高溫超導(dǎo)材料

高溫超導(dǎo)材料高溫超導(dǎo)材料研究背景基本性質(zhì)制備工藝應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展前景1911年，荷蘭物理學(xué)家昂納斯發(fā)現(xiàn)汞的直流電阻在4.2K時突然消失，首次觀察到超導(dǎo)電性。研究背景1986年1月，瑞士物理學(xué)家卡爾·亞歷克斯·米勒和他的德國合作者約翰尼斯·格奧爾·貝德諾爾茨宣布，他們發(fā)現(xiàn)了一種不尋常的高轉(zhuǎn)變材料，這種陶瓷氧化金屬材料在一定的溫度下(-196℃)就會失去電子阻力達到超導(dǎo)狀態(tài)。米勒和貝德諾爾茨因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。高溫超導(dǎo)的出現(xiàn)，使國內(nèi)外頓時掀起了一場前所未有的“超導(dǎo)熱”定義超導(dǎo)材料，是指具有在一定的低溫條件下呈現(xiàn)出電阻等于零以及排斥磁力線的性質(zhì)的材料。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有28種元素和幾千種合金和化合物可以成為超導(dǎo)體。外磁場為零時超導(dǎo)材料由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)(或相反)的溫度，以Tc表示。Tc值因材料不同而異。已測得超導(dǎo)材料的最低Tc是鎢，為0.012K。到1987年，臨界溫度最高值已提高到100K左右。具有高臨界轉(zhuǎn)變溫度(Tc)能在液氮溫度條件下工作的超導(dǎo)材料。因主要是氧化物材料，故又稱高溫氧化物超導(dǎo)材料。超導(dǎo)材料的基本性質(zhì)（1）零電阻效應(yīng)圖1.1電阻率ρ與溫度T的關(guān)系1－純金屬晶體2－含雜質(zhì)和缺陷的金屬晶體3－超導(dǎo)體正常態(tài)—溫度高于Tc的狀態(tài)；超導(dǎo)態(tài)—溫度低于Tc的狀態(tài)。超導(dǎo)材料（2）邁斯納效應(yīng)（完全抗磁性）

只要超導(dǎo)體材料的溫度低于臨界溫度而進入超導(dǎo)態(tài)后，超導(dǎo)材料就會將磁力線完全排斥于體外，因此，其體積內(nèi)的磁感應(yīng)強度總為零，這種現(xiàn)象稱為“邁斯納效應(yīng)”圖1.2邁斯納效應(yīng)超導(dǎo)材料的基本性質(zhì)超導(dǎo)材料（3）同位素效應(yīng)

同位素的質(zhì)量越大，轉(zhuǎn)變溫度越低。例如，原子量為199.55的汞同位素，它的Tc是4.18K，而原子量為203.4的汞同位素，Tc為4.146K。材料由正常態(tài)轉(zhuǎn)變到超導(dǎo)態(tài)，其晶體結(jié)構(gòu)不變，而同位素的差別主要在于原子核的質(zhì)量。因此，超導(dǎo)材料中的同位素效應(yīng)表明了傳導(dǎo)電子與晶格振動的相互作用是很重要的問題，該效應(yīng)為探明超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的微觀機制提供了一條重要線索。通常我們也可以用同位素效應(yīng)來鑒別材料的超導(dǎo)電性。超導(dǎo)材料的基本性質(zhì)高溫超導(dǎo)材料的制備工藝

脈沖激光沉積法脈沖激光沉積（PulsedLaserDeposition，PLD），也被稱為脈沖激光燒蝕（pulsedlaserablation，PLA），是一種利用激光對物體進行轟擊，然后將轟擊出來的物質(zhì)沉淀在不同的襯底上，得到沉淀或者薄膜的一種手段。

PLD一般可以分為以下四個階段：

激光輻射與靶的相互作用熔化物質(zhì)的動態(tài)熔化物質(zhì)在基片的沉積薄膜在基片表面的成核（nucleation）與生成

氣相法(薄膜)脈沖激光沉積(PLD)PLD特點：

1.易獲得期望化學(xué)計量比的多組分薄膜，即具有良好的保成分性；2.沉積速率高，試驗周期短，襯底溫度要求低，制備的薄膜均勻；3.工藝參數(shù)任意調(diào)節(jié)，對靶材的種類沒有限制；4.發(fā)展?jié)摿薮?，具有極大的兼容性；5.便于清潔處理，可以制備多種薄膜材料。金屬有機物化學(xué)氣相沉積法（MOCVD）

一種利用有機金屬熱分解反應(yīng)進行氣相外延生長薄膜的化學(xué)氣相沉積技術(shù)。該方法現(xiàn)在主要用于化合物半導(dǎo)體的氣相生長上。用該法制備薄膜時，作為含有化合物半導(dǎo)體元素的原料化合物，必須滿足常溫穩(wěn)定且易處理，在室溫附近有適當(dāng)?shù)恼魵鈮海磻?yīng)的副產(chǎn)物不應(yīng)妨礙晶體生長，不應(yīng)污染生長層等條件。該方法也存在一些缺點：難以進行原位監(jiān)測生長過程，許多有機金屬化合物蒸氣有毒、易燃；反應(yīng)溫度低，因此有時在氣相中就發(fā)生反應(yīng)。分子束外延法（MBE）

分子束外延是種物理沉積單晶薄膜方法。在超高真空腔內(nèi)，源材料通過高溫蒸發(fā)、輝光放電離子化、氣體裂解，電子束加熱蒸發(fā)等方法，產(chǎn)生分子束流。入射分子束與襯底交換能量后，經(jīng)表面吸附、遷移、成核、生長成膜。分子束外延是一種新的晶體生長技術(shù)，簡記為MBE。分子束外延的優(yōu)點就是能夠制備超薄層的半導(dǎo)體材料；外延材料表面形貌好，而且面積較大均勻性較好；可以制成不同摻雜劑或不同成份的多層結(jié)構(gòu)；外延生長的溫度較低，有利于提高外延層的純度和完整性；利用各種元素的粘附系數(shù)的差別，可制成化學(xué)配比較好的化合物半導(dǎo)體薄膜

陶瓷超導(dǎo)材料的制備工藝介紹——固相法、液相法和氣相法高溫超導(dǎo)材料的應(yīng)用領(lǐng)域在電力工程方面的應(yīng)用超導(dǎo)輸電在原則上可以做到?jīng)]有熱的損耗，因而可節(jié)省大量能源；用超導(dǎo)線圈儲存能量在軍事上有重大應(yīng)用，超導(dǎo)線圈用于發(fā)電機和電動機可以大大提高工作效率、降低損耗，從而導(dǎo)致電工領(lǐng)域的重大變革。超導(dǎo)電磁動力船。此種實驗船已于日本有頗為成功之測試。動用超導(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，車速達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倍以上超導(dǎo)量子干涉儀用超導(dǎo)技術(shù)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)技術(shù)在生物醫(yī)療方面的應(yīng)用超導(dǎo)磁體在醫(yī)學(xué)上的重要應(yīng)用是核磁共振成像技術(shù)，可分辨早期腫瘤癌細胞等，還可做心電圖，腦磁圖、肺磁圖，研究氣功原理等。核磁共振斷層掃描儀與人體斷層掃描圖高溫超導(dǎo)材料發(fā)展前景節(jié)省大量資金緩解環(huán)境污染超導(dǎo)電纜、超導(dǎo)發(fā)電機、超導(dǎo)電纜預(yù)測低電力低能耗靈敏度度高釔