超导材料培训课件
合集下载
专题应用超导材料课堂PPT
要升压降压设备。 重量轻、体积小，输 送大功率的超导传输线可铺设在地下管
道内，从而省去了许多传输线的架设铁塔。
1.4.9. 超导材料的应用
从内到外，依次为： 管状支撑物（内通液氮）； 超导导体层（为电缆载流导体）； 电气绝缘层（工作在液氮低温环境下）； 超导屏蔽层（为超导带材绕制）； 液氮回流层（与管状支撑物内的液氮构成液氮回流循环）； 热绝缘层（为真空隔热套件）； 常规电缆屏蔽层和护层（与常规电力电缆类似） 。
1.4.4. 产生超导电性的原因
• BCS理论：
当在超导临界温度以下时，通过晶格振动（声子）为媒介 的间接作用使电子之间产生某种吸引力，克服库伦排斥从而导 致自由电子将不再无序地“单独行动”，并形成“电子对”。
BCS理论不能解释30K以上的超导现象，特别是高温超导。
电子对概念
❖当温度T<Tc时，超导体内存在大量的库珀
1.4.9. 超导材料的应用
零电阻效应 完全抗磁性 超导隧道效应
1.4.9. 超导材料的应用
超导电力传输(零电阻的应用）
✓ 超导输电电缆： 将超导电缆放于液氦冷却介质管道内，保证整条输电线路 在超导状态下运行。
✓ 超导电力传输的优点： 超导输电电缆比普通的地下电缆容量大25倍,电能消耗仅为所
输送电能的万分之几。 传统输电需要高压，因而有升压，降压设备。用超导线就不需
S1
S3
电 源
负
Ls S2
载
超导温度
超导储能基本原理示意图
❖充电：合上开关S1，打开S2和S3时，超导线圈Ls充电； ❖储能：合上S2，打开S1，在电路2中就有一个持续电流； ❖放电：合上S3，打开S2，储存的电能就传输到外部负载。
1.4.9. 超导材料的应用
道内，从而省去了许多传输线的架设铁塔。
1.4.9. 超导材料的应用
从内到外，依次为： 管状支撑物（内通液氮）； 超导导体层（为电缆载流导体）； 电气绝缘层（工作在液氮低温环境下）； 超导屏蔽层（为超导带材绕制）； 液氮回流层（与管状支撑物内的液氮构成液氮回流循环）； 热绝缘层（为真空隔热套件）； 常规电缆屏蔽层和护层（与常规电力电缆类似） 。
1.4.4. 产生超导电性的原因
• BCS理论：
当在超导临界温度以下时，通过晶格振动（声子）为媒介 的间接作用使电子之间产生某种吸引力，克服库伦排斥从而导 致自由电子将不再无序地“单独行动”，并形成“电子对”。
BCS理论不能解释30K以上的超导现象，特别是高温超导。
电子对概念
❖当温度T<Tc时，超导体内存在大量的库珀
1.4.9. 超导材料的应用
零电阻效应 完全抗磁性 超导隧道效应
1.4.9. 超导材料的应用
超导电力传输(零电阻的应用）
✓ 超导输电电缆： 将超导电缆放于液氦冷却介质管道内，保证整条输电线路 在超导状态下运行。
✓ 超导电力传输的优点： 超导输电电缆比普通的地下电缆容量大25倍,电能消耗仅为所
输送电能的万分之几。 传统输电需要高压，因而有升压，降压设备。用超导线就不需
S1
S3
电 源
负
Ls S2
载
超导温度
超导储能基本原理示意图
❖充电：合上开关S1，打开S2和S3时，超导线圈Ls充电； ❖储能：合上S2，打开S1，在电路2中就有一个持续电流； ❖放电：合上S3，打开S2，储存的电能就传输到外部负载。
1.4.9. 超导材料的应用
超导材料Jaciychen精品PPT课件
Al 和 C 共掺对 MgB2 超导电性的影响
超导材料的发展 MgB2超导体介绍 Al 和 C对 MgB2超导的影响实验
实验结论
1 .1超导简介
1908 年，荷兰科学家昂尼斯（Onne s） 首次将氦气液化，并 得到了低于4K的温度。
1911 年，他在测量一个固态汞样品—汞线的电阻与温度的关系 时，意外发现汞冷却到4.4K（即 - 269℃） 时，电阻突然消失 了。随后，科学家们发现许多金属、合金及金属间化合物也具 有这种特性。
2.3 最新研究其他合金元素对MgB2 超导体的影响
低场和高场是指低场核磁和高 另M微密b一观度, L些结。i等元构。素，其场主般高也显核要将场中它用著是磁在磁核Ti来的描，于场磁掺做提述它 其强，杂电高M们 磁度0可路.g了5的 场为B以T中2至超M区 强1某在T1g导别 度以点.BM0电2顾 不上T体超g的流B名 同的中导2称强晶思 ，称的体弱为格义 一为化在中中学低形掺场成杂下纳，的米如临级T界i的, A电gT流,iB2
场核和流磁动，方0.向5T的及物以理下量的。称它是为矢低场 核磁量，。其大小等于单位时间内通
过垂直电流方向单位面积的电
研究还发现 T量i，，C以共正掺电时荷流M动g的B2方的向超为导这电性，发现 Ti 和 C 可 以起到互补的矢作量用的，正方Ti向掺。杂单可位以是：提安高培低场下的性能，C 掺杂 提高了高场下每的平性方米能，，记当作两A/种m2.原它素在物共理同掺杂可以提高在整 个外场条件下的临中界一电般流用密J表度示。。
的时间，超导临界温度竟然提高了100K以上，这在材料发展史
乃至科技发展史上都堪称一大奇迹。
1.3 超导材料的主要特性
1） 超导电性。如前所述，超导电性是 1911 年由荷兰科学家昂尼 斯发现的。
超导材料的发展 MgB2超导体介绍 Al 和 C对 MgB2超导的影响实验
实验结论
1 .1超导简介
1908 年，荷兰科学家昂尼斯（Onne s） 首次将氦气液化，并 得到了低于4K的温度。
1911 年，他在测量一个固态汞样品—汞线的电阻与温度的关系 时，意外发现汞冷却到4.4K（即 - 269℃） 时，电阻突然消失 了。随后，科学家们发现许多金属、合金及金属间化合物也具 有这种特性。
2.3 最新研究其他合金元素对MgB2 超导体的影响
低场和高场是指低场核磁和高 另M微密b一观度, L些结。i等元构。素，其场主般高也显核要将场中它用著是磁在磁核Ti来的描，于场磁掺做提述它 其强，杂电高M们 磁度0可路.g了5的 场为B以T中2至超M区 强1某在T1g导别 度以点.BM0电2顾 不上T体超g的流B名 同的中导2称强晶思 ，称的体弱为格义 一为化在中中学低形掺场成杂下纳，的米如临级T界i的, A电gT流,iB2
场核和流磁动，方0.向5T的及物以理下量的。称它是为矢低场 核磁量，。其大小等于单位时间内通
过垂直电流方向单位面积的电
研究还发现 T量i，，C以共正掺电时荷流M动g的B2方的向超为导这电性，发现 Ti 和 C 可 以起到互补的矢作量用的，正方Ti向掺。杂单可位以是：提安高培低场下的性能，C 掺杂 提高了高场下每的平性方米能，，记当作两A/种m2.原它素在物共理同掺杂可以提高在整 个外场条件下的临中界一电般流用密J表度示。。
的时间，超导临界温度竟然提高了100K以上，这在材料发展史
乃至科技发展史上都堪称一大奇迹。
1.3 超导材料的主要特性
1） 超导电性。如前所述，超导电性是 1911 年由荷兰科学家昂尼 斯发现的。
超导材料课件(中科院)
完全抗磁性
1933年，德国物理学家迈斯纳和奥森菲尔德对锡单晶球 超导体做磁场分布测量时发现，在小磁场中，把金属冷却到 超导态时，超导体内的磁通线全部被排斥出去，保持体内磁 感应强度B等于零，超导体的这一性质被称为迈斯纳效应。 超导体内磁感应强度B总是等于零，即，金属在超导电状态 的磁化率为：
仅从超导体的零电阻现象出发得不到迈斯纳效应， 同样用迈斯纳效应也不能描述零电阻现象，因此，迈斯 纳效应和零电阻性质是超导态的两个独立的基本属性， 衡量一种材料是否具有超导电性必须看是否同时具有零 电阻和迈斯纳效应。
1 i eA 2 其中 A(r) B(r)
2m
B(r ) 是超导体内部的磁场
gs (H ) gn (0)
2
2
4 1 2m
i
eA 2 B2
20
B H
如何得到GL方程？
将 gs (H ) 分别对 和A求极值，由常规的变分可得：
伦敦第二方程的提出
麦克斯韦方程 E B t
伦敦第一方程
t
(
js
)
1
E
( t
js
)
B t
t
[
(js
)
B]
0
(js ) B 常数
这里取： (js ) B 0 (js ) B
伦敦第一方程的提出: 从欧姆定律出发
对于超导体，有：
mv qEt v qEt m
v qE t m
又因为： js nsqv
js t
ns
q
v t
第三章超导材料-PPT
超导体发展简史
1986年: LaBaCuO(铜氧化物超导体); Tc达35K;
1987年: YBaCuO; Tc为92K,进入液氮温区;
1993年: HgBaCaCuO; Tc为135K(高压下163K);
有机超导体 1、 电荷转移复合物:最高Tc为12、5K; 2、 掺杂C60:钾掺杂—18K;铷掺杂— 28K;铯铷掺杂— 33K; 氯仿与溴仿结合C60— 117K; 3、 氧化聚丙烯:300K —700K; 4、 掺杂了钾与铷得菲:5K
B B0
Bx B0exp - x
B0 e
X O
磁场强度降为B0/e处距离超导体表面距离,称为穿透深度,通常用 表示; 在X > 区间:认为磁感应强度衰减到零;在0 < X < 区域,磁场可以穿透;
穿透深度约为10-5 ~10-6 cm。
由于超导体得完全抗磁性,在 X > 区域,磁力线不能穿过,因此电流不能由 超导体内通过,只能在表面穿透深度 得范围内流动;
Superconductor
② Hc1< H < Hc2: 超导体失去完全抗磁性,磁力线开始穿过超导体内部;并且随着外磁场得增大,
进入超导体内得磁力线逐渐增多;
Superconductor
H
超导区
正常区
磁力线进入超导体内,说明超导体内部分区域转变为正常态,其余部分仍处于 超导态,称这时得超导体处于混合态;
Schrieffer将电子对得物理图像与当时流行得舞蹈Frug作了类比,在这种 舞蹈中跳舞者在舞池中相互分离,中间隔了许多其它人,但就是她们始终就是一对 。
钉扎作用可以有效得提高临界电流密度Jc,在第二类超导体中产生晶格缺陷或 掺入杂质: ➢ 用各种粒子(中子或各种离子)辐照高温超导体后,其Jc可提高两个数量级; ➢工业生产得NbTi线,临界电流密度2×10-4 ~ 10-5A/cm2,一根没有缺陷得NbTi线, 临界电流密度几乎为零。
1986年: LaBaCuO(铜氧化物超导体); Tc达35K;
1987年: YBaCuO; Tc为92K,进入液氮温区;
1993年: HgBaCaCuO; Tc为135K(高压下163K);
有机超导体 1、 电荷转移复合物:最高Tc为12、5K; 2、 掺杂C60:钾掺杂—18K;铷掺杂— 28K;铯铷掺杂— 33K; 氯仿与溴仿结合C60— 117K; 3、 氧化聚丙烯:300K —700K; 4、 掺杂了钾与铷得菲:5K
B B0
Bx B0exp - x
B0 e
X O
磁场强度降为B0/e处距离超导体表面距离,称为穿透深度,通常用 表示; 在X > 区间:认为磁感应强度衰减到零;在0 < X < 区域,磁场可以穿透;
穿透深度约为10-5 ~10-6 cm。
由于超导体得完全抗磁性,在 X > 区域,磁力线不能穿过,因此电流不能由 超导体内通过,只能在表面穿透深度 得范围内流动;
Superconductor
② Hc1< H < Hc2: 超导体失去完全抗磁性,磁力线开始穿过超导体内部;并且随着外磁场得增大,
进入超导体内得磁力线逐渐增多;
Superconductor
H
超导区
正常区
磁力线进入超导体内,说明超导体内部分区域转变为正常态,其余部分仍处于 超导态,称这时得超导体处于混合态;
Schrieffer将电子对得物理图像与当时流行得舞蹈Frug作了类比,在这种 舞蹈中跳舞者在舞池中相互分离,中间隔了许多其它人,但就是她们始终就是一对 。
钉扎作用可以有效得提高临界电流密度Jc,在第二类超导体中产生晶格缺陷或 掺入杂质: ➢ 用各种粒子(中子或各种离子)辐照高温超导体后,其Jc可提高两个数量级; ➢工业生产得NbTi线,临界电流密度2×10-4 ~ 10-5A/cm2,一根没有缺陷得NbTi线, 临界电流密度几乎为零。
超导材料解析PPT教学课件
2020/10/16
8
而后朱经武发现的铊钡钙铜氧系合金的超导温度更 接近室温，达120K。使超导温度从极为寒冷的液氦区 进入到比较温暖的液氮区。
2020/10/16
9
二 超导基本原理
• 二流体模型
·BCS理论
2020/10/16
10
二流体模型
比热：
金属晶体的基本组成单位是原子，而原子又是
由原子核和核外电子组成，电子在金属内共有
外电子的吸引作用。这样两个电子通过晶格点阵发生
间接的吸引作用。
2020/10/16
21
库柏电子对
• 库柏(Cooper)证明：当2个 电子间存在净的吸引作用 时，在费米面附近就存在 一个动量大小相等、方向 相反且自旋相反的束缚态 ；它的能量比2个独立的电 子总能量低，这种2个电子 对的束缚态称为库柏对。
2020/10/16
22
BCS超导微观理论
1. 超导电性来源于电子间通过晶格作媒介所产生的相互吸引 作用，
2. 当这种作用超过电子间的库仑排斥作用时，电子会形成 束缚对，也就是库柏电子对，从而导致超导电性的出现。
3. 库柏对会导致能隙存在，超导临界场、热力学性质和大 多数电磁学性质都是这种库相对活动的结果。
2020/10/16
19
机理解释
L. N. Cooper认为超导态是由正则动量(机械 动量与场动量之和)为零的超导电子组成的，它是 动量空间的凝聚现象。要发生凝聚现象，必须有 吸引力的作用存在。
2020/10/16
20
电子在晶格点阵中运动，它对周围的正离子有吸
引作用，从而造成局部正离子的相对集中，导致对另
4.
5. 元素或合金的超导转变温度与费米面附近电子能态密度 N(EF)和电子-声子相互作用能U有关，可用电阻率来估计。
超导材料的电磁特性课件
详细描述
超导材料主要分为两类：低温超导材料和高温超导材料。低温超导材料是指在 液氦温度下呈现超导性的材料，如金属汞和铅。而高温超导材料则是指在液氮 温度下呈现超导性的材料，如氧化物陶瓷和金属合金。
超导材料的应用前景
总结词
超导材料在能源、交通、医疗等领域具有广泛的应用 前景。
详细描述
超导材料具有零电阻、高磁导率等特性，因此在能源 、交通、医疗等领域具有广泛的应用前景。例如，在 电力传输领域，超导电缆可以大幅度提高输电效率， 减少能源损失。在交通领域，超导磁悬浮列车可以实 现高速、无摩擦的运行，提高交通效率。在医疗领域 ，超导核磁共振成像技术可以为患者提供更准确的诊 断。随着科学技术的不断发展，超导材料的应用前景 将更加广阔。
超导材料的稳定性问题
总结词
超导材料的稳定性是另一个关键问题，它关系到超导材料在实际应用中的可靠性和持久 性。
详细描述
超导材料在受到高温、强磁场或机械应力的作用时，其超导性能可能会受到影响。因此 ，需要进一步研究和改进超导材料的稳定性。
超导材料在新能源领域的应用前景
总结词
随着新能源领域的快速发展，超导材料的应 用前景广阔，特别是在高效能源传输和储存 方面。
03
超导材料的制备方法
液氮温区超导材料的制备
粉末冶金法
通过混合、压制和烧结超导粉末，制备出 块状超导材料。
熔融法
将超导材料加热至熔融状态，然后进行冷 却和结晶，制备出单晶超导材料。
化学合成法
通过化学反应制备超导材料，通常用于制 备薄膜和纳米材料。
高温超导材料的制备
氧化物高温超导材料
通过高温高压合成法制备 ，如YBaCuO和 BiSrCaCuO等。
详细描述
超导材料在超导态时，内部的磁感应强度为零，对外表现出完全抗磁性。当外部 有磁场作用时，超导体内部会产生与外磁场相反的磁场，从而抵消外磁场的影响 。
超导材料主要分为两类：低温超导材料和高温超导材料。低温超导材料是指在 液氦温度下呈现超导性的材料，如金属汞和铅。而高温超导材料则是指在液氮 温度下呈现超导性的材料，如氧化物陶瓷和金属合金。
超导材料的应用前景
总结词
超导材料在能源、交通、医疗等领域具有广泛的应用 前景。
详细描述
超导材料具有零电阻、高磁导率等特性，因此在能源 、交通、医疗等领域具有广泛的应用前景。例如，在 电力传输领域，超导电缆可以大幅度提高输电效率， 减少能源损失。在交通领域，超导磁悬浮列车可以实 现高速、无摩擦的运行，提高交通效率。在医疗领域 ，超导核磁共振成像技术可以为患者提供更准确的诊 断。随着科学技术的不断发展，超导材料的应用前景 将更加广阔。
超导材料的稳定性问题
总结词
超导材料的稳定性是另一个关键问题，它关系到超导材料在实际应用中的可靠性和持久 性。
详细描述
超导材料在受到高温、强磁场或机械应力的作用时，其超导性能可能会受到影响。因此 ，需要进一步研究和改进超导材料的稳定性。
超导材料在新能源领域的应用前景
总结词
随着新能源领域的快速发展，超导材料的应 用前景广阔，特别是在高效能源传输和储存 方面。
03
超导材料的制备方法
液氮温区超导材料的制备
粉末冶金法
通过混合、压制和烧结超导粉末，制备出 块状超导材料。
熔融法
将超导材料加热至熔融状态，然后进行冷 却和结晶，制备出单晶超导材料。
化学合成法
通过化学反应制备超导材料，通常用于制 备薄膜和纳米材料。
高温超导材料的制备
氧化物高温超导材料
通过高温高压合成法制备 ，如YBaCuO和 BiSrCaCuO等。
详细描述
超导材料在超导态时，内部的磁感应强度为零，对外表现出完全抗磁性。当外部 有磁场作用时，超导体内部会产生与外磁场相反的磁场，从而抵消外磁场的影响 。
超导材料(课堂PPT)
图2.1 迈纳斯效应示意图
11
2. 超导材料的性质及超导现象的机理
☼ 迈纳斯效应的机理：
迈斯纳效应，常常概括说成：超导体具有“完全的抗磁性”，即在超导体内部保
持磁感强度B=0，应该注意到的是，完全抗磁性并不是说磁化强度M和磁场强度H均
为0。
根据B=μ0（H+M），有
（2.3）
以球形样品为例，球形样品均匀外磁场中将沿磁场方向均匀磁化。如果磁化强度
从图2.2中可见： 在T一定的前提下，H<HC时，gs<gn； H>HC时，gs>gn
14
2. 超导材料的性质及超导现象的机理
2.2.2 超导转变过程中熵的变化
根据有关热力学方程可推得：
sn ss 0HC dHC(T )
dT
（2.11）
由公式（2.10）可得将HC(T)对T求导一定 小于0，这已经有实验结果证实（见图2.3）。
序状态随温度增加而不断瓦解。
17
2. 超导材料的性质及超导现象的机理
☼ 2.3 超导体唯象理论的发展： 2.3.1 二流体模型
1934年，戈特和卡西米尔根据超导电性的某些热力学性质提出了超导态的二 流体模型，认为超导态比正常态更为有序是由共有化电子发生某种有序转变而引 起的。
该理论提出超导电子的概念，指出：超导电子不受晶格振动的影响，用NS表 示其浓度，用秩序度ω(T)表示超导电子占总电子浓度N的比例：
(T ) NS(T )
N
当 T>TC 时，NS(T)=0，ω(T)=0；当 T<TC 时，0<ω(T)<1；当 T=0K 时， NS(T)=N，ω(T)=1。
这是一个不成熟的模型，无法从根本上解释超导机制，基本假设为超导相中共 有电子凝聚成高度有序的超导电子，但却对凝聚过程没有加以说明。
超导材料的应用举例课件
VS
详细描述
超导储能系统利用超导线圈在磁场中快速 旋转的原理，实现大容量电能的储存和释 放。由于超导材料的零电阻特性，电能传 输效率极高，充电和放电过程迅速且高效。 超导储能系统在电网调峰、分布式能源并 网等领域具有广泛的应用前景。
超导材料在磁悬浮列车中的应
04
用
磁悬浮列车的原理
磁悬浮列车利用磁场力克 服重力，使车体悬浮于轨 道之上。
超导量子计算
总结词
超导量子计算是利用超导材料实现量子比特的一种技术路线，具有可扩展性强、操作精 度高、稳定性好等优点。
详细描述
超导量子计算利用超导材料的磁通量子化和约瑟夫森效应等特性，实现量子比特的控制 和操作。由于超导材料成熟的半导体制造工艺，使得超导量子计算成为目前最有前景的
技术路线之一。
超导计算机的未来展望
利用超导材料的特殊性质，可以构建能耗极低的计算机，有 助于实现高效能计算。
超导材料在电力传输与存储中
03
的应用
超导电缆
总结词
超导电缆利用超导材料在低温下电阻为零的特性，实现电能的高效传输。
详细描述
超导电缆采用超导材料作为导体，在低温环境下，超导材料电阻为零，因此电能传输过程中几乎无损 耗，相比传统电缆能够显著提高传输效率。此外，超导电缆还具有体积小、重量轻、高可靠性等优点。
总结词
随着超导材料和技术的不断发展，超导计算 机有望在未来成为高性能计算的重要选择。
详细描述
目前，超导计算机已经在一些特定领域展现 出强大的计算能力，如天气预报、大数据分 析、人工智能等。未来，随着超导材料性能 的不断提升和制造工艺的改进，超导计算机 有望在更多领域得到应用，成为下一代高性
能计算的重要选择。
超导材料课件(中科院).共72页
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
超导材料课件(Βιβλιοθήκη 科院).1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 在常温下金属导体中的原子因失去外层电
子而成为正离子。正离子规则排列在晶格 的结点上作微小的振动，摆脱了束缚的自 由电子作定向运动就形成了电流。自由电 子在运动中受到的阻碍称为电阻。当温度 下降到超导临界温度以下时，自由电子将 不再完全无序地“单独行动”，由于晶格的振 动作用，每两个电子必须“手挽手”地结合成 电子对（即“库伯电子对”）。
超导材料的应用
• 让电流畅通无阻 • 超导发电机 • 电能的储藏 • 电磁炮 • 散热 • 超导磁悬浮列车 • 超导潜艇 • 冷子管和超导电脑 • 超导量子干涉器（SQUID)和它的生医应用 • 生物超导
返回
返回
返回返回返回•谢•1、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。20.9. 2020.9. 20Sunday, September 20, 2020
•
2、阅读一切好书如同和过去最杰出的 人谈话 。01:1 5:1901: 15:1901 :159/2 0/2020 1:15:19 AM
•
3、越是没有本领的就越加自命不凡。 20.9.20 01:15:1 901:15 Sep-202 0-Sep-2 0
•
4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的 错儿。 01:15:1 901:15: 1901:1 5Sunda y, September 20, 2020
• 制备 铋系高Tc氧化物超导材料与 早一年制得的镧系和钇系氧化物高
丁。超导材料(见铜系氧化物超导材料和钇系氧化物超导材料)一样， 一般用固态反应法制得其块材。也可以用熔体淬火一退火法 等许多方 法制得块材。还可用晶体生长技术制备单晶或定向晶体(激光加热法 等)。为了使其成材，用铋系氧化物超导粉末、烧结棒、熔体棒等装 入银管中，通过压 力加工及氧气氛热处理制得Bi(Pb)系/Ag复合单芯 或多芯超导带材。此外，从超导微电子器件需要出发，用各种制膜技 术(溅射、蒸镀、气相沉积等)制得 不同基体上的铋系高丁。薄膜超导 材料(见超导薄膜)。
超导体临界温度随年代的变化
超导材料的应用与前景
• 应用进展
超导电性的实际应用从根本上取决于超导材料 的性能。与实用低温超导材料相比，高温超导材 料的最大优势在于它应用于液氮温区。20世纪90 年代，随着第一代 Bi系高温超导材料的商业化， 美国、日本、欧洲和中国等国和相关大公司都投 入大量的人力和资金，开展高温超导电力应用研 究，相继开展了超导电机、超导变压 器、超导输 电电缆和超导储能装置等的研究，并取得了许多 实质性的进展。
• 迈斯纳效应 （超导必备）
• 当一个磁体和一个处于超导态的超导体相
互靠近时，磁体的磁场会使超导体表面中 出现超导电流。此超导电流形成的磁场， 在超导体内部，恰好和磁体的磁场大小相 等，方向相反。这两个磁志抵消，使超导 体内部的磁感应强度为零，B=0，即超导体 排斥体内的磁场。
产生超导的原因
超导体的临界条件
• 超导转变温度 • 临界磁场 • 临界电流密度
第二类超导体
超导氧化物（陶瓷）
• 铋系氧化物超导材料(superconducting ma-terial of Bi-system
oxides)
• 将适量比例的铋、锶、钙和铜的氧化物混合，于氧气氛下高温烧结，
所制得的高临界温度超导材料。在镧系、钇系含稀土元素的高Tc。氧 化物超导材料相继发现后，人们期待着不含稀土元素的高Tc。超导材 料的发现。在Tc高于液氮温度的钇系氧化物超导材料发现后一年，中 国、美国、日本等国科学家近乎同时发现铋系氧化物超导材料。从此 ，无稀土元素的铋系高临界温度超导材料得到了科学界更大关注和深 入研究。铋系氧化物超导材料为四方系晶体结构，其中有一层Cu一0 面的是2201相，临界温度Tc约为20K；带有二层Cu-O面的为2212相， Tc约为80K；有三层Cu-0面的是2223相，Tc=110K。单胞C轴值随 cu—O面的增加而增大。在Bi-Sr-Cu-Cu-0系中，用铅部分替代铋后， 能有效地促进高Tc2223相的生长。
超导材料的发展
高温超导材料进展
目前高温超导材料指的是：钇系（92 K）、铋系（110K） 、铊系（125K）和汞系（135K）以及2001年1月发现的新型 超导体二硼化镁（39K）。其中最有实用前途的是铋系、钇系 （YBCO）和二硼化镁（MgB2）。氧化物高温超导材料是以铜 氧化物为组分的具有钙钦矿层状结构的复杂物质，在正常态它 们都是不良导体。同低温超导体相 比，高温超导材料具有明 显的各向异性，在垂直和平行于铜氧结构层方向上的物理性质 差别很大。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，特别是在低温下的性能比传统超导体高得多。
• 超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地
传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流 ，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续 电流”已多次在实验中观察到。
• 超导现象是20世纪的重大发明之一。科学家
发现某物质在温度很低时，如铅在7.20K（265.95摄氏度）以下，电阻就变成了零。这个从 正常电阻变为零电阻的温度称为超导临界温度Tc
超导材料
热二
吴施熠徽
超导现象
• 有些物质
在一定的 临界温度 下,转变为 零的状态 ，同时具 有完全抗 磁性，这 就是所谓 的超导现 象。
实现超导的过程
超导体
• 处于超导状态的导体称
之为“超导体”。超导体 的直流电阻率在一定的 低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体
没有了电阻，电流流经超导体时就不发生 热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形 成强大的电流，产生超强磁场。
超导材料特性
• 零电阻性
• 完全抗磁性
•返回
• 完全抗磁性是指磁场中的金属处于超导状态时，
体内的磁感应强度为零的现象。这一现象是荷兰 科学家迈斯纳发现的，因此又称为迈斯纳效应。 他在实验中发现，放在磁场中的球形的锡在过渡 到超导态的时候，锡球周围的磁场都突然发生了 变化，磁力线似乎一下子被排斥到导体之外。进 一步研究发现，原来超导体表面能够产生一个无 损耗的抗磁超导电流，这一电流产生的磁场，恰 巧抵消了超导体内部的磁场。
子而成为正离子。正离子规则排列在晶格 的结点上作微小的振动，摆脱了束缚的自 由电子作定向运动就形成了电流。自由电 子在运动中受到的阻碍称为电阻。当温度 下降到超导临界温度以下时，自由电子将 不再完全无序地“单独行动”，由于晶格的振 动作用，每两个电子必须“手挽手”地结合成 电子对（即“库伯电子对”）。
超导材料的应用
• 让电流畅通无阻 • 超导发电机 • 电能的储藏 • 电磁炮 • 散热 • 超导磁悬浮列车 • 超导潜艇 • 冷子管和超导电脑 • 超导量子干涉器（SQUID)和它的生医应用 • 生物超导
返回
返回
返回返回返回•谢•1、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。20.9. 2020.9. 20Sunday, September 20, 2020
•
2、阅读一切好书如同和过去最杰出的 人谈话 。01:1 5:1901: 15:1901 :159/2 0/2020 1:15:19 AM
•
3、越是没有本领的就越加自命不凡。 20.9.20 01:15:1 901:15 Sep-202 0-Sep-2 0
•
4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的 错儿。 01:15:1 901:15: 1901:1 5Sunda y, September 20, 2020
• 制备 铋系高Tc氧化物超导材料与 早一年制得的镧系和钇系氧化物高
丁。超导材料(见铜系氧化物超导材料和钇系氧化物超导材料)一样， 一般用固态反应法制得其块材。也可以用熔体淬火一退火法 等许多方 法制得块材。还可用晶体生长技术制备单晶或定向晶体(激光加热法 等)。为了使其成材，用铋系氧化物超导粉末、烧结棒、熔体棒等装 入银管中，通过压 力加工及氧气氛热处理制得Bi(Pb)系/Ag复合单芯 或多芯超导带材。此外，从超导微电子器件需要出发，用各种制膜技 术(溅射、蒸镀、气相沉积等)制得 不同基体上的铋系高丁。薄膜超导 材料(见超导薄膜)。
超导体临界温度随年代的变化
超导材料的应用与前景
• 应用进展
超导电性的实际应用从根本上取决于超导材料 的性能。与实用低温超导材料相比，高温超导材 料的最大优势在于它应用于液氮温区。20世纪90 年代，随着第一代 Bi系高温超导材料的商业化， 美国、日本、欧洲和中国等国和相关大公司都投 入大量的人力和资金，开展高温超导电力应用研 究，相继开展了超导电机、超导变压 器、超导输 电电缆和超导储能装置等的研究，并取得了许多 实质性的进展。
• 迈斯纳效应 （超导必备）
• 当一个磁体和一个处于超导态的超导体相
互靠近时，磁体的磁场会使超导体表面中 出现超导电流。此超导电流形成的磁场， 在超导体内部，恰好和磁体的磁场大小相 等，方向相反。这两个磁志抵消，使超导 体内部的磁感应强度为零，B=0，即超导体 排斥体内的磁场。
产生超导的原因
超导体的临界条件
• 超导转变温度 • 临界磁场 • 临界电流密度
第二类超导体
超导氧化物（陶瓷）
• 铋系氧化物超导材料(superconducting ma-terial of Bi-system
oxides)
• 将适量比例的铋、锶、钙和铜的氧化物混合，于氧气氛下高温烧结，
所制得的高临界温度超导材料。在镧系、钇系含稀土元素的高Tc。氧 化物超导材料相继发现后，人们期待着不含稀土元素的高Tc。超导材 料的发现。在Tc高于液氮温度的钇系氧化物超导材料发现后一年，中 国、美国、日本等国科学家近乎同时发现铋系氧化物超导材料。从此 ，无稀土元素的铋系高临界温度超导材料得到了科学界更大关注和深 入研究。铋系氧化物超导材料为四方系晶体结构，其中有一层Cu一0 面的是2201相，临界温度Tc约为20K；带有二层Cu-O面的为2212相， Tc约为80K；有三层Cu-0面的是2223相，Tc=110K。单胞C轴值随 cu—O面的增加而增大。在Bi-Sr-Cu-Cu-0系中，用铅部分替代铋后， 能有效地促进高Tc2223相的生长。
超导材料的发展
高温超导材料进展
目前高温超导材料指的是：钇系（92 K）、铋系（110K） 、铊系（125K）和汞系（135K）以及2001年1月发现的新型 超导体二硼化镁（39K）。其中最有实用前途的是铋系、钇系 （YBCO）和二硼化镁（MgB2）。氧化物高温超导材料是以铜 氧化物为组分的具有钙钦矿层状结构的复杂物质，在正常态它 们都是不良导体。同低温超导体相 比，高温超导材料具有明 显的各向异性，在垂直和平行于铜氧结构层方向上的物理性质 差别很大。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，特别是在低温下的性能比传统超导体高得多。
• 超导材料处于超导态时电阻为零，能够无损耗地
传输电能。如果用磁场在超导环中引发感生电流 ，这一电流可以毫不衰减地维持下去。这种“持续 电流”已多次在实验中观察到。
• 超导现象是20世纪的重大发明之一。科学家
发现某物质在温度很低时，如铅在7.20K（265.95摄氏度）以下，电阻就变成了零。这个从 正常电阻变为零电阻的温度称为超导临界温度Tc
超导材料
热二
吴施熠徽
超导现象
• 有些物质
在一定的 临界温度 下,转变为 零的状态 ，同时具 有完全抗 磁性，这 就是所谓 的超导现 象。
实现超导的过程
超导体
• 处于超导状态的导体称
之为“超导体”。超导体 的直流电阻率在一定的 低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体
没有了电阻，电流流经超导体时就不发生 热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形 成强大的电流，产生超强磁场。
超导材料特性
• 零电阻性
• 完全抗磁性
•返回
• 完全抗磁性是指磁场中的金属处于超导状态时，
体内的磁感应强度为零的现象。这一现象是荷兰 科学家迈斯纳发现的，因此又称为迈斯纳效应。 他在实验中发现，放在磁场中的球形的锡在过渡 到超导态的时候，锡球周围的磁场都突然发生了 变化，磁力线似乎一下子被排斥到导体之外。进 一步研究发现，原来超导体表面能够产生一个无 损耗的抗磁超导电流，这一电流产生的磁场，恰 巧抵消了超导体内部的磁场。