高溫超導(dǎo)實驗PPT課件

1、問題 1.什么是超導(dǎo)材料，超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)變溫度是指什么？ 2.實驗中如何測電阻？ 3.實驗中如何測溫度？：零電阻，零電阻，可制造無損耗或可制造無損耗或者損耗極小的高強磁體，用于加速器、者損耗極小的高強磁體，用于加速器、核聚變裝置、核磁共振和磁分析儀等節(jié)核聚變裝置、核磁共振和磁分析儀等節(jié)省能源，制造省能源，制造超導(dǎo)電纜材料超導(dǎo)電纜材料 ：超導(dǎo)磁懸浮超導(dǎo)磁懸浮19861986年年 IBMIBM實驗室實驗室Bednorz和和Mller Ba-La-Cu-O 35K19871987年年 開啟開啟液氮溫區(qū)液氮溫區(qū)(77K)(77K)超導(dǎo)體的新時代超導(dǎo)體的新時代- -大躍進(jìn)大躍進(jìn) 達(dá)達(dá)93K93K七大氧化物

2、系列超導(dǎo)體七大氧化物系列超導(dǎo)體 最高紀(jì)錄最高紀(jì)錄 HgBaHgBa2 2CaCa2 2CuCu3 3O O8-x8-x 常壓常壓134K134K 高壓高壓165K165K19191111年年 昂納斯昂納斯 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)Hg的超導(dǎo)電性的超導(dǎo)電性 4.2K 0.3K/year1973年年 Ni3Ge 約約23K 保持記錄近保持記錄近13年年1959年年 BCS理論理論 預(yù)測最高超導(dǎo)溫度限值預(yù)測最高超導(dǎo)溫度限值 約約40K常規(guī)超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)材料常規(guī)超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)材料實驗?zāi)康模簻y量超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)變溫度實驗?zāi)康模簻y量超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)變溫度Tc R-T曲線曲線測物理量：電阻測物理量：電阻 R R、溫度、溫度

3、 T T實驗方法：標(biāo)準(zhǔn)實驗方法：標(biāo)準(zhǔn) V-I 四引線法，伏安法四引線法，伏安法實驗儀器：實驗儀器：FD-TX-RT-高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度測定儀高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度測定儀1、零電阻現(xiàn)象：零電阻現(xiàn)象：在一定低溫下，導(dǎo)體的直流電阻突變?yōu)榱?。在一定低溫下，?dǎo)體的直流電阻突變?yōu)榱恪?、轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度TC ：R突變?yōu)橥蛔優(yōu)?時的溫度。時的溫度。 即：即：T=TC 時，時，R=03、超導(dǎo)產(chǎn)生條件：超導(dǎo)產(chǎn)生條件：RT04.2k超導(dǎo)體超導(dǎo)體一般導(dǎo)體一般導(dǎo)體Cjj (3)樣品CHH (4)樣品C(2) TT樣品(1) 樣品中通直流電樣品中通直流電l 樣品電流：樣品電流： I = 1.533 mA 取取10mAl 樣品電

4、壓樣品電壓:l 樣品電壓顯示：樣品電壓顯示： U 默認(rèn)默認(rèn)放大放大1000倍倍 可選放大倍數(shù)可選放大倍數(shù) 2000 6000 10000URI樣品樣品樣品伏安法：伏安法：U樣品樣品架的溫度由鉑電阻溫度計鉑電阻溫度計測定鉑電阻溫度計： 電阻R隨溫度變化溫度計電流： I = 1.00 mA 固定溫度計電壓： UT= I R 隨溫度變化 溫度計電壓顯示：U =40 UT 放大40倍注：鉑電阻溫度計在室溫到液氮溫區(qū)內(nèi)，滿足注：鉑電阻溫度計在室溫到液氮溫區(qū)內(nèi)，滿足:( )R TaTb根據(jù)根據(jù)UT查表或軟件轉(zhuǎn)換即可得到查表或軟件轉(zhuǎn)換即可得到T的大小的大小溫度 T / K電壓UT / mVPt-100電阻溫

5、度計電阻溫度計 四引線法測電阻原理圖-UX 恒流源恒流源 +_I-I+低溫物理實驗裝置的原則之一是必須盡可能減小室溫漏熱。測量引線通常是又長又細(xì)，其阻值有可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過待測樣品的阻值。 為了減小引線和接觸電阻對測量的影響，通常采用“四引線測量法”，即每個電阻原件都采用四根引線，其中兩根為電流引線，兩根為電壓引線。 I+ V+ V- I-URI樣品樣品樣品（2 2）探棒和前級放大器）探棒和前級放大器：安裝樣品和溫度計，插入低溫杜瓦實現(xiàn)變溫（1 1）低溫液氮杜瓦：）低溫液氮杜瓦： 盛放液氮的容器（3 3）測量儀主機：）測量儀主機： 測量：U樣品，I0， U溫度計 二、實驗儀器二、實驗儀器FD-TX-

6、RT-II高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度測定儀高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度測定儀1.1.探棒及樣品架探棒及樣品架1 1、樣品室外壁和內(nèi)部樣、樣品室外壁和內(nèi)部樣品架均由品架均由紫銅塊紫銅塊加工而成，加工而成，通過紫銅塊外壁與液氮的通過紫銅塊外壁與液氮的熱接觸，將冷量傳到內(nèi)部熱接觸，將冷量傳到內(nèi)部紫銅塊樣品架中。紫銅塊樣品架中。2 2、超導(dǎo)樣品為常規(guī)的、超導(dǎo)樣品為常規(guī)的四四引線接頭方式引線接頭方式，其電流、，其電流、電壓引線分別連接到樣品電壓引線分別連接到樣品架的相應(yīng)接頭上。架的相應(yīng)接頭上。3 3、樣品架的溫度由裝、樣品架的溫度由裝于其塊體內(nèi)的于其塊體內(nèi)的鉑電阻溫鉑電阻溫度計度計測定。測定。樣品電壓：放大樣品電壓：放大10

7、001000倍倍 可調(diào)可調(diào)溫度計電流溫度計電流:1.00mA :1.00mA 固定固定溫度計電壓：放大溫度計電壓：放大4040倍倍樣品電流：樣品電流：1.51.533mA 33mA 可調(diào)可調(diào) 2. 2. 測量儀主機部分測量儀主機部分3.3. 測量儀連線示意圖測量儀連線示意圖低溫液氮杜瓦低溫液氮杜瓦 實驗探棒和實驗探棒和前級放大器前級放大器測量儀主機測量儀主機 R樣品樣品 TU樣品樣品=I0RU樣品，樣品，I0U溫度計溫度計TRU溫度計查查表表計計算算1、連接電路：將放大器上的航空頭分別接到主機上對應(yīng)的航空插座上。2、記錄數(shù)據(jù)：開啟電源，設(shè)置樣品電流10mA，打開軟件自動采集R-T數(shù)據(jù)，并手動記

8、錄主機面板上溫度計電壓和樣品電壓。 3、插入探棒：降溫（室溫-液氮77K）探棒插入液氮深度影響溫度變化速度，注意深度。取出探棒時即為升溫過程。 4、處理數(shù)據(jù)：求樣品的阻值和對應(yīng)的樣品溫度。 做曲線，并確定超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc Tc 。n樣品曲線圖：樣品曲線圖：Tc (onset) 開始偏離正常態(tài)溫度開始偏離正常態(tài)溫度Tc (mid) 中點溫度，超導(dǎo)體臨界溫度中點溫度，超導(dǎo)體臨界溫度Tc0 零電阻溫度零電阻溫度超導(dǎo)體從正常轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的轉(zhuǎn)變曲線超導(dǎo)體從正常轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的轉(zhuǎn)變曲線所制得的樣品具有超導(dǎo)性，樣品較穩(wěn)定、性征明顯所制得的樣品具有超導(dǎo)性，樣品較穩(wěn)定、性征明顯超導(dǎo)零電阻溫度超導(dǎo)零電阻溫度TcTc

9、為為 90.5 90.5 K K；YBa2Cu3O7-的的R-T曲線曲線所制得的樣品具有超導(dǎo)性，樣品較穩(wěn)定、性征明顯所制得的樣品具有超導(dǎo)性，樣品較穩(wěn)定、性征明顯超導(dǎo)零電阻溫度超導(dǎo)零電阻溫度TcTc為為 84.5 84.5 K K；YBa1Sr1Cu3O7-的的R-T曲線曲線 樣品明顯失超，降溫與升溫曲線呈現(xiàn)非金屬性樣品明顯失超，降溫與升溫曲線呈現(xiàn)非金屬性且不重合。初步認(rèn)為樣品質(zhì)量存在問題。且不重合。初步認(rèn)為樣品質(zhì)量存在問題。YBa1.8Sr0.2Cu3O7-的的R-T曲線曲線 試圖觀察紫外線能否改變其超導(dǎo)性能。但試圖觀察紫外線能否改變其超導(dǎo)性能。但效果不顯著效果不顯著 ，未能進(jìn)行對比實驗未能進(jìn)行對比實驗 。紫外線照射后紫外線照射后YBCO的的R-T曲線曲線FD-TX-RT-軟件的校準(zhǔn)軟件的校準(zhǔn)在操作中發(fā)現(xiàn)，溫度在操作中發(fā)現(xiàn)，溫度降到最低點時，軟件降到最低點時，軟件采集點顯示采集點顯示69.19K，而液氮溫度為而液氮溫度為77K。校準(zhǔn)：記錄紙上采集校準(zhǔn)：記錄紙上采集點位置所占方格數(shù)乘點位置所占方格數(shù)乘以以3.91，再查表即可，再查表即可得溫度的數(shù)值。將標(biāo)得溫度的數(shù)值。將標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測量并用準(zhǔn)樣品進(jìn)行測量并用該方法校準(zhǔn)，驗證了該方法校準(zhǔn)，驗證了軟件確實存在誤差，軟件確實存在誤差，校準(zhǔn)方法是正