高溫超導(dǎo)材料的研究進(jìn)展電子教案

高溫超導(dǎo)材料的研究進(jìn)展目錄

研究背景高溫超導(dǎo)材料的簡(jiǎn)介高溫超導(dǎo)材料的制備超導(dǎo)材料的最新進(jìn)展高溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用和發(fā)展前景研究背景

1911年，荷蘭萊頓實(shí)驗(yàn)室的卡末林·昂納斯(Karner

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Onns)首次在4．2K時(shí)發(fā)現(xiàn)水銀零電阻現(xiàn)象即超導(dǎo)現(xiàn)象。他于1913獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

柏諾茲(Bednorz)和繆勒(Miiller)于1986年發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度在3OK溫區(qū)的高溫銅氧化物超導(dǎo)體，為進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在液氮溫區(qū)值的高溫超導(dǎo)體開辟了道路。他們于1987年獲諾貝爾獎(jiǎng)。

釔系YBCO(YBa2Cu3O7-x)和鉍系BSCCO(Bi2Sr2Ca2Cu3Oy)材料的發(fā)現(xiàn)使高溫超導(dǎo)材料走入實(shí)用化階段。

超導(dǎo)材料的研究在當(dāng)今與納米科技相結(jié)合走入一個(gè)全新的時(shí)代。我國(guó)在中長(zhǎng)期科技規(guī)劃中把高溫超導(dǎo)材料列為重點(diǎn)發(fā)展的前沿課題（2006-2020）。高溫超導(dǎo)材料的簡(jiǎn)介超導(dǎo)材料的基本物理特征：零電阻現(xiàn)象完全抗磁性（邁斯納效應(yīng)）超導(dǎo)態(tài)并非僅取決于溫度(臨界電流和臨界磁場(chǎng))普通導(dǎo)體超導(dǎo)體高溫超導(dǎo)材料的簡(jiǎn)介

BCS超導(dǎo)理論:（美國(guó)科學(xué)家巴丁、庫(kù)柏和施里弗提出）庫(kù)柏對(duì)1電子通過聲子作為媒介產(chǎn)生相互吸引作用并逐漸超過庫(kù)侖斥力，相成束縛對(duì)即庫(kù)柏對(duì)。2在超導(dǎo)基態(tài)各個(gè)電子的動(dòng)量可以不同，但是每個(gè)庫(kù)柏對(duì)卻集中在零動(dòng)量上。

2002年，諾貝爾獎(jiǎng)得主Laughlin提出Gossamer超導(dǎo)理論。德國(guó)馬克斯·普朗克協(xié)會(huì)和普林斯頓大學(xué)1999年4月宣布，通過中子散射實(shí)驗(yàn)，揭示了高

溫超導(dǎo)金屬氧化物電子自旋對(duì)的特殊行為。

高溫超導(dǎo)材料的結(jié)構(gòu)特征:層狀鈣鈦結(jié)構(gòu)組元

導(dǎo)電層（銅氧層）Cu-O6八面體Cu-O5四方錐Cu-O4平面四邊形載流子庫(kù)層孔穴型電子型調(diào)節(jié)載流子濃度提供耦合機(jī)制高溫超導(dǎo)材料的簡(jiǎn)介釔鋇銅氧化物（YBa2Cu3O7-x)超導(dǎo)體高溫超導(dǎo)材料的例子1987年朱經(jīng)武、吳茂昆、趙忠賢等發(fā)現(xiàn)，Tc>90K,超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度打破了液氦，解決了阻礙超導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用的瓶頸問題。鉍鍶鈣銅氧化物（Bi-Sr-Ca-Cu-O）超導(dǎo)體Bi2Sr2Can-1CunO2n+4

n=12201相n=22212相n=32223相n=42234相Cu-O層Bi2O2層

鈣鈦礦層高溫超導(dǎo)材料的例子Tc>100K;Tl-Ba-Ca-Cu系，Tc達(dá)到了125K;Hg-Ba-Ca-Cu系，Tc達(dá)到了135K,高壓下Tc達(dá)到了164K。---MichaelVershinin,ShashankMisra,etal.Science,303,1995(2004).高溫超導(dǎo)材料的例子----ElbioDagotto.Science,293,2410(2001).銅氧化物和C60超導(dǎo)材料Y系高溫氧化物超導(dǎo)體的制備高溫超導(dǎo)材料的制備原料(氧化物或碳酸物)混合化學(xué)劑量比燒結(jié)氧化處理熔融織構(gòu)工藝克服大角晶界塊材帶材離子束輔助沉淀工藝軋制輔助雙軸織構(gòu)襯底工藝薄膜磁控濺射法激光沉淀法高溫超導(dǎo)材料的制備Bi系高溫氧化物超導(dǎo)帶材的制備:原材料(氧化物或碳酸物)混合化學(xué)劑量比煅燒研磨粉末充管拉拔Ag管軋制熱處理壓制/軋制熱處理重復(fù)高溫超導(dǎo)材料制備所面臨的問題：高溫超導(dǎo)材料的制備

材料制造成本高,價(jià)格昂貴。

在長(zhǎng)距離超導(dǎo)線材的制造上面仍然有很大的難度。（氧化物高溫超導(dǎo)陶瓷材料各向異性和短的電子相干長(zhǎng)度以及大量晶界的存在嚴(yán)重影響線材的超導(dǎo)電性。）

高溫超導(dǎo)材料臨界電流和臨界磁場(chǎng)的提高仍是科學(xué)家研究的難題。-----RobertF.Serverce.Science,295,786(2002).高溫超導(dǎo)材料的制備-----I.Chong,Z.Hiroi,*M.Izumi,J.Shimoyama,etal.Science,276,770(1997).Pb攙雜提高Bi2Sr2CaCu2O8+x的臨界電流密度----MaciekZgirski,Karri-PekkaRiikonen,etal.Nanoletters,5,6(2005)超導(dǎo)材料的最新進(jìn)展納米尺度對(duì)超導(dǎo)電性的制約作用超導(dǎo)材料的最新進(jìn)展YangGuo,Yan-FengZhang,Xin-YuBao,etal.Science,306,1915(2004).量子尺寸效應(yīng)對(duì)超導(dǎo)臨界溫度的調(diào)制作用

AtomiclayersupercurrentsiPbS.Kang,A.Goyal,J.Li,A.A.Gapud,etal.Science,311,1911(2006).納米材料和超導(dǎo)材料的結(jié)合超導(dǎo)材料的最新進(jìn)展超導(dǎo)材料的最新進(jìn)展---RobertF.Serverce.Science,295,786(2002).2001年1月日本東京青山學(xué)院的教授Junkimitsu宣布了這一發(fā)現(xiàn)。MgB2的臨界超導(dǎo)溫度Tc=40k.二硼化鎂超導(dǎo)材料的新發(fā)現(xiàn)發(fā)展前景節(jié)省大量資金緩解環(huán)境污染超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)電纜預(yù)測(cè)低電力低能耗靈敏度度高釔鋇銅超導(dǎo)薄膜----