《材料物理性能》课程教学课件（PPT讲稿）超导材料

超导材料

超导材料

超导材料 超导材料概述 。发展历史 。产生条件 。两个特征 。两类超导体 。微观机制 高温超导材料 超导材料的应用

超导材料 超导材料概述 发展历史 产生条件 两个特征 两类超导体 微观机制 高温超导材料 超导材料的应用

超导材料 一1908年，荷兰物理学家莱 顿大学的昂纳斯(Heike Kamerlingh Onnes)首 次成功地把称为“永久气 体”的氨液化，因而获得 4.2K(-268.8℃)的低温源， 丰素林，都程瓶 为超导准备了条件

超导材料 1908年，荷兰物理学家莱 顿大学的昂 纳斯 (Heike Kamerlingh Onnes) 首 次成功地把称为“永久气 体”的氦液化，因而获得 4.2K (-268.8℃) 的低温源， 为超导准备了条件

1911年，昂纳斯在测 0.150 试纯金属电阻率的低温特 0.125 性时，他又发现，汞的直 0.100 流电阻在4.2K左右低温时 突然消失，他认为这时汞 90075 进入了一种以零阻值为特 征的新物态，并称为“超 0.030 导态”，； 称这种处于超导 0.025 状态的导体为超导体。超 10 导体电阻突然变为零的温 0.000 0400+.10如4.304.4如 度叫超导临界温度(Tc)。昂 店 纳斯在1911年12月28日宣 布了这一发现。由于他的 Hg的超导现象 这一发现获得了1913年的 诺贝尔奖

 1911年，昂纳斯在测 试纯金属电阻率的低温特 性时，他又发现，汞的直 流电阻在4.2K左右低温时 突然消失，他认为这时汞 进入了一种以零阻值为特 征的新物态，并称为“超 导态” ，称这种处于超导 状态的导体为超导体。超 导体电阻突然变为零的温 度叫超导临界温度(Tc)。昂 纳斯在1911年12月28日宣 布了这一发现。由于他的 这一发现获得了1913年的 诺贝尔奖

一、超导材料概述 一.发展历史 口1911年一0nnes发现Hg,现已有5000种。 中1911一1932年— 元素超导体，Pb、Sn、In、Ta、Nb、Ti等。 ▣ 1933年—迈斯纳(Meissner)和奥森菲尔德发现迈斯纳效应。 口1933一1953年—合金、过渡金属碳化物和氮化物。 中1953-1973年一T.>17K的V3Si、Nb3Sn等。1957年，BCS理论被提出。 1969年/超导纤维研制成功。 中1973年一Nb3(A10.75Ge0.25),Nb3Ga、NbGc等，最高T=23.2K。 金属氧化物超导体被发现，BaPb,Bi1.xO3。 1915年—500Km/h的磁悬浮列车研制成功。 1986年一瑞士苏黎世BM实验室以及朱经武发现T,=52K的BaLaCuO。 1987年赵忠贤、陈立泉研制成功T=93K的YBaCuO。 口988~2000年高温超导迅猛发展，T不断升高，已达132K

一、超导材料概述  1911年——Onnes发现Hg，现已有5000种。  1911—1932年——元素超导体，Pb、Sn、In、Ta、Nb、Ti等。  1933年——迈斯纳（Meissner ）和奥森菲尔德发现迈斯纳效应。  1933—1953年——合金、过渡金属碳化物和氮化物。  1953—1973年——Tc>17K的V3Si、Nb3Sn等。1957年，BCS理论被提出。 1969年，超导纤维研制成功。  1973年——Nb3(Al0.75Ge0.25)，Nb3Ga、NbGe等，最高Tc=23.2 K。 金属氧化物超导体被发现，BaPbxBi1-xO3。  1975年——500Km/h的磁悬浮列车研制成功。  1986年——瑞士苏黎世IBM实验室以及朱经武发现Tc=52K的 BaLaCuO。  1987年——赵忠贤、陈立泉研制成功Tc=93K的YBaCuO。  1988~2000年——高温超导迅猛发展，Tc不断升高，已达132K。 一. 发展历史

超导材料在液氮以上温度工作，可以说 是20世纪内科学技术上的重大突破，也是超 导技术发展史上的一个新的里程碑。至今， 对高温超导材料的研究仍然方兴未艾

超导材料在液氮以上温度工作，可以说 是20世纪内科学技术上的重大突破，也是超 导技术发展史上的一个新的里程碑。至今， 对高温超导材料的研究仍然方兴未艾

二、超导材料产生茶条件 口三个基本的临界参量 > 临界温度T。一外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导 态（或相反）的温度，以T表示。T值因材料不同而异。已测 得超导材料的最低T是钨，为0.012K。 >临界磁场H。一使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所 需的磁场强度，以H表示。H与温度T的关系为H。=H1 (T/T。)21,式中H为0K时的临界磁场。 临界电流和临界电流密度J。一通过超导材料的电流达到 十定数值时也会使超导态破态而转变为正常态，以1表示。 1。一般随温度和外磁场的增加而减少。单位截面积所承载的 称为临界电流密度，以J表示

二、超导材料产生条件  三个基本的临界参量 ➢ 临界温度Tc——外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导 态(或相反)的温度，以Tc表示。 Tc值因材料不同而异。已测 得超导材料的最低Tc是钨，为0.012K。 ➢ 临界磁场Hc——使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所 需的磁场强度，以Hc表示。 Hc与温度T 的关系为Hc=H0 [1- (T/Tc ) 2 ]，式中H0为0K时的临界磁场。 ➢ 临界电流Ic和临界电流密度Jc——通过超导材料的电流达到 一定数值时也会使超导态破态而转变为正常态，以Ic表示。 Ic一般随温度和外磁场的增加而减少。单位截面积所承载的 Ic称为临界电流密度，以Jc表示

二.超导材料产生茶件 临界温度T。、临界磁场H。、临界电流J是约束超导现象的三大临界条 件。 >当温度超过临界温度时，超导态就消失；同时，当超过临界电流或者 临界磁场时，超导态也会消失，三者具有明显的相关性。 > 只有当上述三个条件均满足超导材料本身的临界值时，才能发生超导 现象。 电流密度】 (0 正常 T-H-临界面 临界磁场 超导 杨 温度7 温度 图6.1超导状态的T-H-J临界面 图4.2.4表示其临界场随温度 (临界面内为超导状态；临界面外为 而变化的超导体相团 正常状态》

二. 超导材料产生条件 ➢ 临界温度Tc、临界磁场Hc、临界电流Jc是约束超导现象的三大临界条 件。 ➢ 当温度超过临界温度时，超导态就消失；同时，当超过临界电流或者 临界磁场时，超导态也会消失，三者具有明显的相关性。 ➢ 只有当上述三个条件均满足超导材料本身的临界值时，才能发生超导 现象

三.超导材料的两个特征 零电阻现象 Meissner2效应（完全 抗磁性) 磁体可以 悬浮在 超导体 温度/K 上面 9

9 零电阻想象和Meissner效应 Meissner效应（完全 抗磁性） 磁体可以 悬浮在 超导体 上面 零电阻现象 温度 / K 电阻 /Ω 三. 超导材料的两个特征

三.超导材料的两个特征 特性一：完全导电性（零电阻），超导体进入超导态时，其电阻率实 际上等于零。例如：室温下将超导体放入磁场中，冷却到低温进入超 导状态，去掉外加磁场后，线圈产生感生电流，由于没有电阻，此电 流将永不衰减。即超导体的“持久电流”。 60 40 20- 0 50 100 150 200 250 300 0 TIK 图14高温超导体YBC0电阻随温度变化的曲线

三.超导材料的两个特征  特性一：完全导电性（零电阻），超导体进入超导态时，其电阻率实 际上等于零。例如：室温下将超导体放入磁场中，冷却到低温进入超 导状态，去掉外加磁场后，线圈产生感生电流，由于没有电阻，此电 流将永不衰减。即超导体的“持久电流