有机导体和超导体简介与理论
2-3 超导体的基本理论
（2）BCS理论 二流体模型和伦敦方程虽然可以解释一些超导现象，
但是不能揭示那种奇异的超导电子究竟是什么。1957年， 巴丁、库柏和施里佛提出了超导电性量子理论，称为BCS 超导微观理论。1972年获得了诺贝尔物理学奖。
BCS理论证明了低温下材料的超导电性起源于物质 中电子与声子的相互作用。当电子间通过声子的作用而产 生的吸引力大于库仑排斥力时，电子结合成库柏电子对， 使系统的总能量降低而进入超导态。在超导的基态与激发 态之间有一等于电子对结合能的能隙△（T），超导电子 对不接受小于能隙的能量。
M Tc 常数
对于大多数超导体，α=1/2。同位素效应使人们想到电 子-声子相互作用与超导电性有密切的联系，因而对超导理 论的建立产生了重要的影响。需要指出的是高温氧化物超导 体表现出很弱的同位素效应。
2.3.4 超导电性的微观机制 自超导现象发现以来，科学界一直在寻找能解释超
导这一奇异现象的理论，先后提出唯象理论，BCS理论 等。这些理论各有其合理性，同时也存在局限性。他们 在机理上并不互相排斥，相反可以互相补充。但到目前 为止，所有理论的一个严重不足之处就是，他们并不能 预测实际的超导材料的性质，也不能说明由哪些元素和 如何配比时才能得到所需临界参量的超导材料，尤其对 于高温超导现象还没有比较完善的理论加以解释。下面 简单介绍解释超导电现象的理论和微观机制。
晶体中电子是处于正离子组成的晶格环
境中，带负电荷的电子吸引正离子向它
靠拢；于是在电子周围又形成正电荷聚
集的区域，它又吸引附近的电子。电子
间通过交换声子能够产生吸引作用。
电子与正离子相互作用形 成库柏电子对示意图
当电子间有净的吸引作用时，费密面附近的两个电子将
形成束缚的电子对的状态，它的能量比两个独立的电子的总
导电高分子
. 氧化
I2
A
阳离子自由基（极化子）
还原
Li
Li+
阴离子自由基（极化子）
p-型导电体 n-型导电体
导电聚合物掺杂的特点
b) 从物理角度看，掺杂是反离子嵌入的过程， 即为了保持电中性，掺杂伴随着阳离子/阴 离子进入高聚物体系，同时，反离子也可以 脱离高聚物链 — 脱掺杂。
c) 掺杂和脱掺杂是一个可逆过程，这在二次电 池的应用上极为重要；
CH
CH
AlEt 3/Ti(OBu) 4 Toluene
CH CH n
电化学聚合：聚吡咯 Poly(Pyrrole)
阳极氧化
自由基偶合
-e N
. N
H
H
脱质子 - H+
H N N H
H N N H
Poly(Pyrrole)
5、研究导电聚合物的意义
a) 理论意义 导电聚乙炔的发现从结构上在高分子与 金属之间架起了一座桥梁。
特点：制备简单、成本较低
4. 导电高分子的特点
石英
金刚烷
导电聚合物
未经掺杂
经掺杂
Pt
PE Si
Ge
Bi Cu
石墨
10-18 10-16 10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 10 102 104 106
(S/cm)
几种材料电导率的比较
属于分子导电物质（金属导电体：金属晶体导电物质） 通过掺杂，电导率变化范围宽广（10-9~105 S/cm） 具有颗粒或纤维结构的微观形貌。颗粒或纤维本身具 有金属特性，而它被绝缘的空气所隔绝，成为“导电 孤岛” 具有良好的物理、化学特性：较高的室温电导率、可 逆的氧化-还原特性、掺杂时伴随颜色变化、大的三阶 非线性光学系数等。
超导体
二.超导体的特性
零电阻性： 零电阻性：超导材料处于超导态时电阻 为零，能够无损耗地传输电能。 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。 完全抗磁性： 完全抗磁性：超导材料处于超导态时， 只要外加磁场不超过一定值，磁力线不 能透入，超导材料内的磁场恒为零。
约瑟夫森效应： 约瑟夫森效应：两超导材料之间有一薄 绝缘层（厚度约1nm）而形成低电阻连 接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流， 而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成 了超导体。 同位素效应： 同位素效应：超导体的临界温度Tc与其 同位素质量M有关。M越大，Tc越低， 这称为同位素效应。
3.超导体的前景
材料化学
成员： 聂军 张朝阳 齐顺城 桑伟华 帅猛
超导体
1.超导体概念 2.超导体理论 3.超导体应用
1．超导体概念
超导体定义：在足够低的温度和足够弱 的磁场下，其电阻率为零的物质。 超导态：超导体在超低温度下电阻为零 的状态。 正常态：当温度升高而电阻不为零的状 态。 超导体临界温度：材料从正常态转变为 超导态而电阻消失时的温度。
插曲（电阻的本质）
为什么电阻会为零？我们就得要知道电阻 的本质，是什么形成了电阻！ 电阻的来源：就金属而言金属正离子是 以某一固定位置为中心做热震动的，对 自由电子的流通具有阻碍作用。 （这就是为什么温度足够低时金属电阻为 零。个人猜想）
超导理论简介
BCS理论是以近自由电子模型为基础 是在电 理论是以近自由电子模型为基础,是在电 理论是以近自由电子模型为基础 子－声子作用很弱的前提下建立起来的理论。 声子作用很弱的前提下建立起来的理论。 BCS 理论 （BCS theory）是解释常规超导 理论[1] 体的超导电性的微观理论：某些金属在极低 超导电性的微观理论： 超导电性的微观理论 的温度下，其电阻会完全消失，电流可以在 其间无损耗的流动，这种现象称为超导。超 导现象于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理论把超导现象看作一种 宏观量子效应。它提出，金属中自旋和动量 相反的电子可以配对形成所谓“库珀对 库珀对”， 库珀对 库珀对在晶格当中可以无损耗的运动，形成 超导电流。 超导电流
《有机导体与超导体》课件
2 有机导体与超导体
的应用价值
探讨有机导体和超导体 在能源、通信等方面的 实际应用价值。
3 对未来研究的展望
提出有机导体与超导体 领域的未解之谜和潜在 研究方向。
参考文献
参考书目
列举主要的相关专业书籍和期刊。
参考论文
介绍开展有机导体和超导体研究的重要论文。
有机导体与超导体的关系
1 有机超导体的发现历史
追溯有机超导体的历史发展和重要里程碑。
2 有机超导体研究现状
介绍当前有机超导体研究的热点领域和进展。
3 有机导体与超导体的比较与展望
对有机导体和超导体的特性进行对比，展望未来研究的方向。
结语
1 有机导体与科学和电子学领 域的未来发展。
《有机导体与超导体》 PPT课件
Explore the fascinating world of organic conductors and superconductors with this engaging presentation. Discover their characteristics, mechanisms, applications, and more.
概述
1 有机导体的基本特点 2 超导体的基本特点
了解有机导体的电导特 性及其与传统导体的区 别。
探索超导体的零电阻效 应及其在电子学领域的 重要性。
3 有机导体与超导体
的关系
揭示有机导体与超导体 之间的相互作用和联系。
有机导体
1 有机导体的定义及分类
介绍有机导体的基本概念和各种分类方法。
2 有机导体的导电机制
解析有机导体中电荷传输的机制和理论基础。
3 有机导体在电子学领域的应用
超导简介_精品文档
➢1935年 London 兄弟在二流体模型的基础上从电动力学的角度出发提 出了London模型，首次引入了穿透深度的概念。
➢A. B. Pippard 在五十年代初仔细研究了穿透深度随外加磁场的变化， 并从中提出了相干长度的概念并且建立了非局域方程。
合金超导体来说是目前种类最多的超导体，早在1961年B. W. Toberts 就列出了450多种。在进入21世纪之前其最高Tc一直是由Nb3Ge保持的， 转变温度接近23.2K 。直到2001年，MgB2的发现，才打破了这一纪录。 这种结构简单的二元化合物超导转变温度达到了39K。
NaCl型
NbN ZrN NbC MoC TaC
铜氧化物超导体：
➢1986年，IBM苏黎世实验室的两位科学家G. Bednorz和K. A. Muller发现在 La-Ba-Cu-O体系中存在30K的超导转变。 ➢1987年初，中国科学院物理研究所的赵忠贤小组和美国休斯敦大学的朱经 武、吴茂昆等人各自独立发现了在Y-Ba-Cu-O体系中90K以上的超导转变温 度。人们首次将超导转变温度提升到了液氮温区以上。 ➢1988年日本科学家H. Maeda等人在BiSrCaCu2Ox材料中发现临界温度在 105K以上。同年，人们在Tl-Ba-Ca-Cu-O体系中也发现了临界温度在100以 上的超导电性。 ➢1993年A. Schilling等人发现Hg-Ba-Ca-Cu-O的最高转变温度常压下达到 133K ➢1994年朱经武等人报道在30GPa的高压下可以将Tc提高到164K。
基本性质与理论
•基本性质 •Ginzburg-Landau 理论 •BCS理论
超导体
1911年2月，掌握了液氦和低温技术的卡末林·昂尼斯发现，在4.3K以下，铂的电阻保持为一常数，而不是 通过一极小值后再增大。因此卡末林·昂尼斯认为纯铂的电阻应在液氦温度下消失。为了验证这种猜想，卡末 林·昂尼斯选择了更容易提纯的汞作为实验对象。首先，卡末林·昂尼斯将汞冷却到零下40℃，使汞凝固成线状； 然后利用液氦将温度降低至4.2K附近，并在汞线两端施加电压；当温度稍低于4.2K时，汞的电阻突然消失，表现 出超导状态。
超导体已经进行了一系列试验性应用，并且开展了一定的军事、商业应用，在通信领域可以作为光子晶体的 缺陷材料。
背景
超导体的发现与低温研究密不可分。在18世纪，由于低温技术的限制，人们认为存在不能被液化的“永久气 体”，如氢气、氦气等。1898年，英国物理学家杜瓦制得液氢。1908年，荷兰莱顿大学莱顿低温实验室的卡末 林·昂内斯教授成功将最后一种“永久气体”——氦气液化，并通过降低液氦蒸汽压的方法，获得1.15~4.25K的 低温。 低温研究的突破，为超导体的发现奠定了基础。
BCS理论认为，金属中自旋和动量相反的电子可以配对形成库珀对，库珀对在晶格当中可以无损耗的运动， 形成超导电流。对于库珀对产生的原因，BCS理论做出了如下解释：电子在晶格中移动时会吸引邻近格点上的正 电荷，导致格点的局部畸变，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，没有电阻，形成超导电流。
《有机导体与超导体》课件
有机超导体是指由有机分子和无机元 素组成的材料，这些材料在低温下能 够展现出超导体的特性，即零电阻和 完全抗磁性。
有机超导体的特性
总结词
有机超导体具有一些特殊的物理性质，如低温下的超导电性、高临界温度等。
详细描述
有机超导体在低温下表现出超导电性，即电阻为零，完全抗磁性，能够实现无 损耗的电流传输。此外，一些有机超导体还具有较高的临界温度，使得超导态 的维持更加容易实现。
调控材料性质
通过调控材料的化学结构和物理状态 ，有可能诱导有机导体展现出超导特 性。
通过合成新的有机材料，有可能发现 具有超导特性的有机导体。
04
有机超导体的研究进展
有机超导体的研究现状
当前研究重点
探索有机超导体的物理机制和实现条件，提高超导转 变温度。
实验方法
利用分子束外延、化学气相沉积等方法制备高质量有 机超导体薄膜，进行电学、磁学等性质测量。
案例三：有机超导体在医疗领域的应用
总结词
有机超导体在医疗领域的应用具有巨大的潜力，能够 提高医疗设备的性能和治疗效果。
详细描述
随着医疗技术的不断发展，医疗设备的性能和治疗效 果要求越来越高。有机超导体作为一种新型的超导材 料，具有高超导电性能、良好的生物相容性和可加工 性好等优点，因此在医疗领域具有广泛的应用前景。 例如，在核磁共振成像、放射治疗、生物传感器等方 面，有机超导体可以提高医疗设备的性能和治疗效果 ，为提高人类健康水平和生活质量提供新的解决方案 。
两者都是导体
有机导体和超导体都具有导电性，能够传输电 流。
依赖材料性质
有机导体和超导体的导电性能都与材料的性质 密切相关。
低温下的特殊性质
在低温下，某些有机导体和超导体展现出特殊的物理性质。
7 有机导体
一 研究概况应用有机化学有机化合物是共价键化合物，其晶体是分子晶体，分 子间是范德华力相互作用，长期以来一直作为优良的绝缘第七章 有机导体体。
但在 20 世纪初，科学家 Mccoy 和 Moore就曾预言“人 们有可能制备出不含金属元素的有机金属导体。
”通常导电高分子的结构特征是由有高分子链结 构和与链非键合的一价阴离子或阳离子共同组成。
即在导电高分子结构中，除了具有高分子链外，还 含有由“掺杂”而引入的一价对阴离子（p型掺杂） 或对阳离子（n型掺杂）。
材料导电性的表征 根据欧姆定律，当对试样两端加上直流电压V 时，若流经试样的电流为I，则试样的电阻R为：V I 电阻的倒数称为电导，用G表示： R=G= I V电阻，单位为欧姆，代号Ω； 电导率，单位为西门子，代号用S，电阻和电导的大小不仅与物质的电性能有关， 还与试样的面积S、厚度d有关。
实验表明，试样的 电阻与试样的截面积成反比，与厚度成正比：d S 同样，对电导则有： R=ρG =σ S d上两式中，ρ称为电阻率，单位为（Ω·cm）， σ称为电导率，单位为（Ω-1·cm-1）。
显然，电阻率和电导率都不再与材料的尺寸有 关，而只决定于它们的性质，因此是物质的本征参 数，都可用来作为表征材料导电性的尺度。
在讨论材料的导电性时，更习惯采用电导率来 表示。
11970 年Wudl 成功合成有机电子给体 TTF（四硫富瓦烯） 1973 年 Ferraris等发现的 TTF 与电子受体 TCNQ（7,7,8,8-四氰基材料导电率范围 材料 绝缘体 半导体 导 体 超导体 电导率 /Ω-1·cm-1 Ω ＜10-10 ＜ 10-10～102 102～108 ＞108 典 型 代 表 石英、聚乙烯、聚苯乙烯、 石英、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四 氟乙烯 硅、锗、聚乙炔 汞、银、铜、石墨 、铌铝锗合金 铌(9.2 K)、铌铝锗合金(23.3K)、 、 聚氮硫(0.26 K) 聚氮硫对亚甲基苯醌）所形成的有机电荷转移复合物（C.T.C），其 室温电导率可达 103(S.cm-1)，并随温度下降电导增大，到 58K 时 呈现巨大的电导峰，58K 以下电导呈半导体温度关系，更低温度 时则变成绝缘体。
超导体的理论和实验研究
超导体的理论和实验研究超导体是一种在极低温度下表现出零电阻电流通能力的物质，它是现代物理学和工程学的重要研究领域之一，因为它的性质与许多应用有关，包括能源传输、电子设备和磁共振成像等。
本文将介绍超导体的理论和实验研究，以及这些研究在实际应用中的潜力。
超导体理论超导体理论的起始点可以追溯到1911年，尤金·恩斯特·哈赛和海因里希·卡鲁伊斯提出了超导现象的解释。
他们认为，超导电性是由电子对形成引发的，即两个电子成对地在晶格中移动，因而形成一种无阻包络态。
但这个理论并没有解释出超导临界温度，此后研究者又提出BSC理论，它认为，超导电性是由电子间的库伦吸引力所产生的，而这种吸引力只能在低温高纯度状态下才会出现，所以超导材料的温度低于某一临界温度时才会产生超导电性。
超导体实验研究实验研究是超导体研究的基础，它可以有效地验证超导体理论的正确性，也可以为实际应用提供足够的实验数据。
首先来介绍超导材料的制备和检测。
超导体的制备是非常复杂和耗费成本的过程，需要满足极低温，高压、高纯等条件。
从材料的制造、约束、代码阐明到实验室的构建，一切都要精准计算，才能达到预期效果。
接下来是超导体的性质研究。
超导体的理论基础是复杂的。
但超导体性能随温度变化的关系是最为重要的研究。
在超导温度下，超导体会出现零电阻的特点，并且磁场作用下失超导的超导样品的磁滞现象是研究者们经常利用的工具。
越来越多的实验研究表明，超导材料中的单粒子和两个粒子最为关键，如何控制和制备这些粒子是解决超导体研究的核心问题之一。
另外，也需要充分调查超导体的微观特性和相变行为。
超导体在实际应用中的潜力超导体理论和实验研究的深入，进一步推动了超导体在实际应用中的各种可能性。
一方面，超导体的零电阻特性可以用于构建大功率电缆和稳定的电源，有效提高了能源传输的效率和可靠性。
另一方面，超导体的磁性和巨磁效应在医学和物理学中具有广泛的应用。
如磁共振成像技术已经成为现代医学诊断中的重要手段。
第三章超导材料-PPT
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。
超导理论
超导研究超导理论超导电性的发现1908年荷兰物理学家H.开默林－昂内斯液化氦成功，从而达到一个新的低温区（4.2K以下），他在这样的低温区内测量各种纯金属的电阻率。
1911年，他发现，当温度降到4.2K附近时，汞样品的电阻突然降到0。
不但纯汞，而且加入杂质后,甚至汞和锡的合金也具有这种性质。
他把这种性质称为超导电性。
超导体的基本性质临界温度T c 超导体由正常态转变为超导态的温度。
临界磁场B C对于超导体，只有当外加磁场小于某一量值时，才能保持超导电性，否则超导态即被破坏，而转变为正常态。
这一磁场值称为临界磁场B C。
同样，超导体也存在一临界电流I C。
临界磁场与温度的关系为H C＝H o[1-(T/T c)2],式中H o为0K时的临界磁场。
电阻等于零是超导体的最显著的特性。
如果将一金属环放在磁场中,突然撤去磁场,在环内就会出现感生电流。
金属环具有电阻R和电感L。
由于焦耳热损耗,感生电流会逐渐衰减到零，衰减速度与L和R的比值有关,L/R的值越大，衰减越慢。
如果圆环是超导体，则电阻为零而电感不为零；因此电流会毫不衰减地维持下去。
这种“持续电流”已在多次实验中观察到。
测量超导环中持续电流变化的实验给出，样品铅的电阻率小于3.6×10-2欧姆厘米，它比铜在室温下的电阻率1.6×10-6欧姆厘米还要小4.4×1016倍。
这个实验结果表明超导体的电阻率确实是零。
零电阻测试装置:零电阻现象可以采用四引线法，通过样品的电阻随温度的变化来进行测量。
迈斯纳效应（理想抗磁性）是超导体的另一个特征。
磁力线不能穿过它的体内，也就是说超导体处于超导态时,体内的磁场恒等于零。
超导理论伦敦方程和唯象理论许多事实表明，超导体中的电子由两部分组成，一部分仍与普通导体中的电子相同，称为正常电子，遵从欧姆定律；另一部分具有超导电性，运动时不受任何阻力，称为超导电子。
1935年伦敦兄弟根据超导体的这两个基本性质，提出描述超导电子运动规律的方程式中J S是超导电流,C是光速,称为伦敦穿透深度，ｎs是超导电子的密度，ｍ、ｅ为电子的质量和电荷。
轻松入门超导体物理：重点知识点教案
超导体物理是材料科学中的一个重要分支，对于理解与利用超导体材料的特殊性质具有极大的意义。
然而由于其理论较为深奥，初学者常常很难摸索透彻。
针对这一问题，本文特别整理出了重点知识点及相关教案，给大家提供方便。
一、超导的基本概念超导物理的起源可以追溯到1911年荷兰物理学家海克·凡·德拉·杜克（Heike Kamerlingh Onnes）对汞的低温性质的研究。
当时他意外地发现在4.2K（即-268.95℃）以下的极低温度下，汞的电阻突然降为零。
这一现象就是超导（superconductivity），而呈现这种性质的物质被称为超导体。
超导是电阻消失的一种现象，它发生在特定的材料中，在临界温度以下，该材料的电阻为零。
同时超导还具有一些其他的特殊性质，例如它可以将磁场抵消掉、可以维持漂亮的稳定电流等。
因此，超导体常常被用来制造高效的电子设备，例如电感器、放大器和加速器等。
超导性质的解释涉及电子自由度的能量区间、电阻和超导相。
超导性质的产生还需要许多其他因素，包括电子的相互作用、材料的化学组成、材料结构的特殊性质以及温度等。
二、超导的典型特性超导体具有许多典型的特性，其中最突出的一些特性包括：1.零电阻：在超导温度下（即临界温度以下）超导体内的电流可以在不损耗电能的情况下持续流动。
2.零磁场：在超导状态下，超导体可以完全抵消磁场的影响，在其内部磁场一般为零。
3.超导态：在临界温度以下，超导材料的电阻瞬间下降为零，进入超导态。
4.马格努斯效应：当超导体受到施加的磁场时，它会产生一个竖直向上的力，这被称为马格努斯效应。
三、超导的应用与发展由于超导体具有极佳的电子特质和电场性质，所以已经广泛应用于各种领域，例如医疗技术、电子元器件、电传输、磁悬浮列车等。
此外，随着超导体物理学的发展，越来越多的超导体被发现和研究，比如近几年来大家所熟知的LaO$_{1-x}$F$_x$FeAs（1111）系和BaFe$_{2-x}$Co$_x$As$_2$（122）系等铁基超导体，以及伯利恒钪氧化物（BSCCO）等铜基超导体等。
导体超导体半导体绝缘体
导体超导体半导体绝缘体导体、超导体、半导体和绝缘体是物质的不同类型，在电子学和固态物理学中起着重要的作用。
它们在电流传导、能量传输和半导体器件等领域都有不同的应用。
在本文中，我们将深入探讨这些材料的特性、应用和区别。
一、导体1. 导体的特性导体是能够良好地传导电子的物质。
它们通常具有以下特性：- 高电导率：导体的电导率（用于衡量其导电能力）非常高，其电子能够轻松地在物质内自由移动。
- 低电阻率：由于电导率高，导体的电阻率很低，这意味着在给定的电压下，电子可以顺畅地通过导体。
- 自由电子：导体中的电子能够脱离原子，并以自由态形式存在。
2. 导体的应用导体在许多领域中都有广泛的应用，包括：- 电线和电缆：导体的高电导率使其成为电线和电缆的理想选择，用于输送电力和数据。
- 电子器件：导体材料如铜和铝在电子器件中起着重要作用，例如电路板和电动机。
- 传感器：某些导体材料具有感应外部环境变化的能力，可作为传感器使用。
二、超导体1. 超导体的特性超导体是在极低温下表现出零电阻的材料。
以下是其主要特性：- 零电阻：在超导态下，电流可以在超导体中无阻力地流动，极大地提高了电流的传导效率。
- 费米液体：超导体中的电子以费米液体的形式存在，其行为和统计特性与常规导体不同。
- 驱动电场：超导体可以抵抗外部驱动电场并排斥磁场的渗透。
2. 超导体的应用超导体的特殊性质使其在以下领域中具有广泛的应用：- 磁共振成像（MRI）：超导体磁体被广泛用于医学成像中，MRI技术得益于超导体的零电阻和强磁场能力。
- 磁悬浮列车：超导磁体的强磁场性质使其成为磁悬浮列车的理想选择，在高速交通中提供无接触的悬浮效果。
- 能源传输：超导体的零电阻特性可用于高效能源传输，例如超导电缆和超导输电线路。
三、半导体1. 半导体的特性半导体是介于导体和绝缘体之间的材料，具有以下特性：- 电导率介于导体和绝缘体之间：半导体的电导率较低，但会随着温度、电场和杂质浓度的变化而改变。
超导体原理与应用
超导体原理与应用超导体是一种在低温下具有零电阻和完全排斥磁场的特殊材料。
它的发现和应用给科学技术领域带来了革命性的变革。
本文将介绍超导体的原理、分类以及广泛应用的领域。
一、超导体的基本原理超导体的本质是一种在超低温下电阻为零的材料。
这一奇特的现象是由超导体内部电子和晶格之间的协同作用所导致的。
在超低温下，电子可以按照库珀对的形式，成对地运动，形成一种称为“库珀对”的量子态。
这些库珀对能够无耗散地传输电流，所以在超导体中电阻为零。
此外，超导体能够排斥磁场进入其内部，形成所谓的迈斯纳效应，这是超导体的又一个重要特性。
二、超导体的分类根据超导体的临界温度，我们可以将其分为高温超导体和低温超导体两类。
1. 高温超导体高温超导体是指临界温度高于液氮沸点（77K）的超导材料。
迄今为止，最高临界温度的高温超导体是铜氧化物系列材料。
高温超导体的发现极大地推进了超导技术的发展，使其应用范围得以进一步扩大。
2. 低温超导体低温超导体是指临界温度低于液氮沸点的超导材料，例如铅、铟等金属。
低温超导体普遍具有较高的超导电流密度和较好的超导稳定性，因此在一些特定领域仍然得到广泛应用。
三、超导体的应用超导体的独特性质使其在多个领域得到了广泛应用。
1. 磁共振成像（MRI）MRI是一种使用磁共振原理生成人体内部器官影像的检查技术。
超导体在MRI中起到了关键作用，通过超导体制成的磁体产生强大的磁场，用于激发和检测人体组织中的核自旋信号，进而生成高清晰度的影像。
2. 磁悬浮交通磁悬浮交通是一种基于超导体磁浮原理的先进交通方式。
超导体制成的磁轨能够产生高强度的磁场，使列车悬浮在轨道上，并通过超导体材料的零电阻特性，实现高速无摩擦运行。
磁悬浮交通具有速度快、安全性高等优点，被认为是未来城市交通的发展趋势。
3. 能源传输与储存超导体的低电阻特性使其成为电能传输与储存的理想材料。
采用超导材料制成的超导电缆，可以在长距离输电中减少能量损耗。
有机超导体
Little 激子模型
. . . . .
A
e
B
A 是导电高分子材料（如聚 乙炔）作为导电的主链， B是电子极化率大的侧链, (如：花青系色素分子)。当 电子沿着主链运动到A位时， 引起B处侧基的极化，
+
-
正电荷诱导电荷分离：靠近主链处感生正电荷，这个正电荷随着传 导电流的通过而变得极大，使随之而来的第二个电子被吸引到端部 的正电荷附近，形成相互维系着的激子，结果促进了两个传导电子 间的相互吸引。这个引力如果克服了传导电子间的库仑斥力，那么 两个电子仿佛相互成对，这有利于超导电状态的形成。 显然，这个模型类似与BCS理论的以“声子”为媒介的模型。应用 激子模型对BCS理论的公式Tc做适当修改后， Little 预言有机超导 体的转变温度可提高到2000K.
C60有机超导体的超导转变记录不断更新：
1991.4.
A.F.Hebard, A.R.Kortan K3-C60 Tc=18K; 1991.5. Rb-C60 Tc=28K; Cs-Rb-C60 Tc=33K; 1992.9. I2-C60 Tc=57K 科学家预言：当富勒烯的碳 原子数增加8倍，将会实现 室温超导，由此对未来世界 的各个领域产生不可估量的 影响。
高分子科学领域中下一个 诺贝尔奖会是谁呢？
谢谢大家！
超导态概述
1911年，荷兰物理学家昂尼(H.Kammerlingh-Onnes) 发现在4.2K附近，汞的电阻突然降为零，昂尼斯猜测 超导材料处于一种新的状态，他把这种状态叫超导态， 具有超导电性的材料叫超导体。超导体电阻降为零的 温度称为转变温度或临界温度Tc
昂尼斯因这一现象 的发现于1913年,获诺贝 尔物理学奖 o
超导体知识点
超导体知识点超导体是一种在低温下表现出无电阻和完全磁通排斥现象的材料。
在超导体中，电流可以在没有任何耗散的情况下持续循环流动，这使得超导体在电磁学和能源应用等领域具有巨大的潜力。
本文将介绍超导体的基本概念、超导机制、超导材料和超导应用等方面的知识。
一、超导体的基本概念超导体是指在一定的温度下，电阻可以降至零的材料。
超导现象的发现可以追溯到1911年，在极低温下，荷兰物理学家海克·卡末林发现了汞的超导性。
此后，人们又陆续发现了其他材料也具有类似的特性。
二、超导机制超导现象的产生与电子之间的库仑相互作用密切相关。
在常规金属中，电子在受到温度和其它杂质的影响下会散射，从而产生电阻。
但在超导体中，电子可以通过与晶格振动相互作用，形成库伦对并在晶格中自由传输。
这种电子的凝聚状态使得电流可以在超导体中无阻力地流动。
三、超导材料超导材料可以分为低温超导体和高温超导体两类。
1. 低温超导体低温超导体需要在极低的温度下才能表现出超导特性。
常见的低温超导体包括铅（Pb）、汞（Hg）和锡（Sn）等。
2. 高温超导体高温超导体是指在相对较高的温度下表现出超导特性的材料。
这些材料通常包含氧化物，如铜氧化物（cuprate）、铁基超导体和镨钐铁钛基超导体等。
高温超导体的发现极大地推动了超导技术的发展，因为相对较高的工作温度使得超导体可以更方便地应用于实际生活中。
四、超导应用超导体在多个领域具有广泛的应用前景。
1. 能源传输超导体的无电阻特性使其成为输电线路的理想选择。
通过将输电线路用超导体替代传统的铜导线，可以大大减少能量损失。
2. 磁共振成像（MRI）超导体在医学领域的应用主要体现在磁共振成像技术中。
磁共振成像利用超导体产生的高强度磁场和射频脉冲，可以获得人体内部组织的高清影像，用于诊断和研究。
3. 磁悬浮交通超导体还可以应用于磁悬浮交通领域。
由于超导体可以在磁场中排斥磁通线，使得超导体制成的轨道可以与磁浮车辆产生浮力，从而实现摩擦减小、高速运行的效果。
金属有机导体半导体和超导体
3 收稿日期 : 2007 - 03 - 12 3 基金项目 : 国家自然科学基金项目 (No120361002) , 国家自然科学基金地区基金联合资助项目 (No130460153) 1 作者简介 : 邓记华 (1979 - ) , 女 , 硕士 , 湖南邵阳人 , 研究方向 : 配位化学.
·4·
近年来由于工业界和学术界的大量投入 , 有机 电致发光技术已经得到了很大的发展. 用 A lQ 制 成的 EL背照明显示器件已作为产品投放市场 , 由 于有机 EL 是目前唯一被公认为能够同时拥有低耗 电性 、出色的发光品质及可达 160视角的最先进的 显示技术 , 相信在不久的将来它一定会被成功地推 广到全彩色平板显示器的市场上. 112 非线性光学材料
我国金 属有 机化 学 的 系 统 研 究 起 步 较 晚 [ 2 ]. 解放前 , 金属有机化学在我国几乎是一个空白领 域 , 仅做了些零星的工作. 解放后 , 我国的金属有 机化学才得以建立和发展. 首先是结合消灭血吸虫 病的任务 , 制备了许多有机锑化合物 ; 其次 , 结合 农药开展了对有机磷化合物的研究 ; 再就是开展有 机硅化合物的研究. 目前 , 我国的有机硅工业已经 建立 , 硅橡胶 、硅树脂 、硅凝胶 、硅油和硅偶联剂 等五大品种已工业化 , 并在国防和国民经济中得到 应用. 接着一些有机化学家开创了有机硼 、有机锡 等研究领域. 从 70 年代后期到现在 , 金属有机化 学逐步得到发展 , 主要是金属有机化合物的络合催
近年来 , M arder等合成了一系列带二茂铁基 团的吡啶季铵盐 (如图 3 ) , 其中当 X—为碘阴离 子时 , 化合物的粉末倍频效应为尿素的 220 倍 [ 8 ] , 这是迄今为止金属有机化合物中粉末倍频效应最强 的化合物.
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B.光化学偶合 在六丁基二锡、三乙胺、三烷基磷酸 酯等的存在下，硫酮及其它许多衍生 物，在室温下，都可经紫外光辐射而 偶合为四硫代富瓦烯的衍生物
有机导体与超导体 简介和理论
R1
S
h
Y
R1
S
S R1
Bu3SnSnBu3
or Et3N or (RO)3P
R1
S
S
R1
S R1
h
*
R1
S
R1
S
SnBu3
有机导体与超导体简介和理论
有机导体与超导体简介和理论
2.1 引 言
迄今为止，有机超导体的数量已经达 到40多个；主要有三类：
★ 电荷转移复合物；
★ C60掺杂； ★ 氧化聚丙烯
有机导体与超导体 简介和理论
第一类：电荷转移复合物
巳发现的40多种有机超导体中，大部 分属于由电荷给体(D)和电荷受体(A) 结合而成的电荷转移复合物(Charge Transfer Complex,简写为：CTC)， 而且大多是准二维或三维结构
有机导体与超导体 简介和理论
X
X
X
X
X=S: TTT X=Se: TSeT
有机导体与超导体 简介和理论
S S
S S
S S
S S
C6S8
有机导体与超导体 简介和理论
YX
XY
YX
XY
C6X4Y4
Y
R'
Y RY
X
X
X
X
capped
X
X
Y
R'
Y YR
RY
X
X
uncapped
YR
YX
X YR
R'
Y有机X导体与X超导Y体R semicapped
R1 X
Y'R
R1
X
orR2N ( 3P )
R1
X
X=S Y=S,Se
有机导体与超导体 简介和理论
X
R1
X R1
X
R1
X R1
MeS MeS
S
-0.6V
SEt
S
CH3CN
MeS MeS
S SEt S S EtS S
CCl4
MeS
S
S
MeS
S
S
有机导体与超导体 简介和理论
SMe SMe
SMe SMe
简介和理论
BEDT-TTF: X,Y=S,R'=(CH2)n ,n=2 X,Y=S, R'=-CH=CH-
X=S, Y=Se, R'=(CH2)2
TTCn-TTF:X=S, R=CnH2n+1 ,Y=S TTC10-TTF: n=10 TSeCn-TTF:Y=Se TTeCn-TTF:Y=Te TTeC1-TTF:Y=Te, n=1
有机导体与超导体 简介和理论
★ 构成有机超导体的受体和给体
H3C
Se
Se
CH 3
S
S
S
S
H3C S
Se
Se
CH 3
TMTS F
S
Se
CH 3
S S
S S
BEDT -T TF(or ET )
O
S
S
O
S S
Se
CH 3
O
S
S
O
DM ET
BEDO-TTF(or BEDO)
S
S
S
S
S
S
S
M
S
S
S
S
S
S
MD T-TT F
R1
X
X
R3
X=S:
TTF DETTF TMTTF TETTF TPTTF HMTTF DBTTF
X R2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
X R4
R1=R2=R3=R4=H
R1=R2=H,R3=R4=C2H5
R1=R2=R3=R4=CH3
R1=R2=R3=R4=C2H5
R1=R2=R3=R4=C3H7
R1-R2=R3-R4=(-CH2-)3
物的偶合法合成
A．三价磷试剂偶合
用三价磷试剂（如三烷基磷、三芳基磷、 三烷基亚磷酸酯和三芳基亚磷酸酯等） 把1，3-二硫代戊烯-2-硫酮或其同系物、 衍生物偶合起来
有机导体与超导体 简介和理论
R1 X
R3Por (RO)3P
Y
R1 X
R1
X
R1
X
X=S,Se Y=O,S,Se
R1 X
R3Por (RO)3P
NC
CN
F4TCNQ
DCNQ有I 机导体与H超CB导D 体 简介和理论
NC
CN
S S
NC
CN
d
NC
CN
S
S
S
NC
CN
N S
N
N S
N
S
S
M
S
S
NC
CN
S
S
S
e
M (dm it)2
有机导体与超导体
简介和理论
S
S
M
S
S
NC
CN
M (m nt)2
2.3 有机电子给体和受体的合成
1、对称的四硫族元素取代的富瓦烯衍生
有机导体与超导体 简介和理论
受体（Acceptor）
NC
CN
NC
CN
NC
CN
O
I
X
CH3
F
I
X
H3C
O
NC
CN
NC
CN
X=Cl:p-Chloranil X=I :p-Iodanil
T有CN机Q 导体与超导D体MTCNQ 简介和理论
NC
CN
FTCNQ
NC
CN
F
F
CN
N
NC
CN
F
F
NC CN
N
NC
CN NC
简介和理论
第三类：氧化聚丙烯
1993年俄罗斯科学家Grigorov等在 经过氧化的聚丙烯体系中发现了从室 温(293K)到700K都呈超导性的有机超 导体，这是迄今为止报道的唯一在室 温下具有超导性的有机化合物
有机导体与超导体 简介和理论
2.2 常见的有机电子给体和受体
电子给体（Donor ）：
S
Se
Se
S
1,6-DTP
S
S
Se
Se
FTSeT
CH3 Se
CH3
S
Se
F
S
Se
CH3
a
N
S
S
S
S
S
Se CH3
N
S
S
S
b
c
有机导体与超导体
简介和理论
中性自由基（Neutral Radical）
O2N
C3H
N
CN
NN
N2OO
CH
O
N
O2N
H
DPPN
Galvinoxyl
N-甲 基 -2-氰 基 吩 嗪
R1-R2=R3-R4=(CH=CH)2
有机导体与超导体
简介和理论
R1
X
X
R3
X R2
X R4
X=Se: TSeF TMTSeF HMTSeF DEDMTSeF
X=Te: TTeF HMTTeF
R1=R2=R3=R4=H R1=R2=R3=R4=CH3 R1-R2=R3-R4=(-CH2-)3 R1=R2= CH3,R3=R4=C2H5 R1=R2=R3=R4=H R1=R2=R3=R4=(-CH2-)3
有机导体与超M导(dm体it)2
简介和理论
S S
S
第二类：C60★掺杂
有机导体与超导体 简介和理论
C60 :中国科学家把它译为“球烯”、“足 球烯”、“富氏球”、“巴基球” ,是不导电 的绝缘体 , C60的最低能级轨道，易接 受6个电子，掺入碱金属后，C60从碱金 属得到电子形成电荷转移复合物盐。美 国贝尔实验室报道由C60掺铷实现超导， 转变温度28K,由C60经铯、铷掺杂后， 其超导转变温有度机导为体3与3超K导体
有机导体与超导体 简介和理论
(TMTSF)2PF6
第一个
(BEDT-TTF)2I3
(BEDT-TTF)2Cu(SCN)2
(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br
(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Cl
Tc= 1.4K Tc= 8.0K Tc= 10.4K Tc= 11.5K Tc= 12.5K