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第十二讲超导材料

2∆ 0 / κTc = 3.52
3.52称为BCS理论的能隙系数。BCS理论是弱耦合理论，后来进一步发展形成强耦合理论。
ＲＶＢ理论
共振价键（RVB）理论：代表派人物是P. W. Anderson。早在1987年初， Anderson 就提出了以共振价键理论（resonating-valence-bond简称RVB）取代传统的费米液体理论，解释刚刚发现不久的高温超导铜氧化物。由RVB 发展而来的Luttinger液体理论可以同时兼顾反铁磁绝缘相和超导相，对大半个电子相图给出独特的解释。该理论认为，二维CuO2面的物理本质同一维反铁磁链一样，费米液体图象不再适用，且低能激发态时自旋自由度和电荷自由度分离，分别为带电荷而无自旋的空穴和带1/2自旋而不带电荷的自旋子。它圆满地解释了Y-123的ρ(T), RH(T) 和cotH(T)行为，特别是改变氧含量，Co替代Cu（1），Ni和Zn替代Cu（2）后的一系列变化。 2002年，Nobel奖得主Laughlin提出Gossamer超导理论，指出单带模型 (Hubbard和 t-J)不能是高温超导理论的出发点，并引发了RVB理论研究的复苏。2003年11月，Anderson提出RVB-Plain Vanilla超导理论，依靠有效单带模型及RVB函数的变分计算，给出了超导态的相图，并把Gossamer的理论包容在内，紧接着Bell实验室的Varma全面地分析了RVB-Plain Vanilla 超导理论，指出其理论上的不适当和与大量实验结果的矛盾。关于高温超导机制的研究仍在积极进行中，揭开其“庐山真面目”尚需时日。
*La系超导体
La2-xAxCuO4+δ (la-0201) 为四方晶系，在室温x>0.05时空间群I4/mmm，晶格参数 a=3.8Å,c=13.2 Å其母体结构为 La2Cu04结构（n=1,R-P）,钙钛矿结构单元LaCuO3以a/2+b/2的位移方式堆叠形成这种结构。该结构也可看成是IL(CuO2)和 RS(La2O2)交错排列形成。

高温超导材料的应用与研究进展

高温超导材料的应用与研究进展目录一、引言二、高温超导材料的定义与特点三、高温超导材料的应用领域3.1 能源领域3.2 电子领域3.3 医疗领域3.4 航天航空领域四、高温超导材料的研究进展4.1 新型高温超导材料的发现4.2 实验方法与测试技术的改进4.3 理论模型的完善与计算模拟五、结论六、参考文献一、引言高温超导材料是一种具有特殊电学性质的物质，能在相对较高的温度下表现出超导特性。

自1986年La-Ba-Cu-O超导材料的发现以来，高温超导材料引起了科学界的广泛关注，并在各个领域的应用与研究中取得了显著进展。

本文将重点介绍高温超导材料的定义与特点，以及其在能源、电子、医疗和航天航空领域的应用，同时也对高温超导材料的研究进展进行概述。

二、高温超导材料的定义与特点高温超导材料是指能在相对较高温度下（超过液氮沸点77K）显示出零电阻特性的材料。

与传统低温超导材料相比，高温超导材料更容易制备和操作，也更适合于实际应用。

其特点主要表现在以下两个方面：1. 高临界温度：高温超导材料的超导转变温度通常在液氮温度以下，最高可达到约138K-165K之间。

相对于低温超导材料需要极低温度的要求，高温超导材料的临界温度大幅度提高，使得超导材料能在常见的液氮温度下运行，从而降低了制冷成本。

2. 复杂的晶体结构：高温超导材料一般由复杂的晶格结构构成，其中包含着各种结构单位，如Cu-O层、Bi-O层等。

这种复杂的晶体结构是高温超导特性的基础，也给高温超导材料的制备和研究带来了一定的挑战。

三、高温超导材料的应用领域3.1 能源领域能源是全球发展的基础和重要支撑，而高温超导材料在能源领域的应用有着巨大潜力。

例如，高温超导材料可以应用于电力输配系统中，通过提高电缆的导电率和传输效率，减少电能损失。

此外，高温超导材料还可以用于发电设备的制造，提高发电效率和稳定性。

3.2 电子领域在电子领域，高温超导材料有望应用于高速电子器件。

高温超导材料的研究进展

04
当前研究重点与成果
高温超导材料的制备技术
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高温超导材料的应用领域
添加标题
高温超导材料的性能优化
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高温超导材料的商业化前景
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面临的挑战与难点
材料制备技术：如何提高材料的纯度和均匀性
应用研究：如何将高温超导材料应用于实际场景中
成本控制：如何降低高温超导材料的生产成本，使其更具竞争力
高温超导材料的产业化进程正在加速，但仍然存在许多挑战和问题
随着技术的不断进步和成本的降低，高温超导材料的产业化前景十分广阔
市场前景与发展趋势
政府对高温超导材料的研发和产业化给予大力支持
高温超导材料在电力、交通、医疗等领域的应用前景广阔
随着技术的进步，高温超导材料的成本逐渐降低
高温超导材料的市场需求不断增长
性能优化：如何提高材料的超导性能和稳定性
未来研究方向与展望
提高超导材料的临界温度
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降低超导材料的制造成本
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研究超导材料的新应用领域
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探索超导材料的新制备方法
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高温超导材料的产业化前景
05
高温超导材料产业现状
高温超导材料在全球范围内得到了广泛的关注和研究
目前，高温超导材料已经在电力、交通、医疗等领域得到了应用
高温超导材料的优势
高速传输：超导材料可以应用于高速通信和计算机领域，提高信息传输速度。
节能环保：超导材料可以大幅降低能源消耗，有助于实现绿色环保。
强磁场：超导材料可以产生强磁场，适用于磁悬浮列车、核聚变等领域。
零电阻：在高温下，超导材料具有零电阻特性，可以大幅降低能量损耗。
高温超导材料的应用领域

(完整word版)高温超导材料的研究进展

高温超导材料的研究进展程长飞20091410404引言2O世纪8O年代后期高温超导的发现，在全球掀起了一股“超导热”。

经过2O多年的研究发展，我国高温超导技术在超导材料技术、超导强电技术和超导弱电技术三个方面取得了重大进展和突破。

在众多领域中，超导技术的应用具有非常突出的优点和不可取代的作用。

随着高温超导材料和低温制冷技术的迅速发展，使超导技术的应用步伐迅速加快。

超导技术在电力、通信、高新技术装备和军事装备等方面的应用也十分令人向往，具有重要的战略意义。

根据第五届国际超导工业峰会预测，高温超导应用技术将在今后5～10年时间达到实用化水平，并将在2010年前后形成较大规模的产业。

到2010年，全球超导产业的产值预计将达到260亿美元，到2020年将达到2 400亿美元以上。

超导技术将是21世纪具有光明前景的高新技术一、超导的基本概述和基本原理1911年发现，但直到1957年，美国科学家巴丁、库珀和施里弗在《物理学评论》提出BCS理论，其微观机理才得到一个令人满意的解释。

BCS理论把超导，库珀对在晶格当中可以无损耗的运动，形成超导电流。

在BCS理论提出的同时，博戈留波夫（Bogoliubov）也独立的提出了超导电性的的博戈留波夫变换至今为人常用。

电子间的直接相互作用是相互排斥的库仑力。

如果仅仅存在库仑直接作用的话，电子不能形成配对。

但电子间还存在以晶格振动正是这种吸引作用导致了“库珀对”的产生。

大致上，其机理如下：电变，形成一个局域的高正电荷区。

这个局域的高正电荷区会吸引自旋相反的电子，和原来的电子以一定的结合能相结合配对。

在很低的温度下，这个结合能可能高于晶格原子振动的能量，这样，电子对将不会和晶格发生能量交换，也就没有电阻，形成所谓“超导”。

BCS理论而获得1972BCS理论并无法成功的解释所谓第二二、高温超导材料概述对超导现象，BCS 理论给出了比较满意的解释。

而在应用方面，超导现象具有很宽敞的应用空间，具有很高的应用价值。

高温超导材料的研究与应用进展-研究生课程PPT

高温超导材料
高温超导材料的研究与应用进展
汇报人：学号：汇报时间：2017年1月8号
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高温超导材料的概念高温超导材料的研究现状
影响高温超导材料研究的因素
高温超导材料的制备工艺高温超导材料的应用和发展前景
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1、高温超导材料的概念
超导材料：是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。高温超导材料：是指具有高临界的转变温度(Tc)，并且能在液氮温度条件下工作的一种超导材料，这种材料性能非常好，用途非常广泛。这是一种氧化物材料，多以铜为主要元素，具有陶瓷的性质。同时，也有不含铜的高温超导材料，主要是钡钾铋氧体系。高温超导材料有着其他普通材料不具有的特性，零电阻、完全抗磁性、高临界转变温度等特殊性质，将使高温超导材料在生活生产各个领域得到广泛的应用。
2、高温超导材料的研究现状
目前的高温超导材料目前高温超导材料主要是：钇系(92 K)、铋系(110 K)、铊系(125 K)和汞系(135 K) 以及新发现的新型超导体二硼化镁(39 K)。其中最有实用价值的是铋系、钇系(YBCO) 和二硼化镁(MgB)。近年来，超导材料和超导应用技术已经取得了重大进展，铋系氧化物(铋锶钙铜氧， BSCCO)和钇系氧化物(钇钡铜氧，YBCO)材料的发现使高温超导材料走入实用化阶段。基于高温超导材料的交流损耗低及高载流能力等特点，其在电力、通信、工业、国防等诸多领域具有广阔的应用前景。
薄膜表面等离子激元和增强透射效应
体现象和增强透射现象；用超导体做成的人造材料的增强透射谱随着超导体进入超导态而发生改变。这可能将为研究物质的特性找到了一种新的研究方法。

超导材料发展历程及现行理论解释与应用.pptx

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发展历程
• 1911年，荷兰科学家H. K. Ones 利用低温技术研究金属的电阻特性时发现Hg在温度低至4.2K时电阻降为零。后人把这种状态叫超导态。并把电阻突然降为零的温度称为临界温度，记为Tc。
• 但由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。人们一直在探索高温超导体，从1911年到1986年，75年间从水银的4.2K提高到铌三锗的23．22K，才提高了19K,科学家们用乌龟来形容这个程度。
• 一个比较形象的理解：当一个电子在晶格中运动时，由于异性电荷相吸而导致局域晶格畸变，当另外一个电子通过时，会感受到第一个电子通过时导致的晶格畸变的影响，从而在两个电子之间产生间接吸引相互作用，这就是 “库珀对”，其总动量和总自旋为零。所有电子对在运动过程中能够保持 “步调一致”（相位相干，即相位相同），即使受到杂质等散射也将保持总动量不变，从而在外加电场作用下能够不损失能量而运动——这种现象就是超导。所以说，超导是微观量子凝聚态的宏观表现。
• （3）临界电流密度Jc：当通过超导体的电流密度超过临界电流密度Jc时，超导体由超导体恢复为正常状态。临界电流密度Jc与温度、磁场强度有关。
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实验检验
为了证实（超导体）电阻为零，科学家将一个铅制圆环，放入温度低于Tc=7.2K的空间，利用电磁感应使环内激发起感应电流。结果发现，环内电流能持续下去，从1954年3月16 日始，到1956年9月5日止，在两年半的时间内的电流一直没有衰减，这说明圆环内的电能没有损失，当温度升到高于Tc时，圆环由超导状态变正常态，材料的电阻骤然增大，感应电流立刻消失，这就是著名的昂尼斯持久电流实验。
的崔田教授组在“传统
高温超导体”的研究上

高温超导技术的研究进展

高温超导技术的研究进展Chapter 1：引言高温超导技术是一项引人注目的研究领域，在能源和电力传输领域有着广泛的应用前景。

本章将对高温超导技术的背景和研究意义进行介绍。

Chapter 2：高温超导基本原理本章将详细介绍高温超导的基本原理，包括超导现象、临界温度和超导材料的特性等。

同时，还将介绍常见的高温超导材料的组成和结构。

Chapter 3：高温超导材料的研究进展本章将综述高温超导材料的研究进展，如铜基超导体、铁基超导体和镁二硼化镁等。

同时，还将介绍人们对于高温超导材料的探索和改进方向。

Chapter 4：高温超导技术在能源领域的应用本章将深入探讨高温超导技术在能源领域的应用，如超导电缆和超导发电设备。

同时，还将介绍高温超导技术在电力传输和储能方面的应用前景。

Chapter 5：高温超导技术的挑战与展望本章将分析高温超导技术所面临的挑战，如超导材料制备难度大、成本高昂等问题，并提出相应的解决方案。

同时，还将展望高温超导技术未来的发展方向和应用前景。

Chapter 6：结论本章将对全文进行总结，并强调高温超导技术的重要性和应用前景。

同时，还将提出进一步研究的建议，以推动高温超导技术的发展。

Chapter 1：引言高温超导技术是一项引人注目的研究领域，在能源和电力传输领域有着广泛的应用前景。

前身的低温超导技术由于需要极低的温度条件，限制了其应用范围。

然而，在1986年，康奈尔大学和IBM研究中心的科学家们首次发现了一种以氧化镧和铜为主要成分的铜氧化物陶瓷材料可以在液氮温度下实现超导。

这一突破大大提高了超导技术的实用性和应用领域。

Chapter 2：高温超导基本原理高温超导的基本原理是指在某些特定的温度下，电流能在不产生任何电阻的情况下通过超导体中传输。

常规超导材料的临界温度一般在几摄氏度甚至更低，而高温超导材料的临界温度可以达到液氮温度（77K）甚至更高。

高温超导材料的超导性能的提高主要取决于材料结构和化学成分的优化。

高温超导课件ppt

涨落与关联：涨落与关联是高温超导物理机制中的重要概念，涨落是指系统中的随机波动，而关联则是指这些波动之间的相互作用。在高温超导中，涨落与关联会影响电子的行为，促使它们形成库珀对。
涨落与关联
涨落
涨落是指系统中的随机波动，这些波动可以影响电子的行为。在高温超导中，涨落会影响电子的分布和运动状态，促使它们形成库珀对。
高温超导机理的研究
深入理解高温超导的机理是推动其应用的关键，科研人员正在从微观角度揭示高温超导的奥秘。
高温超导技术的应用研究
科研人员正在积极探索高温超导材料在不同领域的应用，以推动其产业化进程。
THANKS
高温超导的特性
总结词
高温超导材料具有高临界温度、高载流能力、低能耗等特性。
详细描述
高温超导材料在临界温度以上表现为正常导体，而在临界温度以下则转变为超导体，实现零电阻状态。由于其高载流能力，高温超导材料可以传输大电流而不会产生显著的能量损失。此外，由于其低能耗特性，高温超导材料在电力传输和磁悬浮等领域具有广阔的应用前景。
传输的损耗。
医疗设备
高温超导材料在医疗设备领域也有广泛应用，如核磁共振成像仪等，可以提高设备的性能和精度。
交通领域
高温超导材料在交通领域的应用前景广阔，如磁悬浮列车、高速列车等，可以提高交通工具的运行速度和稳定性。
高温超导的研究动态
新型高温超导材料的研发
科研人员正在不断探索新型的高温超导材料，以提高其超导温度和稳定性。
高温超导课件
目录
• 高温超导简介 • 高温超导的物理机制 • 高温超导材料 • 高温超导的应用前景 • 高温超导的挑战与前景
01
高温超导简介
高温超导的定义

超导体(共7张PPT)

而 YBCO具有更为优异的磁场下性能，是真第二代YBCO高温超导带材：
其中最有实用前途的是铋系、钇系（YBCO）和二硼化镁（MgB2）。想得到性能优良的高温超导器件就必须有质量很好的薄膜，但由于种种因素使制备高质量高Tc超导薄膜具有相当大的困难。
正的液氮温区下强电应用的超导材料。研究YBCO超导块材的目标之一是利用它在超导态下的迈斯纳效应及磁通钉扎特性导致的磁悬浮力，应用于超导轴承、贮能以及磁浮列车等。
有较好晶体取向的Bi系线带材,即把Bi（Pb）-Sr-Ca-CuO粉装入金属管（Ag或Ag合金）中进行加工和热处理的
方法。
• B. 第二代YBCO高温超导带材：
由于第一代Bi系带材的高成本以及它的一些性能
问题如磁场下临界电流的急剧衰减等，使得基于想得到性能优良的高温超导器件就必须有质量很好的薄膜，但由于种种因素使制备高质量高T系、钇系（YBCO）和二硼化镁（MgB2）。其中最有实用前途的是铋系、钇系（YBCO）和二硼化镁（MgB2）。高温超导体属于非理想的第II类超导体，且具有比低温超导体更高的临界磁场和临界电流，因此是更接近于实用的超导材料
• C. 新型MgB2超导线带材： 2001年1月，日本科学家发现了临界转变温度为39 K的MgB2超导体。
3.薄膜
• 想得到性能优良的高温超导器件就必须有质量很好的薄膜，但由于种种因素使制备高质量高Tc超导薄膜具有相当大的困难。
高质量的外延YBCO薄膜的Tc在90K以上，零磁场下77K时，临界电流密度已超过 1×106A/cm2，工艺已基本成熟，目前有了一批高温超导薄膜电子器件问世。
综合制冷成本和材料成本，MgB2超导体在
20~30 K，低场条件下应用具有明显的价格优势，

高温超导材料的研究进展和应用前景

高温超导材料的研究进展和应用前景邓汝乾摘要：超导材料是一类具有超导特性的材料，这种材料在一定的温度的条件下能排斥磁力线，并且其电阻会变为零。

高温超导材料（HTS）能够在高于30K的条件下表现出超导性和抗磁性，其性能更稳定，应用成本更低。

本文深入探讨了高温超导材料的研究进展及其应用前景，以期为相关人员提供参考。

关键词：高温超导材料；研究进展；应用前景0.引言材料领域的许多研究成果可以在生产生活中掀起巨大的变革。

根据焦耳定律，几乎所有的用电器都会在工作中产生一定的热量，造成一定的浪费。

20世纪初，一些科学家在实验中偶然发现，一些材料会在环境温度低于某一温度（材料的临界温度）时失去电阻，这种性质被称为超导电性。

超导材料还具有完全抗磁性，这是常规导体不能比拟的。

可以说，超导材料集诸多优越的电学性质和磁学性质于一身，其应用前景十分诱人。

不过，多数超导材料的临界温度较低。

20世纪80年代的物理学家发现了能够在高于30K的条件下表现出超导性和抗磁性的高温超导材料，这些材料的结构与传统的超导材料有一定的差异，它们的性质更稳定，可以耐受更高的磁场。

深入分析高温超导材料的性质及其应用，可以为改进超导技术提供新思路。

1.高温超导材料的研究进展“高温”是一个相对的术语，即使是最好的材料，在常温下也不会完全失去电阻。

不过，在过去的几十年中，高温超导领域的研究者取得了许多重要进展。

在2000年，一些研究人员通过空穴，实现了52K的临界温度；在2001年，科学家发现硼化镁具有超导性质。

最近发现的钌－铜酸盐超导铁磁体，也有着许多独特的性质[1]。

不过，在发现高温超导材料的几十年后，我们仍然没有找到性能十分理想的高温超导材料。

尽管超导领域的实验技术不断完善，已发表的论文近20万篇，但物理学家仍然不能从理论层面，解释材料具有高温超导性的原因。

很多现有的理论存在着一些内在的矛盾，因此，对高温超导现象进行更加深入的研究，从而得到更有说服力的结论，是物理学家面临的重大挑战之一。

高温超导材料ppt课件

五、总结
从高温超导材料的研究来看，经过近年我国的努力, 超导材料已经开始大规模地生产利用。我国是较早进入超导技术研究领域的国家,我国也有着自己的优势,但是为了取得更大的进步,仍需要制备更符合我们发展实际情况的战略计划,仍需要在改进生产技术、提高产品应用率、降低生产成本等方面做更加深入的研究；而从制备工艺来看，线材下一步工作焦点在于，扩大长带制造规模，提高生产能力，满足商品化需要。该阶段成功的关键在于采用低成本大体积的制造方法。
超导磁悬浮
一、什么是高温超导体？
高温超导材料温度超导体得天独厚
的特性，使它可能在各种领域得到广泛的应用。但由于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。人们一直在探索高温超导体，从1911年到1986年，75年间从水银的4．2K提高到铌三锗的23．22K，才提高了19K。 1986年1月，美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世实验室科学家柏诺兹和缪勒首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体，将超导温度提高到30K；紧接着，日本东京大学工学部又将超导温度提高到 37K；12月30日，美国休斯敦大学宣布，美籍华裔科学家朱经武又将超导温度提高到40．2K。
四、发展前景
超导技术的应用将会越来越广泛地造福人类，对超导电性机理的进一步的了解，将会对凝聚态物理学的发展以及相关边缘学科的发展产生极为深远的影响。各国政府，特别是工业发达国家的政府，对超导研究极力支持，给以大量投资，这些国家有实力的公司对研究成果迅速引进，迅速转变为生产力，这些都有利于超导技术的发展。这也说明，政府、企业与超导专家、研究者，在对超导将起的作用的看法方面取得了共识。超导技术温超导体的研究现状
4.铊系超导体
5.汞系超导体