高溫超導(dǎo)體-釔鋇銅氧

1、釔鋇銅氧超導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與性能釔鋇銅氧超導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與性能大連工業(yè)大學(xué)（材料工程） 樊曉璞 PPT模板下載： 行業(yè)PPT模板： 節(jié)日PPT模板： PPT素材下載： PPT圖表下載： 優(yōu)秀PPT下載： PPT教程： Word教程： Excel教程： 資料下載： PPT課件下載： 范文下載： 試卷下載： 教案下載： 目目 錄錄簡(jiǎn)介1基本結(jié)構(gòu)2制備方法3性能及其應(yīng)用41. 簡(jiǎn)簡(jiǎn) 介介概念概念 超導(dǎo)材料，又稱為超導(dǎo)體（superconductor）。當(dāng)某導(dǎo)體在一溫度下，可使電阻為零而稱之。 兩個(gè)特性：零電阻、抗磁性。圖1.11. 簡(jiǎn)簡(jiǎn) 介介發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) 1911年，荷蘭科學(xué)家卡末林昂內(nèi)斯用液氦冷卻汞，當(dāng)溫度下降到4

2、.2K（268.95）時(shí)，水銀的電阻完全消失。 這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)電性，此溫度稱為臨界溫度。根據(jù)臨界溫度的不同，超導(dǎo)材料可以被分為：高溫超導(dǎo)材料和低溫超導(dǎo)材料。1. 簡(jiǎn)簡(jiǎn) 介介發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) 1933年，邁斯納和奧克森菲爾德兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，如果把超導(dǎo)體放在磁場(chǎng)中冷卻，則在材料電阻消失的同時(shí)，磁感應(yīng)線將從超導(dǎo)體中排出，不能通過(guò)超導(dǎo)體，這種現(xiàn)象稱為抗磁性。圖1.2圖1.31. 簡(jiǎn)簡(jiǎn) 介介發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn) 1987年1月，休斯頓大學(xué)的朱經(jīng)武和阿拉巴馬大學(xué)的吳茂昆，共同發(fā)現(xiàn)了釔鋇銅氧，為首個(gè)超導(dǎo)溫度在77K以上的材料，用相對(duì)便宜的液氮即可冷卻。之前發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)體都必須用液氦（4.2K）或液氫冷卻（ 20 K）。圖1.4

3、圖1.52. 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)晶胞晶胞 YBCO為鈣鈦礦缺陷型層狀結(jié)構(gòu)，含有CuO-CuO2-CuO2-CuO交替的層，CuO2層可以有變形和皺褶。釔原子存在于CuO2和CuO2層中，BaO層則在CuO與CuO2兩層之間。圖2.12. 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)晶胞晶胞 Y ：1個(gè) Ba ：2個(gè) Cu ：81/8+81/4=3 O ：81/4+71/2=11/2 這是由于晶胞中的O有缺陷造成的。圖2.12. 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)鈣鈦礦型鈣鈦礦型 一般而言，氧化物超導(dǎo)體都是鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)派生出來(lái)的，稱之為有缺陷的鈣鈦礦型化合物。此類(lèi)化合物一般都具有理想的配比化學(xué)式ABO3 A代表較大離子半徑的陽(yáng)離子； B代表半

4、徑較小的過(guò)渡金屬陽(yáng)離子； A和B離子的價(jià)態(tài)之和為+6。圖2.22. 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)鈣鈦礦型鈣鈦礦型 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物的組分可通過(guò)部分代替而在很寬的范圍內(nèi)發(fā)生變化，也就是說(shuō)它們?cè)谝欢ǖ慕M分范圍內(nèi)可以生成很多保持鈣鈦礦型基本結(jié)構(gòu)的新的化合物。圖2.22. 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)鈣鈦礦型鈣鈦礦型 用元素部分替代產(chǎn)生的新化合物雖然其結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生變化，但是它們的物理特性往往會(huì)發(fā)生很大的改變，部分替代后的化合物的導(dǎo)電性、磁性、超導(dǎo)性等會(huì)發(fā)生很大的變化。圖2.22. 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)鈣鈦礦型鈣鈦礦型 銅氧化物的基本結(jié)構(gòu)大都是層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。 這種結(jié)構(gòu)或多或少地存在著氧缺位和A晶位陽(yáng)離子的缺位。圖2.32. 基

5、本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)鈣鈦礦型鈣鈦礦型 氧缺位的發(fā)生很普遍，數(shù)量也可以在很大的范圍內(nèi)變化。 A晶位的陽(yáng)離子也容易出現(xiàn)缺位，同時(shí)造成氧過(guò)剩。 而B(niǎo)晶位上的陽(yáng)離子與氧離子組成的八面體是ABO3型結(jié)構(gòu)的框架，一般不出現(xiàn)缺位。圖2.42. 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)YBCO圖2.52. 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)YBCO 自1986年發(fā)現(xiàn)銅氧化物高溫超導(dǎo)體以來(lái)，已經(jīng)有七大氧化物體系。YBCO系超導(dǎo)體有幾種不同的相： 123相：YBa2Cu3O7-（Y-123相或YBCO）； 247相：Y2Ba4Cu7O15（Y-247相）； 124相：YBa2Cu3O8（Y-124相）；2. 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)YBCO 在銅氧化合物超導(dǎo)體中，由于

6、YBCO體系在結(jié)構(gòu)上具有完整的CuO2和Cu-O鏈因而是理想的基礎(chǔ)連接對(duì)象，也一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。圖2.6圖2.73. 制備方法制備方法準(zhǔn)備準(zhǔn)備 400下在馬弗爐中干燥反應(yīng)試劑Y2O3、CuO、BaCO3兩個(gè)小時(shí)。 稱取0.5g的BaCO3和相應(yīng)量的Y2O3、CuO(Y:Ba:Cu=1:2:3)。圖3.13. 制備方法制備方法研磨、壓片研磨、壓片 在干凈的乳缽中研磨反應(yīng)物直至沒(méi)有見(jiàn)到白色的片狀固體(大約需要10min)。模壓13個(gè)混合物小圓片(d=13mm，厚12mm)，置于氧化鋁舟中。圖3.23. 制備方法制備方法加熱加熱使用程序控制的電爐按下列步驟進(jìn)行加熱： (1)加熱到930，維持

7、12h; (2)冷卻到500，維持1h; (3)以每小時(shí)50的速度降溫到400; (4)冷卻到室溫。 當(dāng)爐子溫度低于400，可以用鉗子取出釔鋇銅氧，放在絕緣板上冷卻。3. 制備方法制備方法貯存貯存 貯存方法： 儲(chǔ)存在陰涼、干燥的地方，并保持貯藏器密封。避免與強(qiáng)氧化物、潮濕接觸。確保工作間有良好的通風(fēng)或排氣裝置。超導(dǎo)體超導(dǎo)體零電阻Text抗磁性Text零電阻抗磁性量子隧道效應(yīng)4. 性能極其應(yīng)用性能極其應(yīng)用零電阻Text抗磁性Text4. 性能極其應(yīng)用性能極其應(yīng)用電應(yīng)用電應(yīng)用昂尼斯持久電流實(shí)驗(yàn)： 1954年，為了證實(shí)超導(dǎo)體電阻為零，科學(xué)家將一個(gè)鉛制的圓環(huán)，放入溫度低于7.2K的空間，利用電磁感應(yīng)使

8、環(huán)內(nèi)激發(fā)起感應(yīng)電流。結(jié)果發(fā)現(xiàn)環(huán)內(nèi)電流能持續(xù)下去，從1954年3月16日始，到1956年9月5日止，在兩年半的時(shí)間內(nèi)的電流一直沒(méi)有衰減，當(dāng)溫度升到高于Tc時(shí)，圓環(huán)由超導(dǎo)狀態(tài)變正常態(tài)，材料的電阻驟然增大，感應(yīng)電流立刻消失，這就是著名的昂尼斯持久電流實(shí)驗(yàn)。零電阻Text抗磁性Text4. 性能極其應(yīng)用性能極其應(yīng)用電應(yīng)用電應(yīng)用大電流應(yīng)用： 超導(dǎo)體最理想的應(yīng)用是在城市商業(yè)用電輸送系統(tǒng)當(dāng)中充當(dāng)電纜帶材。常規(guī)電纜的輸送損耗5-8%。然而由于費(fèi)用過(guò)高和冷卻系統(tǒng)難以達(dá)到現(xiàn)有要求導(dǎo)致實(shí)用化困難重重。 但現(xiàn)在已經(jīng)有部分地點(diǎn)進(jìn)行了試運(yùn)行。2001年五月，丹麥?zhǔn)锥几绫竟蠹s150,000居民使用上了由超導(dǎo)材料傳送的生

9、活用電。零電阻Text抗磁性Text4. 性能極其應(yīng)用性能極其應(yīng)用電應(yīng)用電應(yīng)用大電流應(yīng)用： 2001年夏，Pirelli公司為底特律一個(gè)能源分局完成了可以輸送1億瓦特功率電能的三條400英尺長(zhǎng)高溫超導(dǎo)電纜。這也是美國(guó)第一條將電能通過(guò)超導(dǎo)材料輸送給用戶的商用電纜。2006年7月住友商事電子在美國(guó)能源部和紐約能源研究發(fā)展委員會(huì)的支持下進(jìn)行了一項(xiàng)示范工程超導(dǎo)DI-BSCCO電纜首次入網(wǎng)運(yùn)行。到目前為止該電纜承擔(dān)著70,000個(gè)家庭的供電需求并且未出現(xiàn)過(guò)任何問(wèn)題。零電阻Text抗磁性Text4. 性能極其應(yīng)用性能極其應(yīng)用電應(yīng)用電應(yīng)用電子學(xué)應(yīng)用-超導(dǎo)磁體計(jì)算機(jī)： 高速計(jì)算機(jī)要求集成電路芯片上的元件和連接線密集排列，但密集排列的電路在工作時(shí)會(huì)發(fā)生大量的熱。超導(dǎo)計(jì)算機(jī)中的超大規(guī)模集成電路，其元件間的互連線用接近零電阻和超微發(fā)熱的超導(dǎo)器件來(lái)制作，不存在散熱問(wèn)題，同時(shí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度大大提高。此外，科學(xué)家正研究用半導(dǎo)體和超導(dǎo)體來(lái)制造晶體管，甚至完全用超導(dǎo)體來(lái)制作晶體管。零電阻Text抗磁性Text4. 性能極其應(yīng)用性能極其應(yīng)用電應(yīng)用電應(yīng)用圖4.1圖4.2零電阻Text抗磁性Text4. 性能極其應(yīng)用性能極其應(yīng)用抗磁性抗磁性邁斯納效應(yīng)： 放在磁場(chǎng)中的球形錫在過(guò)渡到超導(dǎo)態(tài)的時(shí)候，錫球周?chē)拇艌?chǎng)都突然發(fā)生了變化，磁力線似乎一下子被排斥