材料物理基础ppt
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材料物理性能基础知识点课件.doc
<<材料物理性能>>基础知识点一，基本概念：1. 摩尔热容: 使１摩尔物质在没有相变和化学反应的条件下，温度升高1K 所需要的热量称为摩尔热容。
它反映材料从周围环境吸收热量的能力。
2. 比热容：质量为1kg 的物质在没有相变和化学反应的条件下，温度升高1K 所需要的热量称为比热容。
它反映材料从周围环境吸收热量的能力。
3. 比容：单位质量（即1kg 物质）的体积，即密度的倒数（m3/kg）。
4. 格波：由于晶体中的原子间存在着很强的相互作用，因此晶格中一个质点的微振动会引起临近质点随之振动。
因相邻质点间的振动存在着一定的位相差，故晶格振动会在晶体中以弹性波的形式传播，而形成“格波”。
5. 声子（Phonon）: 声子是晶体中晶格集体激发的准粒子，就是晶格振动中的简谐振子的能量量子。
6. 德拜特征温度: 德拜模型认为:晶体对热容的贡献主要是低频弹性波的振动，声频支的频率具有0～ωmax 分布,其中,最大频率所对应的温度即为德拜温度θD,即θD=?ωmax/k。
7. 示差热分析法（Differential Thermal Analysis, DTA ）: 是在测定热分析曲线（即加热温度T与加热时间t 的关系曲线）的同时，利用示差热电偶测定加热（或冷却）过程中待测试样和标准试样的温度差随温度或时间变化的关系曲线ΔT~T（t），从而对材料组织结构进行分析的一种技术。
8. 示差扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry, DSC ）: 用示差方法测量加热或冷却过程中，将试样和标准样的温度差保持为零时，所需要补充的热量与温度或时间的关系。
9. 热稳定性（抗热振性）：材料承受温度的急剧变化（热冲击）而不致破坏的能力。
10. 塞贝克效应：当两种不同的导体组成一个闭合回路时，若在两接头处存在温度差则回路中将有电势及电流产生，这种现象称为塞贝克效应。
11. 玻尔帖效应：当有电流通过两个不同导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，还要在两接头处出现吸热或放出热量Q 的现象。
材料物理性能(课件)
· 热重法(Thermogravimetry)： 测量质量与温度的关系 。 · 用途： 测量有机物分解温度 ， 研究高聚物的热稳定性
TIM
Ni(OH)2
19
（二）热容
■ 热分析方法 · 差热分析(Differential thermal analysis, DTA)： 测量试样与参比物之 间温差与时间或温度的关系 。分析所采用的参比物应是热惰性物质 ， 即在 整个测试温度范围内不发生分解、相变和破坏 ，也不与被测物质发生化学 反应 。参比物的热容、热传导系数等应尽量与试样接近。
5
（一 ）热学性能的物理基础
■ 晶格热振动
· 晶格热振动： 晶体点阵中质点围绕平衡位置的微小振动 。材料 热学性能的物理本质均与其晶格热振动相关。 · 晶格振动是三维的 ， 当振动很微弱时 ， 可认为原子作简谐振动。 振动频率随弹性模量Em增大而提高。
x=ACOS(ot+p)
· 温度升高时质点动能增大 ， 1/2 mv2= 1/2 kT, ∑ (动能)i ＝热能 · 质点热振动相互影响 ，相邻质点间的振动存在一定的相位差， 晶格振动以波（格波） 的形式在整个材料内传播 。格波在固体中的 传播速度： v = 3 * 103m/s, 晶格常数a为10-10 m数量级 ，格波最高频 率：v / 2a = 1.5 * 1013 Hz · 频率极低的格波： 声频支振动； 频率极高的格波： 光频支振动
■ 亚稳态组织转变为稳定态要释放 热量 ，热容 －温度曲线向下拐折。
H
TC
T
二级相变焓和热容随温度的变化
17
（二）热容
■ 热容的测量
· 量热计法 。低温及中温区： 电加热法 · 高温区：撒克司法
P：搅拌器 ，C： 量热器筒 18
TIM
Ni(OH)2
19
（二）热容
■ 热分析方法 · 差热分析(Differential thermal analysis, DTA)： 测量试样与参比物之 间温差与时间或温度的关系 。分析所采用的参比物应是热惰性物质 ， 即在 整个测试温度范围内不发生分解、相变和破坏 ，也不与被测物质发生化学 反应 。参比物的热容、热传导系数等应尽量与试样接近。
5
（一 ）热学性能的物理基础
■ 晶格热振动
· 晶格热振动： 晶体点阵中质点围绕平衡位置的微小振动 。材料 热学性能的物理本质均与其晶格热振动相关。 · 晶格振动是三维的 ， 当振动很微弱时 ， 可认为原子作简谐振动。 振动频率随弹性模量Em增大而提高。
x=ACOS(ot+p)
· 温度升高时质点动能增大 ， 1/2 mv2= 1/2 kT, ∑ (动能)i ＝热能 · 质点热振动相互影响 ，相邻质点间的振动存在一定的相位差， 晶格振动以波（格波） 的形式在整个材料内传播 。格波在固体中的 传播速度： v = 3 * 103m/s, 晶格常数a为10-10 m数量级 ，格波最高频 率：v / 2a = 1.5 * 1013 Hz · 频率极低的格波： 声频支振动； 频率极高的格波： 光频支振动
■ 亚稳态组织转变为稳定态要释放 热量 ，热容 －温度曲线向下拐折。
H
TC
T
二级相变焓和热容随温度的变化
17
（二）热容
■ 热容的测量
· 量热计法 。低温及中温区： 电加热法 · 高温区：撒克司法
P：搅拌器 ，C： 量热器筒 18
材料的基本物理性质与力学性质(ppt57页)
D V o 100% Vo
影响材料的：强度 ；吸水性 耐久性 ；导热性
5、孔隙率－指材料体积内，孔隙体积与 总体积之比。直接反映材料的致密程度。
公式:
P Vo V 1 V (1 o ) 100%
孔隙率与Vo 密实度V的o 关系:
P+D=1
孔结构－孔隙率＋孔径尺寸＋开口形状
影响材料的: 强度、 吸水性、耐久性、 导热性
• 塑性－材料在外力的作用下产生变形，当外 力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并 且不产生裂缝的性质。
• 实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性 变形。
荷载 A
弹塑性材料的变 形曲线
0
b a 变形
ob—塑性变形 ab—弹性变形
低碳钢的应力应变(σ～ε)曲线
第1章
内 容： ➢ 材料的基本物理性质 ➢ 材料的基本力学性质 ➢ 材料的耐久性
1.1 材料的基本物理性质
内 容： • 材料的状态参数 • 材料的结构参数 • 材料与水有关的性质 • 材料的热工性质
一、材料的状态参数
1、密度----材料在绝对密实状态下单位体积的 质量。单位g/cm3或kg/m3。
公式 :
Q
At(T2 T1)
式中 λ－热导率（W/m.K） 热阻 R=1/ λ
Q－传导的热量（J）
A－热传导面积（m2）
δ－材料的厚度（m）
t－热传导时间（s）
(T2-T1)－材料两侧温差（K）
• 材料的热导率越小，绝热性能越好。 • 影响热导率的因素：
材料内部的孔隙构造－密闭的空气使λ降低
材料的含水情况－含水、结冰使λ增大 • 常见热导率参数：
• 泡沫塑料 λ＝0.035 水 λ＝0.58 • 大理石 λ＝3.5 冰 λ＝2.2 • 钢材 λ＝58 空气 λ＝0.023 • 混凝土 λ＝1.51 松木 λ＝1.17～0.35
影响材料的：强度 ；吸水性 耐久性 ；导热性
5、孔隙率－指材料体积内，孔隙体积与 总体积之比。直接反映材料的致密程度。
公式:
P Vo V 1 V (1 o ) 100%
孔隙率与Vo 密实度V的o 关系:
P+D=1
孔结构－孔隙率＋孔径尺寸＋开口形状
影响材料的: 强度、 吸水性、耐久性、 导热性
• 塑性－材料在外力的作用下产生变形，当外 力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并 且不产生裂缝的性质。
• 实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性 变形。
荷载 A
弹塑性材料的变 形曲线
0
b a 变形
ob—塑性变形 ab—弹性变形
低碳钢的应力应变(σ～ε)曲线
第1章
内 容： ➢ 材料的基本物理性质 ➢ 材料的基本力学性质 ➢ 材料的耐久性
1.1 材料的基本物理性质
内 容： • 材料的状态参数 • 材料的结构参数 • 材料与水有关的性质 • 材料的热工性质
一、材料的状态参数
1、密度----材料在绝对密实状态下单位体积的 质量。单位g/cm3或kg/m3。
公式 :
Q
At(T2 T1)
式中 λ－热导率（W/m.K） 热阻 R=1/ λ
Q－传导的热量（J）
A－热传导面积（m2）
δ－材料的厚度（m）
t－热传导时间（s）
(T2-T1)－材料两侧温差（K）
• 材料的热导率越小，绝热性能越好。 • 影响热导率的因素：
材料内部的孔隙构造－密闭的空气使λ降低
材料的含水情况－含水、结冰使λ增大 • 常见热导率参数：
• 泡沫塑料 λ＝0.035 水 λ＝0.58 • 大理石 λ＝3.5 冰 λ＝2.2 • 钢材 λ＝58 空气 λ＝0.023 • 混凝土 λ＝1.51 松木 λ＝1.17～0.35
材料物理学ppt课件
Vx12kx2 22m02x2
式中k， 4202m；k弹性系数 0固 ；有频率
代入薛定谔方程， 得到谐振子的运动微分方程：
2 2 V E
2m
2 2m
d 2
dx2
2
2m02 x2
E
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
的几率 ），波函数是空间和时间的函数，并且是复数，
即Φ = Φ(x，y，z，t)
自由粒子(动量、能量不随时间或位置改变）的波函数：
2 i ( px Et )
0e h
r,t
Ae
i
( Et
pr )
0 、 A 常数
（描述自由粒子的波是平面波）
波函数的性质：波函数乘上一个常数后，所描写的粒子状态不变（粒子在 空间各点出现的几率总和等于1，所以粒子在空间各点出现的几率只决定于 波函数在各点强度的比例，而不决定于强度的绝对大小）。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
量子力学的应用
⑴一维势阱问题 势阱—在某一定区域内，势能有固定的值。 设一粒子处于势能为V的势场中，沿x方向做一维运动，势能满足下列边界条件：
V
0xa，Vx0
x0和xa，Vx
t
(1.6)
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
③定态薛定谔方程 由于势能与时间无关，薛定谔方程可进行简化．设方程的一种特解为：
x ,y ,z .t. x ,y ,z ft
式中k， 4202m；k弹性系数 0固 ；有频率
代入薛定谔方程， 得到谐振子的运动微分方程：
2 2 V E
2m
2 2m
d 2
dx2
2
2m02 x2
E
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
的几率 ），波函数是空间和时间的函数，并且是复数，
即Φ = Φ(x，y，z，t)
自由粒子(动量、能量不随时间或位置改变）的波函数：
2 i ( px Et )
0e h
r,t
Ae
i
( Et
pr )
0 、 A 常数
（描述自由粒子的波是平面波）
波函数的性质：波函数乘上一个常数后，所描写的粒子状态不变（粒子在 空间各点出现的几率总和等于1，所以粒子在空间各点出现的几率只决定于 波函数在各点强度的比例，而不决定于强度的绝对大小）。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
量子力学的应用
⑴一维势阱问题 势阱—在某一定区域内，势能有固定的值。 设一粒子处于势能为V的势场中，沿x方向做一维运动，势能满足下列边界条件：
V
0xa，Vx0
x0和xa，Vx
t
(1.6)
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
③定态薛定谔方程 由于势能与时间无关，薛定谔方程可进行简化．设方程的一种特解为：
x ,y ,z .t. x ,y ,z ft
材料物理学PPT课件
表面是指基片（衬底）的表面状态 。 基片的作用：承载薄膜材料与作为外延衬底。 淀积物在表面形成薄膜的过程是：吸附→成核→
长大（二维或三维）。 表面的缺陷与形貌会延伸到薄膜中。 表面存在的应力也会影响薄膜的生长。 表面的状态对薄膜的性质影响非常大。
§2.2材料的界面
2.2.1界面的定义和种类
2.2.3 相界
1. 非共格相界 两相结构不同或晶格常数差别很大时，交界区
称非共格相界。 2. 共格相界
当两相结构一样，晶格常数差别较小，通过晶 格常数扩张与收缩，使得晶界两侧的原子排列按 原晶格结构连贯地结合。
3. 准共格相界:晶格结构相同，但晶格常数差
别较大，过渡区主要由失配位错组成
2.2.4 分界面
高技术新材料如金属间化合物，超晶格、多层膜和各
种薄膜材料，纳米固体材料以及颗粒、晶须、纤维等增强
金属基或增韧的陶瓷基复合材料中，由于界面的原子结构、
化学成分不同于界面两侧体材料，而且在界面上很容易发
生化学反应。
所以界面的性质与界面两侧的体材料有很大差别，界
面对材料的性能起着重要的作用，甚至有时能起控制作用。
1.表面的范围
根据研究内容而定，是一个过渡区（若干Å 至数 m）。
2.理想表面与实际表面
（1）理想表面表面原子排列除上部无原子外与 体内一样。
（2）实际表面 未清洁过的表面（ Uncleaned surface）； 清洁表面（Cleaned surface）； 真空清洁表面 。
1.1.2清洁表面的的原子排布
相与相的交界面称界面（Boundary ， Interface）。 晶粒与晶粒间的交界区称晶粒间界（Grain Boundary
GB），又称晶界或粒界。 对多相凝聚体系统，各相间的界面称相界（Phase
长大（二维或三维）。 表面的缺陷与形貌会延伸到薄膜中。 表面存在的应力也会影响薄膜的生长。 表面的状态对薄膜的性质影响非常大。
§2.2材料的界面
2.2.1界面的定义和种类
2.2.3 相界
1. 非共格相界 两相结构不同或晶格常数差别很大时，交界区
称非共格相界。 2. 共格相界
当两相结构一样，晶格常数差别较小，通过晶 格常数扩张与收缩，使得晶界两侧的原子排列按 原晶格结构连贯地结合。
3. 准共格相界:晶格结构相同，但晶格常数差
别较大，过渡区主要由失配位错组成
2.2.4 分界面
高技术新材料如金属间化合物，超晶格、多层膜和各
种薄膜材料，纳米固体材料以及颗粒、晶须、纤维等增强
金属基或增韧的陶瓷基复合材料中，由于界面的原子结构、
化学成分不同于界面两侧体材料，而且在界面上很容易发
生化学反应。
所以界面的性质与界面两侧的体材料有很大差别，界
面对材料的性能起着重要的作用，甚至有时能起控制作用。
1.表面的范围
根据研究内容而定，是一个过渡区（若干Å 至数 m）。
2.理想表面与实际表面
（1）理想表面表面原子排列除上部无原子外与 体内一样。
（2）实际表面 未清洁过的表面（ Uncleaned surface）； 清洁表面（Cleaned surface）； 真空清洁表面 。
1.1.2清洁表面的的原子排布
相与相的交界面称界面（Boundary ， Interface）。 晶粒与晶粒间的交界区称晶粒间界（Grain Boundary
GB），又称晶界或粒界。 对多相凝聚体系统，各相间的界面称相界（Phase
材料物理04 电介质物理PPT课件
4.2 电介质的极化
二、极化类型
弹性位移极化 （瞬时极化）
电子位移极化（Electronic Polarizability）
Response is fast, Response is fast, τ is small
离子位移极化（Ionic Polarizability）
Response is slower
电极间介质在一定外加电压作用下，其中不 大的电导最初引起较小的电流。电流的焦耳热使 样品温度升高。但电介质的电导会随温度迅速变 大而使电流及焦耳热增加。若样品及周围环境的 散热条件不好，则上述过程循环往复，互相促进， 最后使样品内部的温度不断升高而引起损坏。在 电介质的薄弱处热击穿产生线状击穿沟道。击穿 电压与温度有指数关系，与样品厚度成正比；但 对于薄的样品，击穿电压比例于厚度的平方根。 热击穿还与介质电导的非线性有关，当电场增加 时电阻下降，热击穿一般出现于较高环境温度。 在低温下出现的是另一种类型的电击穿。
电介质在电场作用下，由于漏电流、电损耗或孔隙 局部气体电离放电产生放热，材料温度逐步升高，随着 时间延续，积热增多，当达到一定温度时，材料即行开 裂、玻璃化或熔化，绝缘性能被破坏而导致击穿的现象。 这是介质材料常见的破坏原因之一。热击穿与介质的导 致系数、强度、内部缺陷、掺杂物（杂质）、气孔、形 状及散热条件等多种因素有关。 固体电介质的击穿有电 击穿、热击穿、电化学击穿、放电击穿等形式。绝缘结 构发生击穿，往往是电、热、放电、电化学等多种形式 同时存在，很难截然分开。一般来说，在采用tanδ值 大、耐热性差的电介质的低压电气设备，在工作温度高、 散热条件差时，热击穿较为多见。而在高压电气设备中， 放电击穿的概率就大些。脉冲电压下的击穿一般属于电 击穿。当电压作用时间达数十小时乃至数年时，大多数 属于电化学击穿。
二、极化类型
弹性位移极化 （瞬时极化）
电子位移极化（Electronic Polarizability）
Response is fast, Response is fast, τ is small
离子位移极化（Ionic Polarizability）
Response is slower
电极间介质在一定外加电压作用下，其中不 大的电导最初引起较小的电流。电流的焦耳热使 样品温度升高。但电介质的电导会随温度迅速变 大而使电流及焦耳热增加。若样品及周围环境的 散热条件不好，则上述过程循环往复，互相促进， 最后使样品内部的温度不断升高而引起损坏。在 电介质的薄弱处热击穿产生线状击穿沟道。击穿 电压与温度有指数关系，与样品厚度成正比；但 对于薄的样品，击穿电压比例于厚度的平方根。 热击穿还与介质电导的非线性有关，当电场增加 时电阻下降，热击穿一般出现于较高环境温度。 在低温下出现的是另一种类型的电击穿。
电介质在电场作用下，由于漏电流、电损耗或孔隙 局部气体电离放电产生放热，材料温度逐步升高，随着 时间延续，积热增多，当达到一定温度时，材料即行开 裂、玻璃化或熔化，绝缘性能被破坏而导致击穿的现象。 这是介质材料常见的破坏原因之一。热击穿与介质的导 致系数、强度、内部缺陷、掺杂物（杂质）、气孔、形 状及散热条件等多种因素有关。 固体电介质的击穿有电 击穿、热击穿、电化学击穿、放电击穿等形式。绝缘结 构发生击穿，往往是电、热、放电、电化学等多种形式 同时存在，很难截然分开。一般来说，在采用tanδ值 大、耐热性差的电介质的低压电气设备，在工作温度高、 散热条件差时，热击穿较为多见。而在高压电气设备中， 放电击穿的概率就大些。脉冲电压下的击穿一般属于电 击穿。当电压作用时间达数十小时乃至数年时，大多数 属于电化学击穿。
材料物理第一章材料的力学ppt课件
第一章
最新课件
1
主要内容
• 第一节 材料的形变 • 第二节 材料的塑性、蠕变与粘弹性 • 第三节 材料的断裂与机械强度 • 第四节 材料的量子力学基础 • 专题 材料的力学与显微结构
最新课件
2
1.1 材料的形变
形变（Deformation）
材料在外力的作用下发生形 状与尺寸的变化
力学性能或机械性能
最新课件
24
牛顿流体
• 牛顿流体
在足够的剪切力下或温度足够高时，无机 材料中的陶瓷晶界、玻璃和高分子的非晶 部分均匀产生粘性形变，因此高温下的氧 化物流体、低分子溶液或高分子稀溶液大 多属于牛顿流体
• 非牛顿流体
高分子浓溶液或高分子熔体不符合牛顿粘 性定律，为非牛顿流体。
最新课件
25
绝对速率理论的粘性流动模型
tan成正比
最新课件
22
两相复合材料
若在力的作用下两相的应变相同，上限弹性 模量EH： EHE 1V 1E2V 2
若假设两相的应力相同，则下限弹性模量EL：
1/L E V 1/E 1V 2/E 2
对于连续基体内含有封闭气孔时，总弹性模 量的经验公式为：
E=E0(1-1.9P+0.9P2) E0为无气孔时的弹性模量 P为气孔率
最新课件
9
1.1.2应变
• 应变（Strain）： 材料受力时内部各质点之间的相对位移
对于各向同性的材料，有三种基本
拉伸应变， 剪切应变 压缩应变△
应变类型：
最新课件
10
拉伸应变
• 拉伸应变：指材料受到垂直于截面积的大 小相等、方向相反并作用在同一条直线上 的两个拉伸应力时材料 发生的形变
• 一根长度为L0的材料，在拉应力的作用
最新课件
1
主要内容
• 第一节 材料的形变 • 第二节 材料的塑性、蠕变与粘弹性 • 第三节 材料的断裂与机械强度 • 第四节 材料的量子力学基础 • 专题 材料的力学与显微结构
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2
1.1 材料的形变
形变（Deformation）
材料在外力的作用下发生形 状与尺寸的变化
力学性能或机械性能
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24
牛顿流体
• 牛顿流体
在足够的剪切力下或温度足够高时，无机 材料中的陶瓷晶界、玻璃和高分子的非晶 部分均匀产生粘性形变，因此高温下的氧 化物流体、低分子溶液或高分子稀溶液大 多属于牛顿流体
• 非牛顿流体
高分子浓溶液或高分子熔体不符合牛顿粘 性定律，为非牛顿流体。
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25
绝对速率理论的粘性流动模型
tan成正比
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22
两相复合材料
若在力的作用下两相的应变相同，上限弹性 模量EH： EHE 1V 1E2V 2
若假设两相的应力相同，则下限弹性模量EL：
1/L E V 1/E 1V 2/E 2
对于连续基体内含有封闭气孔时，总弹性模 量的经验公式为：
E=E0(1-1.9P+0.9P2) E0为无气孔时的弹性模量 P为气孔率
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9
1.1.2应变
• 应变（Strain）： 材料受力时内部各质点之间的相对位移
对于各向同性的材料，有三种基本
拉伸应变， 剪切应变 压缩应变△
应变类型：
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10
拉伸应变
• 拉伸应变：指材料受到垂直于截面积的大 小相等、方向相反并作用在同一条直线上 的两个拉伸应力时材料 发生的形变
• 一根长度为L0的材料，在拉应力的作用
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超导体及其超导性
超导体的分类
第二类超导体
(1)第二类超导体由正 常态转变为超导态时 有一个中间态，具有 HC1，HC2两个临界磁 场 (2)第二类超导体的 混合态中有磁通线存 在，而第一类超导体 没有 (3)第二类超导体比第 一类超导体有更高的 临界磁场，更大的临 界电流密度和更高的 临界温度
超导体及其超导性
弹塑性力学
请老师和同学们批评指正！
超导体及其超导性
超导体的应用
2.5超导体在军事上的应用
超导体在军事上有着非常广泛的应用前景，随着超导技术的日益成熟， 有朝一日海军潜艇的设计会发生根本 性的变革，出现比今天的潜艇要先 进的多的超导潜艇。外形尺寸可能今天潜艇的一半，但所装备的数量将 增加一倍，航速将会提高。 (a)超导粒子束武器和自由电子激光器 (b)超导电磁炮 (c)超导电磁推进系统和超导陀螺仪
(1)根据材料对于磁场的响应
(2)根据解释理论:传统超导体和非传统超导体
(3)根据临界温度：高温超导体(临界温度高于液氮温度(大于77K))和低温超 导体(临界温度低于液氮温度(小于77K)) (4)根据材料类型：元素超导体（如铅和水银）、合金超导体（如铌钛合 金）、氧化物超导体（如钇钡铜氧化物）、有机超导体（如碳纳米管）
因非理想第二类超导体提高了临界电流值，而使得其真正适用于实际 应用，随着第二类超导体认识的深入，超导应用的序幕也拉开了。
超导体及其超导性
超导体的应用
2.超导体的应用
超导体的应用十分广泛，涉及输电、电机、交通运输、微电子和 电子计算机、生物工程、医疗、军事等领域，还可研制出军民兼用 的“双重”产品，可以获得极大的社会效益和军事效益。 2.1在电力工程方面的应用 超导体的无电阻显示其具有无损耗输电的性质， 因而可以节省大量的能源；用超导线圈储存能量在 军事上有重大应用，超导线圈用于发电机和电动机 可以大大提高工作效率、降低损耗，从而导致电工 领域的重大变革。
超导体及其超导性
超导体的应用
磁悬浮列车运行的 动力，来自地面导轨中 排列的线圈和车身 之间 产生的磁力。由于磁极 之间同性相斥、异性相 吸，产生了向前的驱动 力。 通过电流方向的 改 变，使地面导轨中线圈 呈现的极性改变，从而 不断的产生使列车前进 的动力。 通过调节电流的大 小，便可以控制列车驱 动力的大小，这样，列 车运行的速度就可以自 如的控制了。
主讲人：罗兵兵
材料物理基础
1 何为第一类超导体？何为第二类超导体？
2 超导体有何应用？
超导体及其超导性
目
录
1、超导体的分类 2、超导体的应用
超导体及其超导性
超导体的分类
1.超导体的分类
超导体的分类方法有以下几种：
第一类超导体：只存在单一的临界磁 场强度Hc 第二类超导体：存在两个临界磁场强度 值Hc1，Hc2
磁悬浮列车运动原理
其原理是运用磁铁“同性相斥，异性相吸” 的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即 “磁性悬浮”。 列车下部装上超导线圈，在地面上排列铝 制线圈，当超导线圈通有电流且列车启动后， 由于电磁感应效应，地面线圈产生的磁场极性 与列车上的电磁极性总是保持相同，从而地面 线圈与超导线圈之间一直存在排斥力，使得列 车悬浮在铁轨上。只需维持超导线圈中超导材 料处于超导态温度的能源，而无需牵引列车的 能源，故节约了能源
超导体及其超导性
超导体的分类
1.超导体的分类
在常压下具有超导电性的元素金属有32种(如图中青色方框 所示)，而在高压下具有超导电性的元素金属有14种(如图中 绿色方框所示)
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超导体的分类
第一类超导体
第一类超导体主要包括 一些在常温下具有良好 导电性的纯金属，如铝、 锌、镓、锡等，这类超 导体的熔点低、质地软， 又被称为“超软导体”。 特征：由正常态过渡到 超导态时没有中间态， 具有完全抗磁性 临界电流密度和临界磁 场较低，因而没有很好 的实用价值
超导扫雷具工作原理：模拟舰 船磁场特性，采用两根大电流电缆 在海水中形成电极，并与海水组成 闭合电路产生磁场，从而得以将磁 水雷引爆。
超导体及其超导性
超导体的应用
2.6超导体在科学工程和实验室中的应用 科学工程和实验室是超导体应用的一个重要方面，包括高能 加速器、核聚变装置等。 高能加速器用来加速粒子产生人 工核反应以研究物质内部结构，是基 本粒子物理学研究的主要设备。 核聚变装置是人们长期以来梦醒 解决能源问题的一个重要方向，其途 径是将氘和氚加热后，使原子和弥散 的电子成为一种等离子状态，并且在 将这种高温等离子体约束在适当空间 内的条件下，原子核就能够越过电子 的排斥而互相碰撞产生核聚变反应。 在这些应用中，超导磁体是高能加速 器和核聚变装置不可缺少的关键部件。
超导体的分类
第二类超导体
理想第二类超导 体：在混合态中， 超导体内有磁通 线存在，在磁通 线周围有涡旋电 流流动，当磁通 线均匀排列时这 些涡流电流彼此 抵消，使得体内 无电流通过，不 具有高临界电流 密度 非理想第二类超导 体：晶体结构出现 缺陷，磁通线在超 导体内分布不均匀， 体内的涡流电流不 能完全抵消，体内 出现电流，具有高 临界电流密度
超导导线(含2120根 微米直径之铌钛合 金纤维)
超导体及其超导性
超导体的应用
2.2在交通运输方面的应用 运用超导体产生的强磁场可以研制成磁悬浮列车，车辆不受地面阻力的影 响，可高速运行，车辆达500km/h以上，若让超导磁悬浮列车在真空中运 行，车速可达1600km/h，利用超导体制成无摩擦轴承，用于发射火箭，可 将发射速度提高3倍以上。
超导体及其超导性
超导体的应用
2.3在电子工程方面的应用 用超导体制成各种仪器，具有灵敏度高、噪声低、反应快、损耗小 等特点，如用超导量子干涉仪可确定地热、石油、各种矿藏的位置 和储量，并可用于地震预报。
超导量ห้องสมุดไป่ตู้干涉仪
超导体及其超导性
超导体的应用
2.4在生物医疗方面的应用 超导磁体在医学上的重要应用是核磁共振成像技术，可分辨 早期肿瘤癌细胞等，还可做心电图，脑电图，肺磁图，研究 气功原理等。 核磁共振的基本原理： 将人体置于特殊的磁场中， 用无线电射频脉冲激发人体 内氢原子核，引起氢原子核 共振，并吸收能量。在停止 射频脉冲后，氢原子核按特 定频率发出射电信号，并将 吸收的能量释放出来，被体 外的接受器收录，经电子计 算机处理获得图像，这就是 核磁共振成像。
超导体及其超导性
超导体的应用
2.7超导体在农业方面的应用 农作物种子由于其富含蛋白 质和有机酶，在强磁场作用下， 能够影响种子的萌发、苗期生长、 作物产量和品质、遗传特征等。 一般而言，磁场强度和磁场作 用时间对农作物种子的影响比 较大，其作用机制是：磁场 基因 酶 代谢 结 构与功能。 实验研究的结果表明，经 过强磁场作用的农作物种子， 其最终产量将能够提高5-10%