材料物理基礎(chǔ)課件

1、主講人：羅兵兵超導(dǎo)體及其超導(dǎo)性材料物理基礎(chǔ)1 何為第一類超導(dǎo)體？何為第二類超導(dǎo)體？2 超導(dǎo)體有何應(yīng)用？超導(dǎo)體及其超導(dǎo)性目 錄 1、超導(dǎo)體的分類 2、超導(dǎo)體的應(yīng)用 超導(dǎo)體及其超導(dǎo)性超導(dǎo)體的分類1.超導(dǎo)體的分類超導(dǎo)體的分類方法有以下幾種：(1)根據(jù)材料對于磁場的響應(yīng)第一類超導(dǎo)體：只存在單一的臨界磁場強度Hc第二類超導(dǎo)體：存在兩個臨界磁場強度值Hc1，Hc2(2)根據(jù)解釋理論:傳統(tǒng)超導(dǎo)體和非傳統(tǒng)超導(dǎo)體(3)根據(jù)臨界溫度：高溫超導(dǎo)體(臨界溫度高于液氮溫度(大于77K)和低溫超導(dǎo)體(臨界溫度低于液氮溫度(小于77K)(4)根據(jù)材料類型：元素超導(dǎo)體（如鉛和水銀）、合金超導(dǎo)體（如鈮鈦合金）、氧化物超導(dǎo)體（如

2、釔鋇銅氧化物）、有機超導(dǎo)體（如碳納米管）超導(dǎo)體及其超導(dǎo)性超導(dǎo)體的分類1.超導(dǎo)體的分類 在常壓下具有超導(dǎo)電性的元素金屬有32種(如圖中青色方框所示)，而在高壓下具有超導(dǎo)電性的元素金屬有14種(如圖中綠色方框所示)超導(dǎo)體及其超導(dǎo)性超導(dǎo)體的分類第二類超導(dǎo)體(1)第二類超導(dǎo)體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)時有一個中間態(tài)，具有HC1，HC2兩個臨界磁場(2)第二類超導(dǎo)體的混合態(tài)中有磁通線存在，而第一類超導(dǎo)體沒有(3)第二類超導(dǎo)體比第一類超導(dǎo)體有更高的臨界磁場，更大的臨界電流密度和更高的臨界溫度超導(dǎo)體及其超導(dǎo)性超導(dǎo)體的分類第二類超導(dǎo)體理想第二類超導(dǎo)體：在混合態(tài)中，超導(dǎo)體內(nèi)有磁通線存在，在磁通線周圍有渦旋電流流動，當(dāng)

3、磁通線均勻排列時這些渦流電流彼此抵消，使得體內(nèi)無電流通過，不具有高臨界電流密度非理想第二類超導(dǎo)體：晶體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷，磁通線在超導(dǎo)體內(nèi)分布不均勻，體內(nèi)的渦流電流不能完全抵消，體內(nèi)出現(xiàn)電流，具有高臨界電流密度因非理想第二類超導(dǎo)體提高了臨界電流值，而使得其真正適用于實際應(yīng)用，隨著第二類超導(dǎo)體認識的深入，超導(dǎo)應(yīng)用的序幕也拉開了。超導(dǎo)體及其超導(dǎo)性超導(dǎo)體的應(yīng)用2.2在交通運輸方面的應(yīng)用運用超導(dǎo)體產(chǎn)生的強磁場可以研制成磁懸浮列車，車輛不受地面阻力的影響，可高速運行，車輛達500km/h以上，若讓超導(dǎo)磁懸浮列車在真空中運行，車速可達1600km/h，利用超導(dǎo)體制成無摩擦軸承，用于發(fā)射火箭，可將發(fā)射速度提高3倍

4、以上。磁懸浮列車運動原理其原理是運用磁鐵“同性相斥，異性相吸”的性質(zhì)，使磁鐵具有抗拒地心引力的能力，即“磁性懸浮”。列車下部裝上超導(dǎo)線圈，在地面上排列鋁制線圈，當(dāng)超導(dǎo)線圈通有電流且列車啟動后，由于電磁感應(yīng)效應(yīng)，地面線圈產(chǎn)生的磁場極性與列車上的電磁極性總是保持相同，從而地面線圈與超導(dǎo)線圈之間一直存在排斥力，使得列車懸浮在鐵軌上。只需維持超導(dǎo)線圈中超導(dǎo)材料處于超導(dǎo)態(tài)溫度的能源，而無需牽引列車的能源，故節(jié)約了能源超導(dǎo)體及其超導(dǎo)性超導(dǎo)體的應(yīng)用磁懸浮列車運行的動力，來自地面導(dǎo)軌中排列的線圈和車身 之間產(chǎn)生的磁力。由于磁極之間同性相斥、異性相吸，產(chǎn)生了向前的驅(qū)動力。通過電流方向的 改變，使地面導(dǎo)軌中線圈呈

5、現(xiàn)的極性改變，從而不斷的產(chǎn)生使列車前進的動力。通過調(diào)節(jié)電流的大小，便可以控制列車驅(qū)動力的大小，這樣，列車運行的速度就可以自如的控制了。超導(dǎo)體及其超導(dǎo)性超導(dǎo)體的應(yīng)用2.3在電子工程方面的應(yīng)用用超導(dǎo)體制成各種儀器，具有靈敏度高、噪聲低、反應(yīng)快、損耗小等特點，如用超導(dǎo)量子干涉儀可確定地?zé)?、石油、各種礦藏的位置和儲量，并可用于地震預(yù)報。超導(dǎo)量子干涉儀超導(dǎo)體及其超導(dǎo)性超導(dǎo)體的應(yīng)用2.5超導(dǎo)體在軍事上的應(yīng)用超導(dǎo)體在軍事上有著非常廣泛的應(yīng)用前景，隨著超導(dǎo)技術(shù)的日益成熟，有朝一日海軍潛艇的設(shè)計會發(fā)生根本 性的變革，出現(xiàn)比今天的潛艇要先進的多的超導(dǎo)潛艇。外形尺寸可能今天潛艇的一半，但所裝備的數(shù)量將增加一倍，航速將會提高。(a)超導(dǎo)粒子束武器和自由電子激光器(b)超導(dǎo)電磁炮(c)超導(dǎo)電磁推進系統(tǒng)和超導(dǎo)陀螺儀超導(dǎo)掃雷具工作原理：模擬艦船磁場特性，采用兩根大電流電纜在海水中形成電極，并與海水組成閉合電路產(chǎn)生磁場，從而得以將磁水雷引爆。超導(dǎo)體及其超導(dǎo)性超導(dǎo)體的應(yīng)用2.6超導(dǎo)體在科學(xué)工程和實驗室中的應(yīng)用科學(xué)工程和實驗室是超導(dǎo)體應(yīng)用的一個重要方面，包括高能加速器、核聚變裝置等。高能加速器用來加速粒子產(chǎn)生人工核反應(yīng)以研究物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是基本粒子物理學(xué)研究的主要設(shè)備。核聚變裝置是人們長期以來夢醒解決能源問題的一個重要方向，其途徑是將氘和氚加熱后，使原子和彌散的電子成為一種等離子狀態(tài)，并且在將這種高