超導(dǎo)陶瓷材料

1、超導(dǎo)體超導(dǎo)體 superconductivity 某些物質(zhì)在一定溫度條件下電阻降為零的性質(zhì)稱為某些物質(zhì)在一定溫度條件下電阻降為零的性質(zhì)稱為超導(dǎo)電性超導(dǎo)電性。 低于某一溫度出現(xiàn)超導(dǎo)電性的物質(zhì)稱為低于某一溫度出現(xiàn)超導(dǎo)電性的物質(zhì)稱為超導(dǎo)體超導(dǎo)體。 從電阻不為零的正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的溫度稱為從電阻不為零的正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的溫度稱為超導(dǎo)臨界溫度超導(dǎo)臨界溫度T Tc c。 超導(dǎo)體的電阻率小于目前所能檢測的最小電阻率超導(dǎo)體的電阻率小于目前所能檢測的最小電阻率1010-26-26cmcm，可，可以認(rèn)為電阻為零。以認(rèn)為電阻為零。 特性一特性一：完全導(dǎo)電性，：完全導(dǎo)電性，超導(dǎo)體進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)時(shí)，其電阻率實(shí)際上超導(dǎo)體

2、進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)時(shí)，其電阻率實(shí)際上等于零。例如：等于零。例如：室溫下將超導(dǎo)體放入磁場中，冷卻到低溫進(jìn)入超導(dǎo)室溫下將超導(dǎo)體放入磁場中，冷卻到低溫進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，去掉外加磁場后，線圈產(chǎn)生感生電流，由于沒有電阻，此電狀態(tài)，去掉外加磁場后，線圈產(chǎn)生感生電流，由于沒有電阻，此電流將永不衰減。即超導(dǎo)體的流將永不衰減。即超導(dǎo)體的“持久電流持久電流”，見圖，見圖 特性二特性二：完全抗磁性，：完全抗磁性，不論開始時(shí)有無外磁場，只有不論開始時(shí)有無外磁場，只有T TTcTc，超，超導(dǎo)體變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)后，體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為零，即超導(dǎo)體能把磁力導(dǎo)體變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)后，體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度恒為零，即超導(dǎo)體能把磁力線全部排斥到體外線全部排斥到

3、體外，這種現(xiàn)象稱為邁斯納效應(yīng)。見圖，這種現(xiàn)象稱為邁斯納效應(yīng)。見圖 特性三特性三：即使在低于臨界溫度以下，若進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)的電流強(qiáng)：即使在低于臨界溫度以下，若進(jìn)入超導(dǎo)體內(nèi)的電流強(qiáng)度以及周圍磁場的強(qiáng)度超過某一臨界值時(shí)，超導(dǎo)狀態(tài)被破壞，度以及周圍磁場的強(qiáng)度超過某一臨界值時(shí)，超導(dǎo)狀態(tài)被破壞，而成為普通的常導(dǎo)狀態(tài)，電流和磁場的這種臨界值分別稱為臨而成為普通的常導(dǎo)狀態(tài)，電流和磁場的這種臨界值分別稱為臨界電流界電流Ic和臨界磁場和臨界磁場Hc臨界。臨界。 臨界溫度（Tc）、臨界磁場（Hc）、臨界電流Ic是約束超導(dǎo)現(xiàn)象的三大臨界條件。當(dāng)溫度超過臨界溫度時(shí)，超導(dǎo)態(tài)就消失；同時(shí)，當(dāng)超過臨界電流或者臨界磁場時(shí)，超導(dǎo)態(tài)

4、也會(huì)消失，三者具有明顯的相關(guān)性。只有當(dāng)上述三個(gè)條件均滿足超導(dǎo)材料本身的臨界值時(shí)，才能發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象。1、金屬超導(dǎo)體、金屬超導(dǎo)體 目前發(fā)現(xiàn)具有超導(dǎo)電性的金屬元素有目前發(fā)現(xiàn)具有超導(dǎo)電性的金屬元素有30種，其中過渡族元素種，其中過渡族元素19種，如種，如Ti、V、Zr、Nb、Mo、W等，非過渡族元素有等，非過渡族元素有11種種如如Pb、Sn、 Al、 Ga等。等。超導(dǎo)金屬超導(dǎo)金屬臨界溫度臨界溫度Lead (Pb)Lead (Pb)7.196 K7.196 KLanthanum (La)Lanthanum (La)4.88 K4.88 KMercury (Hg)Mercury (Hg)4.15 K4.1

5、5 KTin (Sn)Tin (Sn)3.72 K3.72 KAluminum (Al)Aluminum (Al)1.175 K1.175 KMolybdenum (Mo)Molybdenum (Mo)0.915 K0.915 KZinc (Zn)Zinc (Zn)0.85 K0.85 KZirconium (Zr)Zirconium (Zr)0.61 K0.61 KCadmium (Cd)Cadmium (Cd)0.517 K0.517 KTitanium (Ti)Titanium (Ti)0.40 K0.40 KTungsten (W)Tungsten (W)0.0154 K0.0154

6、KPlatinum (Pt)*Platinum (Pt)*0.0019 K0.0019 KRhodium (Rh)Rhodium (Rh)0.000325 K0.000325 K 超導(dǎo)金屬中，鉛（超導(dǎo)金屬中，鉛（PbPb）的臨界溫度最高，達(dá)）的臨界溫度最高，達(dá)7.196K7.196K，（RhRh）的臨界溫度最低，為）的臨界溫度最低，為0.000325K0.000325K。 超導(dǎo)合金很多，臨界溫度有所提高，如超導(dǎo)合金很多，臨界溫度有所提高，如NbTiNbTi二元合金，二元合金，其臨界溫度為其臨界溫度為8 810K10K；NbTiZrNbTiZr三元合金，其臨界溫度為三元合金，其臨界溫度為10K1

7、0K。2、氧化物超導(dǎo)體、氧化物超導(dǎo)體氧化物超導(dǎo)材料氧化物超導(dǎo)材料超導(dǎo)氧化物超導(dǎo)氧化物成成 分分臨界溫度臨界溫度HgHg0.80.8TlTl0.20.2BaBa2 2CaCa2 2CuCu3 3O O8.338.33138 K (record-holder)HgBaHgBa2 2CaCa2 2CuCu3 3O O8 8133-135 K133-135 KHgBaCuHgBaCu系系HgBaHgBa2 2CuOCuO4 4+ + 94-98 K94-98 KTlTl2 2BaBa2 2CaCa2 2CuCu3 3O O1010127-128 K127-128 KTlTl0.50.5PbPb0.50

8、.5SrSr2 2CaCa2 2CuCu3 3O O9 9118-120 K118-120 KTlBaCaCuTlBaCaCu系系TlTl2 2BaBa2 2CuOCuO6 695 K95 KBiBi1.61.6PbPb0.60.6SrSr2 2CaCa2 2SbSb0.10.1CuCu3 3O Oy y115 K115 K BiBi2 2SrSr2 2CaCa2 2CuCu3 3O O1010*110 K110 KBiSrCaCuBiSrCaCu系系BiBi2 2SrSr2 2CaCa0.80.8Y Y0.20.2CuCu2 2O O8 895-96K95-96KTmBaTmBa2 2CuC

9、u3 3O O7 790-101 K90-101 KYBaYBa2 2CuCu3 3O O7 793 K93 KY YB BaCuaCu系系YbBaYbBa1.61.6SrSr0.40.4CuCu4 4O O8 878 K78 KLaLa2 2BaBa2 2CaCuCaCu5 5O O9+9+79 K79 K(La,Sr,Ca)(La,Sr,Ca)3 3CuCu2 2O O6 658 K58 KLaLa2 2CaCuCaCu2 2O O6+6+45 K45 K(La(La1.851.85SrSr0.150.15)CuO)CuO4 440 K40 K(La,Ba)(La,Ba)2 2CuOCuO

10、4 435-38 K35-38 KLaBaCuLaBaCu系系(La(La1.851.85BaBa.15.15)CuO)CuO4 430 K(30 K(FirstFirst高溫超導(dǎo)陶瓷，高溫超導(dǎo)陶瓷，1986)1986) 1986 1986年，年，BednorzBednorz和和MullerMuller發(fā)現(xiàn)了具有較寬轉(zhuǎn)變溫度范圍的超導(dǎo)體，發(fā)現(xiàn)了具有較寬轉(zhuǎn)變溫度范圍的超導(dǎo)體，屬于屬于LaBaCuLaBaCu系，進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)的開始溫度為系，進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)的開始溫度為30K30K，因?yàn)樵擁?xiàng)工作而獲得了諾，因?yàn)樵擁?xiàng)工作而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。貝爾獎(jiǎng)。 1987 1987年年2 2月我國科學(xué)家趙忠賢等人獲得臨界溫度

11、在月我國科學(xué)家趙忠賢等人獲得臨界溫度在93K93K的的YBaCuYBaCu系超系超導(dǎo)體，化學(xué)計(jì)量式為導(dǎo)體，化學(xué)計(jì)量式為YBaYBa2 2CuCu3 3O O7 7，即所謂的，即所謂的123123材料，通常材料都有氧空材料，通常材料都有氧空位，因此寫成位，因此寫成YBaYBa2 2CuCu3 3O O7-x7-x。 從結(jié)構(gòu)上看，具有以下特征：從結(jié)構(gòu)上看，具有以下特征： （1 1）鈣鈦礦式的層狀結(jié)構(gòu)；）鈣鈦礦式的層狀結(jié)構(gòu)； （2 2）同時(shí)存在）同時(shí)存在CuCu2+2+和和CuCu3+3+； （3 3）存在氧空位。）存在氧空位。 超導(dǎo)的應(yīng)用，基本上可以分為強(qiáng)電強(qiáng)磁和弱電弱磁兩大類。（1）超導(dǎo)強(qiáng)電強(qiáng)磁應(yīng)用 主要基于超導(dǎo)體的零電阻特性和完全抗磁性以及非理想第二類超導(dǎo)體所特有的高臨界電流密度和高臨界磁場。 主要應(yīng)用在電力方面如超導(dǎo)電纜，超導(dǎo)磁體如超導(dǎo)磁懸浮列車，巨大環(huán)形超導(dǎo)磁體、超導(dǎo)磁分離等。4、超導(dǎo)材料的應(yīng)用、超導(dǎo)材料的應(yīng)用（2）超導(dǎo)弱電弱磁的應(yīng)用 基于Josephson效應(yīng)為基礎(chǔ)，建立極靈敏的電子測量裝置為目標(biāo)的超導(dǎo)電子學(xué)，發(fā)展了低溫電子學(xué)。如超導(dǎo)量子干涉器件是一種高靈敏度的測量裝置，主要功能是測量磁場。它可以在電工儀表、醫(yī)學(xué)、生物、資源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、固體材料、地球物理等領(lǐng)域應(yīng)用。4、超導(dǎo)材料的應(yīng)用、超導(dǎo)材料的