材料物理性能：材料物理性能09級(jí)07新

1、2.4.2 超導(dǎo)性1903年 荷蘭人Onnes獲得液氦（4.2K）1911年 他們發(fā)現(xiàn)水銀在4.2K附近電阻檢測不到了！在一定的低溫下，物質(zhì)突然失去電阻的現(xiàn)象超導(dǎo)電性1913年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)Heike Kamerlingh Onnes（18531926）the Netherlands Leiden University Leiden, the Netherlands 12.4.2 超導(dǎo)性1960年前，超導(dǎo)體研究局限在金屬和金屬間化合物中。1957年BCS理論發(fā)表，成功解釋當(dāng)時(shí)已知的所有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并預(yù)言金屬和金屬間化合物Tc溫度不會(huì)超過30K1960年后開始在氧化物中尋找超導(dǎo)體2 J. Geor

2、g Bednorz K. Alexander Muller 1/2 of the prize 1/2 of the prize Federal Republic of Germany Switzerland IBM Research Laboratory Rechlikon,Switzerland b. 1950 b. 1927在陶瓷（金屬氧化物）中發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象，超導(dǎo)研究取得重大突破諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者 1986年，32.5 超導(dǎo)體超導(dǎo)電性的金屬和合金 Tc 30 K 鈦、釩、鋯、鈮、鉬、鉭、鎢、錸、鉍、鋁、錫、鎘等28種。 二元合金NbTi，Tc810K； NbZr，Tc1011K。三元系合金

3、有鈮-鈦-鋯，Tc=10 K；鈮-鈦-鉭，Tc=910K。超導(dǎo)化合物 Nb3Sn，Tc=1818.5K； Nb3Ge，Tc23.2K，Nb3（AlGe），Tc20.7K等 超導(dǎo)電性的金屬氧化物 1960s Ba-Cu-O系，35K, 1986, Bednorz, Muller Ba-Y-Cu-O系, 100 K, 1987, 我國趙忠賢等 Hg-Ba-Cu-O系，140 K42 、超導(dǎo)體的兩種特性：完全導(dǎo)電性完全抗磁性磁感應(yīng)強(qiáng)度始終為零3 、三個(gè)性能指標(biāo)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc 愈高愈好 臨界磁場Hc 破壞超導(dǎo)態(tài)的最小磁場。 隨溫度降低，Hc將增加； 當(dāng)TTc時(shí), Hc=Hc01-（T/Tc)2 臨界

4、電流密度Jc 保持超導(dǎo)狀態(tài)的最大輸入電流 (與Hc相關(guān)）5FIGURE Critical temperature, current density, and magnetic field boundary separating superconducting and normal conducting states62.5 超導(dǎo)體第二類超導(dǎo)體存在兩個(gè)臨界磁場Bc1和Bc2，磁感應(yīng)強(qiáng)度介于兩個(gè)磁場之間時(shí)，有部分區(qū)域允許磁力線通過（正常態(tài)），材料整體還處于零電阻態(tài)。Bc1往往很大！邁斯納相正常相混合相72.5 超導(dǎo)體超導(dǎo)體的應(yīng)用利用零電阻效應(yīng)導(dǎo)線，超導(dǎo)磁體利用超導(dǎo)隧道節(jié)（約瑟夫森節(jié)）測量磁場（超靈

5、敏生物磁場變化）超導(dǎo)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)（制備導(dǎo)線、薄膜）8第一章 材料的熱學(xué)性能材料及其制品對(duì)不同溫度作出的反應(yīng)，稱為熱學(xué)性能。熱容、熱膨脹、熱傳導(dǎo)、耐熱性、抗熱震性能等。熱性能的物理概念、物理本質(zhì)、影響因素、測量方法和工程意義，為選材、用材、改善材料性能、探索新材料、新工藝打下物理理論基礎(chǔ)。91.1晶格熱振動(dòng)各種熱學(xué)性能的物理本質(zhì)，均與晶格振動(dòng)有關(guān)！組成晶格的原子在一般情況下（溫度不為0）都會(huì)偏離其平衡位置，作微小振動(dòng)！這種振動(dòng)可以近似地看成是簡諧振動(dòng)！由于原子間作用力，一個(gè)原子的振動(dòng)會(huì)影響到其鄰近原子的振動(dòng)，導(dǎo)致相鄰原子間存在振動(dòng)位相差，不同原子不同的振動(dòng)位相差，就像簡諧波一樣在晶體中傳播。這

6、種波就稱為“格波”101.1晶格熱振動(dòng)也可以把原子的振動(dòng)看成是不同的格波傳播到這里產(chǎn)生的振動(dòng)位移的疊加！簡諧波的基本特征量頻率和波矢量格波的頻率和波矢量要滿足一定的條件！格波頻率與波矢量之間的關(guān)系稱色散關(guān)系在復(fù)式晶格中波矢量和頻率間的關(guān)系不是一一對(duì)應(yīng)的，對(duì)于同樣的波矢量，可能有不同的頻率與其對(duì)應(yīng)。111.1晶格熱振動(dòng)其中有3個(gè)頻率的格波稱為“聲學(xué)波”另外3n-3個(gè)頻率的格波稱為“光學(xué)波”滿足條件的波矢量只有N（晶體原胞數(shù)）個(gè)。每組（頻率、波矢量）代表一種簡諧波。如前所述，晶格振動(dòng)可以看成是滿足一定條件的簡諧波“格波”的疊加！晶格振動(dòng)可以看成是3nN種簡諧波的疊加！121.1晶格熱振動(dòng)根據(jù)量子力

7、學(xué)，簡諧振動(dòng)能量是量子化的，為簡諧波具有能量 的概率為這也是具有nq個(gè)頻率為q的聲子的幾率131.1晶格熱振動(dòng)3nN種簡諧波，就有3nN種聲子。晶格振動(dòng)總能量可以看成是3nN種簡諧波能量的總和！141.1晶格熱振動(dòng)引入聲子概念后，很多與晶格振動(dòng)有關(guān)的問題，都可以用“聲子語言”來處理。課本P3。151.2 材料的熱容1.2.1 材料的熱容及其與溫度的關(guān)系1、熱容的基本概念和物理本質(zhì)熱容：材料在沒有相變和化學(xué)反應(yīng)的條件下，溫度升高1或降低1所吸收或放出的熱量（能量）。單位為J/K,或J/。161、熱容的基本概念和物理本質(zhì)冷，熱如何定量衡量？ 溫度！冷、熱的物理本質(zhì)是什么？ 微觀粒子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)（熱運(yùn)

8、動(dòng)）強(qiáng)度的一種表現(xiàn)！因此材料的溫度也是組成材料的微觀粒子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的度量！組成材料的微觀粒子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)包括晶格振動(dòng)和自由電子運(yùn)動(dòng)171、熱容的基本概念和物理本質(zhì)暫時(shí)不考慮自由電子的運(yùn)動(dòng)，溫度升高意外著晶格振動(dòng)加劇，也意味著體系能量（內(nèi)能）升高，要外界給其能量！表現(xiàn)為吸熱！吸熱的過程與熱容也有關(guān)系，如果升溫過程中體積膨脹，這表示對(duì)外作了功！那么升高同樣的溫度，體積膨脹的就要比不膨脹的吸收熱量多！181、熱容的基本概念和物理本質(zhì)定容熱容定壓熱容比熱容摩爾熱容192、熱容隨溫度變化的實(shí)際規(guī)律P5，3個(gè)區(qū)域的劃分！1.2.2 晶體固體熱容的經(jīng)典理論和經(jīng)驗(yàn)定律19世紀(jì)中葉以前，人類能實(shí)現(xiàn)的低溫范圍

9、很有限，在有限的低溫和室溫或較高溫度下，測定材料的熱容為常數(shù)！經(jīng)典統(tǒng)計(jì)物理給出的解釋也指出材料的比熱是常數(shù)！19世紀(jì)末期，人類能夠獲得更低的溫度，發(fā)現(xiàn)材料的比熱隨溫度下降而下降！201.2.3 熱容的量子理論愛因斯坦理論211.2.3 熱容的量子理論高溫時(shí)低溫時(shí)愛因斯坦理論給出熱容隨溫度下降的趨勢，但細(xì)節(jié)與實(shí)際不符。221.2.3 熱容的量子理論德拜假設(shè)：格波的頻率與波矢量成正比！高溫時(shí)低溫時(shí)23自由電子熱容溫度不為零時(shí)，電子的平均動(dòng)能為P9，圖14241.2.4 影響熱容的因素金屬材料的熱容（1）自由電子對(duì)熱容的貢獻(xiàn)（2）合金成分對(duì)熱容的影響 室溫到較高溫度，符合經(jīng)典理論的規(guī)律（奈曼柯普定律）252、無機(jī)材料的熱容基本符合德拜理論。結(jié)構(gòu)不敏感單位體積的熱容與氣孔關(guān)系很大！多孔材料熱容??！高溫爐內(nèi)的耐火磚、保溫材料等多用輕質(zhì)多孔材料！263 組織轉(zhuǎn)變對(duì)熱容的影響一級(jí)相變和二級(jí)相變亞穩(wěn)態(tài)組織轉(zhuǎn)變4 熔點(diǎn)和德拜溫度的關(guān)系德拜溫度與晶體中晶格振動(dòng)的最高頻率有關(guān)Lindemann 公式27元素元素元素元素AgAlAsAuBBeBi金剛石CaCdCo225428282165125014401192230230209445