材料科學與技術第6課

1987：趙忠賢發(fā)現(xiàn)了臨界溫度在液氮以上的超導體：材料中具有氧空位首次實現(xiàn)了液氮溫度（77K)以上的超導轉變1987~:釔2、超導態(tài)特性和超導體的性能指標（1）超導態(tài)特性a、完全導電性進入超導態(tài)的超導體中一旦激發(fā)電流，長久存在、永不衰減等勢體：體內(nèi)場強：b、完全抗磁性體內(nèi)磁感應強度為零正常態(tài)超導態(tài)內(nèi)邁斯納效應Meissnereffect處于超導態(tài)的超導體是完全抗磁體、具有屏蔽磁場、排除磁通的功能。（2）超導材料的三個性能指標a、超導體的臨界轉變溫度越接近室溫越好，金屬氧化物高溫超導體：b、臨界磁感應強度1234567施加外磁場超導性破壞、超導體從超導態(tài)回到正常態(tài)臨界磁感應強度隨溫度變化、近似為拋物線關系溫度為絕對零度時的臨界磁感應強度超導體的臨界轉變溫度是不加磁場時的值處于超導態(tài)的超導體c、臨界電流密度除外磁場影響超導態(tài)的轉變外、超導體中的電流也會影響超導態(tài)的形成超導體中的電流在空間激發(fā)磁場、其磁場達到時，超導態(tài)被自身磁場破壞原因：臨界電流密度：超導態(tài)被破壞時的電流密度隨溫度的變化關系：溫度為絕對零度時的臨界電流密度與臨界磁感應強度完全類似：受外磁場的影響；：受體內(nèi)電流的影響相互影響3、超導體的應用研究的目的：應用不僅能制造塊狀超導材料、利用物理或化學沉積已能制造薄膜超導材料對超導器件的制造非常重要系金屬化合物液氮中等工業(yè)規(guī)模開發(fā)、具有應用前景超導體的應用：核磁共振（NMR）成像系統(tǒng)，磁懸浮列車，粒子加速器，核聚變，磁流體，電能儲存系統(tǒng)等高靈敏度、高速電子器件，電能輸送（能耗極低），計算機、紅外成像等鈮（二）鐵電性（ferroelectricity）某些離子晶體具有自發(fā)極化的性質自發(fā)極化：并無外電場作用、但體內(nèi)有較強的電極化強度。具有自發(fā)極化、且自發(fā)極化的方向可被外電場改變的晶體鐵電體：如同鐵磁體、鐵電體并不一定含有鐵鐵電體的關系與鐵磁體的類似存在類似于磁滯現(xiàn)象的電滯現(xiàn)象電滯回線鐵電體鐵電性的起源：如同鐵磁性的起源：鐵電體中存在電疇電疇：含有永久電偶極矩的小區(qū)，小區(qū)中各晶胞的電偶極矩方向相同電疇具有強電偶極矩實際鐵電體的各電疇的電偶極矩方向一般不同；鐵電晶體通常宏觀上對外不顯電性有許多晶粒組成的鐵電陶瓷更是如此鐵電體的極化：適當?shù)母邷叵?、強直流電場的作用，使各電疇的電矩沿外電場的方向取向，維持外場下緩慢冷卻材料到室溫適當?shù)母邷兀弘姰牭娜∠蚩蓪崿F(xiàn)、又不會顯著破壞已取向的電疇維持外場、冷卻到室溫：凍結已取向的偶極子鐵電體居里溫度：鐵電體在某一溫度以上、失去鐵電性居里溫度：臨界溫度典型的鐵電材料：側視圖立體圖立方相：正負離子中心重合，晶胞無電偶極矩、無鐵電性四方相：

離子和周圍離子略向相反方向移動、產(chǎn)生方向向上的永久電偶極矩。第一節(jié)材料的電性質六、材料的其它電性質（一）超導性（二）鐵電性（ferroelectricity）（三）壓電性（三）壓電性1880：Piere.CurieandJacques.Curie

首先發(fā)現(xiàn)壓電效應：對石英單晶在一些特定方向上加力、在與力垂直方向的平面上出現(xiàn)正、負束縛電荷壓電體已有超千種、可以是單晶、陶瓷（多晶）、聚合物、生物體壓電效應分為正、負壓電效應：受機械力作用的晶體，在一定方向的表面上產(chǎn)生束縛電荷，電荷面密度與所受的應力大小成正比正壓電效應：與力平行或垂直機械能轉換為電能的過程晶體在外電場激勵下，晶體的某些方向上產(chǎn)生形變（諧振）的現(xiàn)象負壓電效應：石英單晶正壓電效應：135246未受力時：正負電中心重合受力時：（1）晶片受沿y方向的壓縮力縱向壓電效應1352461,4離子向中心；6,5,2,3離子向外移動表面A出現(xiàn)負電荷；表面B呈正電荷橫向壓電效應（2）晶片受沿x方向的壓縮力246351135246未受力6,5,2,3離子向內(nèi)移動同樣數(shù)值；1,4離子向外移動C和D面不出現(xiàn)電荷；表面A和B呈現(xiàn)電荷（3）晶片受沿z方向的壓縮或拉伸力正、負電荷中心始終重合，不出現(xiàn)束縛電荷135246未受力正壓電效應本質：外力改變了晶體中的離子原來的相對位置、在特定的方向上產(chǎn)生束縛電荷、出現(xiàn)凈電偶極矩中心對稱的晶體受力時不會改變其中心對稱性、無壓電效應鐵電體必具有強壓電性，但壓電體不一定是鐵電體壓電晶體：結構上必須是無對稱中心；組成上必須是離子、或離子性原子、或含離子基團的分子分子晶體無壓電效應第二節(jié)材料的磁性質磁性與物質的微結構密切相關，不僅取決于原子結構、還與原子鍵合、晶體結構一、磁學基本量的回顧平面載流線圈（圓電流）的磁矩：電流，線圈所圍的面積的方向與電流方向構成右手螺旋非平面載流線圈的磁矩：線圈的磁矩載流線圈所受的磁力矩載流線圈在磁場中將受磁場的作用磁場中的小平面載流線圈或勻強磁場中的平面載流線圈：合磁場力：合磁力矩：與方向一致時磁能最低磁感應強度與磁場強度的關系真空中：磁介中：真空磁導率磁介質相對磁導率磁化與磁化強度磁化：物質在磁場中或強或弱要顯示磁性磁化強度：描述物質磁化強弱的物理量定義：單位體積內(nèi)分子磁矩的矢量和分子磁介質中的關系與的宏觀或實驗關系二、物質磁性的分類五類磁介質的磁化曲線抗磁反鐵磁順磁亞鐵磁鐵磁據(jù)磁化率或相對磁導率，物質的磁性可分為：1、抗磁體在外磁場中顯示與外場方向相反的、微弱的磁性金屬中約一半是抗磁：等2、順磁體在外磁場中顯示與外場方向相同的、微弱的磁性。Pt,Pd(鈀)，奧氏體不銹鋼，稀土金屬：Li,Na,K,Rb(銣)3、鐵磁體五類磁介質的磁化曲線抗磁反鐵磁順磁亞鐵磁鐵磁很大、與外磁場成非線性關系變化較弱的磁場能產(chǎn)生很大的磁化強度。金屬：Fe,Co,Ni等鐵磁體在溫度高于某一臨界溫度（居里溫度）變成順磁體4、亞鐵磁體比鐵磁體稍小、具有與鐵磁體類似的磁性如：磁鐵礦（Fe3O4）、鐵氧體等亞鐵磁體電阻率較大、適于制作電阻率大的磁性元件5、反鐵磁體五類磁介質的磁化曲線抗磁反鐵磁順磁亞鐵磁鐵磁很小的正數(shù)，溫度低于某溫度時，磁化率同磁場的方向有關，高于這一溫度時其行為同順磁體如：氧化鎳、氧化錳等三、原子磁矩、抗磁性和順磁性的起源1、原子磁矩電子軌道磁矩、電子自旋磁矩和原子核磁矩原子磁矩：原子核磁矩：電子磁矩的幾千分之一、可忽略通常所指的原子磁矩是原子中所有電子的軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和電子軌道磁矩電子繞原子核運動猶如一圓電流、具有磁矩電子軌道磁矩大?。很壍澜莿恿寇壍腊霃?，電子質量，軌道運動角速度電子自旋磁矩電子軌道磁矩在外磁場方向上的分量滿足量子化條件：磁量子數(shù)Z:外磁場方向玻爾磁子、電子磁矩的最小單元外磁場中的取向：兩種方向相反的取向外磁場方向和與外磁場相反的方向原子中填滿電子的殼層或次殼層形成一中心對稱的集體，電子軌道磁矩和自旋磁矩相互抵消原子磁矩是原子未成對電子的軌道和自旋磁矩的矢量和惰性氣體，及等無固有磁矩具有滿殼層的原子或離子總磁矩為零2、抗磁性的起源原子組成上，抗磁物質由電子殼層或次殼層被填滿的原子或離子構成原子或離子無固有磁矩、無外場時不顯磁性抗磁物質處于外場中，電子產(chǎn)生附加的軌道運動、引起與外磁場方向相反的附加磁矩抗磁性抗磁物質：除金屬等，惰性氣體、離子固體、共價鍵的C,Si,Ge

及大部分有機物質3、順磁性的起源順磁性物質的原子具有固有磁矩無外磁場時，熱運動引起原子磁矩