超導陶瓷材料

1、超導體超導體 superconductivity 某些物質(zhì)在一定溫度條件下電阻降為零的性質(zhì)稱為某些物質(zhì)在一定溫度條件下電阻降為零的性質(zhì)稱為超導電性超導電性。 低于某一溫度出現(xiàn)超導電性的物質(zhì)稱為低于某一溫度出現(xiàn)超導電性的物質(zhì)稱為超導體超導體。 從電阻不為零的正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢B(tài)的溫度稱為從電阻不為零的正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢B(tài)的溫度稱為超導臨界溫度超導臨界溫度T Tc c。 超導體的電阻率小于目前所能檢測的最小電阻率超導體的電阻率小于目前所能檢測的最小電阻率1010-26-26cmcm，可，可以認為電阻為零。以認為電阻為零。 特性一特性一：完全導電性，：完全導電性，超導體進入超導態(tài)時，其電阻率實際上超導體

2、進入超導態(tài)時，其電阻率實際上等于零。例如：等于零。例如：室溫下將超導體放入磁場中，冷卻到低溫進入超導室溫下將超導體放入磁場中，冷卻到低溫進入超導狀態(tài)，去掉外加磁場后，線圈產(chǎn)生感生電流，由于沒有電阻，此電狀態(tài)，去掉外加磁場后，線圈產(chǎn)生感生電流，由于沒有電阻，此電流將永不衰減。即超導體的流將永不衰減。即超導體的“持久電流持久電流”，見圖，見圖 特性二特性二：完全抗磁性，：完全抗磁性，不論開始時有無外磁場，只有不論開始時有無外磁場，只有T TTcTc，超，超導體變?yōu)槌瑢B(tài)后，體內(nèi)的磁感應強度恒為零，即超導體能把磁力導體變?yōu)槌瑢B(tài)后，體內(nèi)的磁感應強度恒為零，即超導體能把磁力線全部排斥到體外線全部排斥到

3、體外，這種現(xiàn)象稱為邁斯納效應。見圖，這種現(xiàn)象稱為邁斯納效應。見圖 特性三特性三：即使在低于臨界溫度以下，若進入超導體內(nèi)的電流強：即使在低于臨界溫度以下，若進入超導體內(nèi)的電流強度以及周圍磁場的強度超過某一臨界值時，超導狀態(tài)被破壞，度以及周圍磁場的強度超過某一臨界值時，超導狀態(tài)被破壞，而成為普通的常導狀態(tài)，電流和磁場的這種臨界值分別稱為臨而成為普通的常導狀態(tài)，電流和磁場的這種臨界值分別稱為臨界電流界電流Ic和臨界磁場和臨界磁場Hc臨界。臨界。 臨界溫度（Tc）、臨界磁場（Hc）、臨界電流Ic是約束超導現(xiàn)象的三大臨界條件。當溫度超過臨界溫度時，超導態(tài)就消失；同時，當超過臨界電流或者臨界磁場時，超導態(tài)

4、也會消失，三者具有明顯的相關性。只有當上述三個條件均滿足超導材料本身的臨界值時，才能發(fā)生超導現(xiàn)象。1、金屬超導體、金屬超導體 目前發(fā)現(xiàn)具有超導電性的金屬元素有目前發(fā)現(xiàn)具有超導電性的金屬元素有30種，其中過渡族元素種，其中過渡族元素19種，如種，如Ti、V、Zr、Nb、Mo、W等，非過渡族元素有等，非過渡族元素有11種種如如Pb、Sn、 Al、 Ga等。等。超導金屬超導金屬臨界溫度臨界溫度Lead (Pb)Lead (Pb)7.196 K7.196 KLanthanum (La)Lanthanum (La)4.88 K4.88 KMercury (Hg)Mercury (Hg)4.15 K4.1

5、5 KTin (Sn)Tin (Sn)3.72 K3.72 KAluminum (Al)Aluminum (Al)1.175 K1.175 KMolybdenum (Mo)Molybdenum (Mo)0.915 K0.915 KZinc (Zn)Zinc (Zn)0.85 K0.85 KZirconium (Zr)Zirconium (Zr)0.61 K0.61 KCadmium (Cd)Cadmium (Cd)0.517 K0.517 KTitanium (Ti)Titanium (Ti)0.40 K0.40 KTungsten (W)Tungsten (W)0.0154 K0.0154

6、KPlatinum (Pt)*Platinum (Pt)*0.0019 K0.0019 KRhodium (Rh)Rhodium (Rh)0.000325 K0.000325 K 超導金屬中，鉛（超導金屬中，鉛（PbPb）的臨界溫度最高，達）的臨界溫度最高，達7.196K7.196K，（RhRh）的臨界溫度最低，為）的臨界溫度最低，為0.000325K0.000325K。 超導合金很多，臨界溫度有所提高，如超導合金很多，臨界溫度有所提高，如NbTiNbTi二元合金，二元合金，其臨界溫度為其臨界溫度為8 810K10K；NbTiZrNbTiZr三元合金，其臨界溫度為三元合金，其臨界溫度為10K1

7、0K。2、氧化物超導體、氧化物超導體氧化物超導材料氧化物超導材料超導氧化物超導氧化物成成 分分臨界溫度臨界溫度HgHg0.80.8TlTl0.20.2BaBa2 2CaCa2 2CuCu3 3O O8.338.33138 K (record-holder)HgBaHgBa2 2CaCa2 2CuCu3 3O O8 8133-135 K133-135 KHgBaCuHgBaCu系系HgBaHgBa2 2CuOCuO4 4+ + 94-98 K94-98 KTlTl2 2BaBa2 2CaCa2 2CuCu3 3O O1010127-128 K127-128 KTlTl0.50.5PbPb0.50

8、.5SrSr2 2CaCa2 2CuCu3 3O O9 9118-120 K118-120 KTlBaCaCuTlBaCaCu系系TlTl2 2BaBa2 2CuOCuO6 695 K95 KBiBi1.61.6PbPb0.60.6SrSr2 2CaCa2 2SbSb0.10.1CuCu3 3O Oy y115 K115 K BiBi2 2SrSr2 2CaCa2 2CuCu3 3O O1010*110 K110 KBiSrCaCuBiSrCaCu系系BiBi2 2SrSr2 2CaCa0.80.8Y Y0.20.2CuCu2 2O O8 895-96K95-96KTmBaTmBa2 2CuC

9、u3 3O O7 790-101 K90-101 KYBaYBa2 2CuCu3 3O O7 793 K93 KY YB BaCuaCu系系YbBaYbBa1.61.6SrSr0.40.4CuCu4 4O O8 878 K78 KLaLa2 2BaBa2 2CaCuCaCu5 5O O9+9+79 K79 K(La,Sr,Ca)(La,Sr,Ca)3 3CuCu2 2O O6 658 K58 KLaLa2 2CaCuCaCu2 2O O6+6+45 K45 K(La(La1.851.85SrSr0.150.15)CuO)CuO4 440 K40 K(La,Ba)(La,Ba)2 2CuOCuO

10、4 435-38 K35-38 KLaBaCuLaBaCu系系(La(La1.851.85BaBa.15.15)CuO)CuO4 430 K(30 K(FirstFirst高溫超導陶瓷，高溫超導陶瓷，1986)1986) 1986 1986年，年，BednorzBednorz和和MullerMuller發(fā)現(xiàn)了具有較寬轉(zhuǎn)變溫度范圍的超導體，發(fā)現(xiàn)了具有較寬轉(zhuǎn)變溫度范圍的超導體，屬于屬于LaBaCuLaBaCu系，進入超導態(tài)的開始溫度為系，進入超導態(tài)的開始溫度為30K30K，因為該項工作而獲得了諾，因為該項工作而獲得了諾貝爾獎。貝爾獎。 1987 1987年年2 2月我國科學家趙忠賢等人獲得臨界溫度

11、在月我國科學家趙忠賢等人獲得臨界溫度在93K93K的的YBaCuYBaCu系超系超導體，化學計量式為導體，化學計量式為YBaYBa2 2CuCu3 3O O7 7，即所謂的，即所謂的123123材料，通常材料都有氧空材料，通常材料都有氧空位，因此寫成位，因此寫成YBaYBa2 2CuCu3 3O O7-x7-x。 從結構上看，具有以下特征：從結構上看，具有以下特征： （1 1）鈣鈦礦式的層狀結構；）鈣鈦礦式的層狀結構； （2 2）同時存在）同時存在CuCu2+2+和和CuCu3+3+； （3 3）存在氧空位。）存在氧空位。 超導的應用，基本上可以分為強電強磁和弱電弱磁兩大類。（1）超導強電強磁應用 主要基于超導體的零電阻特性和完全抗磁性以及非理想第二類超導體所特有的高臨界電流密度和高臨界磁場。 主要應用在電力方面如超導電纜，超導磁體如超導磁懸浮列車，巨大環(huán)形超導磁體、超導磁分離等。4、超導材料的應用、超導材料的應用（2）超導弱電弱磁的應用 基于Josephson效應為基礎，建立極靈敏的電子測量裝置為目標的超導電子學，發(fā)展了低溫電子學。如超導量子干涉器件是一種高靈敏度的測量裝置，主要功能是測量磁場。它可以在電工儀表、醫(yī)學、生物、資源開發(fā)、環(huán)境保護、固體材料、地球物理等領域應用。4、超導材料的應用、超導材料的