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-----I. Chong, Z. Hiroi,* M. Izumi, J. Shimoyama, et al. Science,276,770(2019).
超导材料的最新进展
纳米尺度对超导电性的制约作用
----Maciek Zgirski, Karri-Pekka Riikonen, et al. Nano letters, 5,6(2019)
商品化
钇钡铜超导超导块材用于磁悬浮、储能飞 轮等方面
即将 实业化
超导电缆、超导发电 机、超导电缆
预测ห้องสมุดไป่ตู้
低电力 低能耗 灵敏度度高
低电力 低能耗
节省大量资金 缓解环境污染
预计在2020年 左右会形成
1500-2000亿美 元的超导市场， 其中高温超导
占一半
Seminar I
1987年朱经武、吴茂昆、赵忠贤等发现，Tc>90K,超导转变 温度打破了液氦，解决了阻碍超导技术应用的瓶颈问题。
高温超导材料的例子
铋锶钙铜氧化物（Bi-Sr-Ca-Cu-O）超导体
n=1 2201相
Bi2Sr2Can-1CunO2n+4 Tc>100K;
n=2 2212相 n=3 2223相 n=4 2234相
高温超导材料的研究进展
目录
研究背景 高温超导材料的简介 高温超导材料的制备 超导材料的最新进展 高温超导材料的应用和发展前景
研究背景
1911年，荷兰莱顿实验室的卡末林·昂纳斯(Karner lngh Onns) 首次在4．2K时发现水银零电阻现象即超导现象。他于1913获得诺 贝尔奖。
柏诺兹(Bednorz)和缪勒(Miiller)于1986年发现超导转变温度 在3O K温区的高温铜氧化物超导体，为进一步发现在液氮温区值 的高温超导体开辟了道路。他们于1987年获诺贝尔奖。
Cu-O 层 钙钛矿层 Bi2O2层
Tl-Ba-Ca-Cu系，Tc达到了125K;
Hg-Ba-Ca-Cu系，Tc达到了135K, 高压下Tc达到了164K。
---Michael Vershinin, Shashank Misra, et al. Science,303,2019(2019).
高温超导材料的例子
超导材料的最新进展
二硼化镁超导材料的新发现
2019年1月日本东京青山学院的教授Jun kimitsu宣布了这一发现。MgB2的临界 超导温度Tc=40k.
---Robert F. Serverce.Science,295,786(2019).
发展前景
钇钡铜超导薄膜----应用于谐振器、滤波 器、天线等有源器件
在长距离超导线材的制造上面仍然 有很大的难度。（氧化物高温超导陶 瓷材料各向异性和短的电子相干长度 以及大量晶界的存在严重影响线材的 超导电性。）
-----Robert F. Serverce.Science,295,786(2019).
高温超导材料的制备
Pb搀杂提高Bi2Sr2CaCu2O8+x的临界电流密度
高温超导材料的简介
BCS超导理论:
（美国科学家巴丁、库 柏和施里弗提出）
库柏对
1电子通过声子作为媒介产生相互吸引作用并逐渐 超过库仑斥力，相成束缚对即库柏对。 2 在超导基态各个电子的动量可以不同，但是每 个库柏对却集中在零动量上。
德国马克斯·普朗克协会和普林斯顿大学2019年4月宣布，通过中 子散射实验，揭示了高 温超导金属氧化物电子自旋对的特殊行为。
超导材料的基本物理特征：
零电阻现象
完全抗磁性 （迈斯纳效应）
超导态并非仅取决于温度 (临界电流和临界磁场)
普通 导体
超导体
高温超导材料的简介
超导材料的分类：
常规超导体(如Nb-Ti合金)
高温超导体(如YBa2Cu3O7-x)
超导材料
非晶超导材料 复合超导材料(如超导线带材料)
重费米子超导体(如CeCu2Si2) 有机超导材料(如富勒烯等修饰的化合物)
超导材料的最新进展
量子尺寸效应对超导临界温度的调制作用
Atomic layer Pb
supercurrent
si
Yang Guo, Yan-Feng Zhang, Xin-Yu Bao, et al. Science,306,1915(2019).
超导材料的最新进展
纳米材料和超导材料的结合
S. Kang, A. Goyal, J. Li, A. A. Gapud, et al. Science, 311, 1911(2019).
铜氧化物和C60超导材料
----Elbio Dagotto. Science,293,2410(2019).
高温超导材料的制备
Y系高温氧化物超导体的制备
块 原料(氧化物 材 或碳酸物)
化学剂量比 混合
烧结
氧化处理
离子束辅助沉淀工艺
克服大角晶界
带
材
熔融织构工艺
轧制辅助双轴织构衬底工艺
磁控溅射法
薄 膜
激光沉淀法
高温超导材料的制备
Bi系高温氧化物超导带材的制备:
原材料 (氧化物或碳酸物)
化学剂量比
混合
煅烧
研磨
Ag管
粉末充管
拉拔
轧制
热处理
重复
压制/轧制
热处理
高温超导材料的制备
高温超导材料制备所面临的问题：
材料制造成本高, 价格昂贵。
高温超导材料临界电流和临界磁场 的提高仍是科学家研究的难题。
2019年，诺贝尔奖得主Laughlin提出Gossamer超导理论。
高温超导材料的简介
高温超导材料的结构特征:
层状钙钛结构组元
导电层 （铜氧层）
子调 浓节 度载
流
合提 机供 制耦
载流子库层
Cu-O6八面体 Cu-O5四方锥 Cu-O4平面四边形
孔穴型 电子型
高温超导材料的例子
钇钡铜氧化物（ YBa2Cu3O7-x ) 超导体
钇系YBCO(YBa2Cu3O7-x )和铋系BSCCO(Bi2Sr2Ca2Cu3Oy)材 料的发现使高温超导材料走入实用化阶段。
超导材料的研究在当今与纳米科技相结合走入一个全新的时代。
我国在中长期科技规划中把高温超导材料列为重点发展的前沿 课题（2019-2020）。
高温超导材料的简介
超导材料的最新进展
纳米尺度对超导电性的制约作用
----Maciek Zgirski, Karri-Pekka Riikonen, et al. Nano letters, 5,6(2019)
商品化
钇钡铜超导超导块材用于磁悬浮、储能飞 轮等方面
即将 实业化
超导电缆、超导发电 机、超导电缆
预测ห้องสมุดไป่ตู้
低电力 低能耗 灵敏度度高
低电力 低能耗
节省大量资金 缓解环境污染
预计在2020年 左右会形成
1500-2000亿美 元的超导市场， 其中高温超导
占一半
Seminar I
1987年朱经武、吴茂昆、赵忠贤等发现，Tc>90K,超导转变 温度打破了液氦，解决了阻碍超导技术应用的瓶颈问题。
高温超导材料的例子
铋锶钙铜氧化物（Bi-Sr-Ca-Cu-O）超导体
n=1 2201相
Bi2Sr2Can-1CunO2n+4 Tc>100K;
n=2 2212相 n=3 2223相 n=4 2234相
高温超导材料的研究进展
目录
研究背景 高温超导材料的简介 高温超导材料的制备 超导材料的最新进展 高温超导材料的应用和发展前景
研究背景
1911年，荷兰莱顿实验室的卡末林·昂纳斯(Karner lngh Onns) 首次在4．2K时发现水银零电阻现象即超导现象。他于1913获得诺 贝尔奖。
柏诺兹(Bednorz)和缪勒(Miiller)于1986年发现超导转变温度 在3O K温区的高温铜氧化物超导体，为进一步发现在液氮温区值 的高温超导体开辟了道路。他们于1987年获诺贝尔奖。
Cu-O 层 钙钛矿层 Bi2O2层
Tl-Ba-Ca-Cu系，Tc达到了125K;
Hg-Ba-Ca-Cu系，Tc达到了135K, 高压下Tc达到了164K。
---Michael Vershinin, Shashank Misra, et al. Science,303,2019(2019).
高温超导材料的例子
超导材料的最新进展
二硼化镁超导材料的新发现
2019年1月日本东京青山学院的教授Jun kimitsu宣布了这一发现。MgB2的临界 超导温度Tc=40k.
---Robert F. Serverce.Science,295,786(2019).
发展前景
钇钡铜超导薄膜----应用于谐振器、滤波 器、天线等有源器件
在长距离超导线材的制造上面仍然 有很大的难度。（氧化物高温超导陶 瓷材料各向异性和短的电子相干长度 以及大量晶界的存在严重影响线材的 超导电性。）
-----Robert F. Serverce.Science,295,786(2019).
高温超导材料的制备
Pb搀杂提高Bi2Sr2CaCu2O8+x的临界电流密度
高温超导材料的简介
BCS超导理论:
（美国科学家巴丁、库 柏和施里弗提出）
库柏对
1电子通过声子作为媒介产生相互吸引作用并逐渐 超过库仑斥力，相成束缚对即库柏对。 2 在超导基态各个电子的动量可以不同，但是每 个库柏对却集中在零动量上。
德国马克斯·普朗克协会和普林斯顿大学2019年4月宣布，通过中 子散射实验，揭示了高 温超导金属氧化物电子自旋对的特殊行为。
超导材料的基本物理特征：
零电阻现象
完全抗磁性 （迈斯纳效应）
超导态并非仅取决于温度 (临界电流和临界磁场)
普通 导体
超导体
高温超导材料的简介
超导材料的分类：
常规超导体(如Nb-Ti合金)
高温超导体(如YBa2Cu3O7-x)
超导材料
非晶超导材料 复合超导材料(如超导线带材料)
重费米子超导体(如CeCu2Si2) 有机超导材料(如富勒烯等修饰的化合物)
超导材料的最新进展
量子尺寸效应对超导临界温度的调制作用
Atomic layer Pb
supercurrent
si
Yang Guo, Yan-Feng Zhang, Xin-Yu Bao, et al. Science,306,1915(2019).
超导材料的最新进展
纳米材料和超导材料的结合
S. Kang, A. Goyal, J. Li, A. A. Gapud, et al. Science, 311, 1911(2019).
铜氧化物和C60超导材料
----Elbio Dagotto. Science,293,2410(2019).
高温超导材料的制备
Y系高温氧化物超导体的制备
块 原料(氧化物 材 或碳酸物)
化学剂量比 混合
烧结
氧化处理
离子束辅助沉淀工艺
克服大角晶界
带
材
熔融织构工艺
轧制辅助双轴织构衬底工艺
磁控溅射法
薄 膜
激光沉淀法
高温超导材料的制备
Bi系高温氧化物超导带材的制备:
原材料 (氧化物或碳酸物)
化学剂量比
混合
煅烧
研磨
Ag管
粉末充管
拉拔
轧制
热处理
重复
压制/轧制
热处理
高温超导材料的制备
高温超导材料制备所面临的问题：
材料制造成本高, 价格昂贵。
高温超导材料临界电流和临界磁场 的提高仍是科学家研究的难题。
2019年，诺贝尔奖得主Laughlin提出Gossamer超导理论。
高温超导材料的简介
高温超导材料的结构特征:
层状钙钛结构组元
导电层 （铜氧层）
子调 浓节 度载
流
合提 机供 制耦
载流子库层
Cu-O6八面体 Cu-O5四方锥 Cu-O4平面四边形
孔穴型 电子型
高温超导材料的例子
钇钡铜氧化物（ YBa2Cu3O7-x ) 超导体
钇系YBCO(YBa2Cu3O7-x )和铋系BSCCO(Bi2Sr2Ca2Cu3Oy)材 料的发现使高温超导材料走入实用化阶段。
超导材料的研究在当今与纳米科技相结合走入一个全新的时代。
我国在中长期科技规划中把高温超导材料列为重点发展的前沿 课题（2019-2020）。
高温超导材料的简介