研究人員仍面臨許多挑戰(zhàn)， 如億鋼銅氧超導(dǎo) 體晶粒取向不一致，晶界連接脆弱，以及對實際應(yīng)用來說，臨界轉(zhuǎn)變溫度仍然較 低等，這些問題都需要科技人員的繼續(xù)研究。表2國際涂層材料發(fā)展現(xiàn)狀研究單位基底所用方法長度(m)wma/cm)美國 superpowef1bad mgo62looa/cmmocvd10070 a/cm美國超導(dǎo)

29、公司niw rabitsmod100300 a 化m美國ornlcech/lzo/niw all modshort1400 a/cm130a/cmpld212245a km德國 goettingenibad-yszpld10日本 fujikuraib ad-zrjgd2o?pld100美國lanlibadmgopld1206.7韓國eriyjoj/ysz/ceossputter+pld1.4日本 srljstec ibad-gzo223 a/cm126 a/cm350a/cm1067a/cm200a/cm4.2 ybco研究成果4.2.1 ybco高溫超導(dǎo)塊材經(jīng)過二十幾年的研究，無論ybcos

30、導(dǎo)機理還是發(fā)展應(yīng)用都取得了一定的成 果，目前ybcot料應(yīng)用研究已進入生產(chǎn)驗證階段，不久將實現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用，而最 有可能進入應(yīng)用的當(dāng)屬 ybcoft材。4.2.2 ybco超導(dǎo)帶材經(jīng)過各國科研機構(gòu)的努力，億鋼銅氧超導(dǎo)帶材的研究應(yīng)用取得了不少進展。20世紀(jì)90年代人們主要選擇了 bscc在ybcot溫超導(dǎo)材料來制造帶材或線材， 其中后者成為后來的主要發(fā)展對象。制造實用帶材必須要有足夠達到電流密度， 而阻礙電流密度提高主要有兩大 因素：一是材料內(nèi)部存在弱連接，使制作出來的帶材質(zhì)地過于脆弱： 二是設(shè)法做 出強磁通釘扎以使磁通線能抵抗洛倫茲力的推動來減少能量損耗。美國和日本的一些公司基于用 ybcofc材

31、料制作超導(dǎo)帶材的研究正積極展 開。人們獲得高電流密度連續(xù)長超導(dǎo)電線的愿望不久將得以實現(xiàn)。安定化層:圖3 ybco導(dǎo)帶材結(jié)構(gòu)圖4.3 ybco的應(yīng)用4.3.1 ybco超導(dǎo)材料的商業(yè)優(yōu)勢- 19 -ybc明溫超導(dǎo)線帶材在強電應(yīng)用領(lǐng)域的實用技術(shù)成為各國研究的重點。就 目前的成熟技術(shù)，第一代高溫超導(dǎo)帶材發(fā)展已進入一個瓶頸區(qū)。bi系超導(dǎo)材料物理上的本征特性（低不可逆場，低載流能力）決定了該種材料在液氮區(qū)的應(yīng)用 極為有限。由于需要大量的銀作為包套材料生產(chǎn)該材料的成本昂貴也大大地限制 了其使用。因此，近年來第一代帶材發(fā)展緩慢，國外已基本放棄對該材料的研究， 而美國也已宣布，將在2007年后逐步停止生產(chǎn)。1

32、210862i02040608010077k圖4韌系和億系高溫超導(dǎo)體的溫度和不可逆場的關(guān)系yba2cu3o7-x（y系）高溫超導(dǎo)材料具有高 tc,高不可逆場，高載流能力， 低交流損耗，制備方法相對簡單，原材料價格低廉等優(yōu)點，這使其很有可能取代 第一代鈿系高溫超導(dǎo)材料而成為未來主宰高溫超導(dǎo)市場的新力軍。目前，世界各國都爭相把超導(dǎo)研究的重點放在該類超導(dǎo)材料的研究上。表3 ybco涂層導(dǎo)體各層材料及相關(guān)應(yīng)用名稱材料作用基帶緩沖層超導(dǎo)層穩(wěn)定層和?；?qū)隅S鋁基帶（nl5%w）ceo2, ysz, mg。，srtio三等ybco銀和銅模板，提供機械強度防擴散，防止層與層之間的反應(yīng)，起傳遞織構(gòu)的作用導(dǎo)電起穩(wěn)定

33、，保護作用4.3.2 ybco超導(dǎo)帶材的制備與應(yīng)用第二代超導(dǎo)帶材（y系）由金屬基帶、隔離層、貴金屬層、超導(dǎo)層等組成。由 于存在小角度晶界及表面粗糙度等缺陷會嚴(yán)重影響帶材的性能，需要在原子級尺度上控制晶格的生長來制備 ybcos導(dǎo)帶材。目前第二代超導(dǎo)鉆鋼銅氧超導(dǎo)薄膜已進入商業(yè)化階段，主要應(yīng)用于諧振器、 濾波器、天線等有源器件。如最近我國由清華大學(xué)研制成功的濾波器系統(tǒng)已實現(xiàn) 移動通信的商業(yè)化運行。4.3.3 ybco超導(dǎo)儲能的研究近年來，隨著超導(dǎo)技術(shù)，尤其是高溫超導(dǎo)技術(shù)的不斷發(fā)展， 新型的超導(dǎo)儲能 技術(shù)的世界范圍內(nèi)已取得飛速的發(fā)展。各種先進的超導(dǎo)儲能裝置都已陸續(xù)研制， 并成功應(yīng)用于解決電力系統(tǒng)中的

34、電壓中斷、 低頻振蕩等各種電能質(zhì)量問題，從理 論和實驗角度都驗證了超導(dǎo)儲能技術(shù)的可行性和實用性。除了在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究外，目前世界上眾多研究結(jié)構(gòu)對超導(dǎo)儲能技術(shù)在電磁彈射、不間斷電源、混合動力汽車等多個技術(shù)領(lǐng)域上的應(yīng)用研究也取得了較好的發(fā)展，開發(fā)了大量的實驗裝置?？偠灾?，超導(dǎo)儲能技術(shù)正逐步從實驗研究階段走向?qū)嵱没?、商業(yè)化進程。表4目前正在試驗或運行的超導(dǎo)電纜系統(tǒng)叱攪蒯造而地點,國家/時間電境能型數(shù)據(jù)ins材料制冷方式fiirnkitayukimiik/jp/2004cd77 kv.i ka*500 .單相bi 42”液盥熟發(fā)yuhiw 心&ad35 k j k,33 m3 相bi 22

35、23g m制冷機sumi inmnm癌陰 /i s;2006cd34.5 ky.bflo x350 m,3 相bi 22235 kw -77k3.7 k* 70killt-racdumbuju 即 2006tri la13.2 kv3 koo m3 hlbi 2223液新很發(fā)sitnii bnhgmwwkk 蛇 006c!)22.9 k j 25 kmoo m-3 |hbi -2223液瓶蒸發(fā)theabi|bi/cn/2oo4&d10.5 kl5 ka,75 nh 3 相iiic m蒯冷機is c jllrcmh 期葭 kkj2oq7cl)22.9 k .l26 kajwm. 3 相hl-222.1液鼠猿發(fā)simii iniiu-umnj /us/zott?cl)34.5 kv .moo a. 30 m. 3 相hi 2223 ui(x)sliding 1 lj 冷 fxtjuillhim*% rr. |)h 2(kpcd138 kvil.8 ka.30 單相yb