高溫超導體釔鋇銅氧

高溫超導體釔鋇銅氧目錄簡介1基本結構2制備方法3性能及其應用4第2頁,共26頁，2024年2月25日，星期天1.簡介——概念超導材料，又稱為超導體（superconductor）。當某導體在一溫度下，可使電阻為零而稱之。兩個特性：零電阻、抗磁性。圖1.1第3頁,共26頁，2024年2月25日，星期天1.簡介——發(fā)現(xiàn)1911年，荷蘭科學家卡末林—昂內(nèi)斯用液氦冷卻汞，當溫度下降到4.2K（﹣268.95℃）時，水銀的電阻完全消失。這種現(xiàn)象稱為超導電性，此溫度稱為臨界溫度。根據(jù)臨界溫度的不同，超導材料可以被分為：高溫超導材料和低溫超導材料。第4頁,共26頁，2024年2月25日，星期天1.簡介——發(fā)現(xiàn)

1933年，邁斯納和奧克森菲爾德兩位科學家發(fā)現(xiàn)，如果把超導體放在磁場中冷卻，則在材料電阻消失的同時，磁感應線將從超導體中排出，不能通過超導體，這種現(xiàn)象稱為抗磁性。圖1.2圖1.3第5頁,共26頁，2024年2月25日，星期天1.簡

介——發(fā)現(xiàn)

1987年1月，休斯頓大學的朱經(jīng)武和阿拉巴馬大學的吳茂昆，共同發(fā)現(xiàn)了釔鋇銅氧，為首個超導溫度在77K以上的材料，用相對便宜的液氮即可冷卻。之前發(fā)現(xiàn)的超導體都必須用液氦（4.2K）或液氫冷卻（20K）。圖1.4圖1.5第6頁,共26頁，2024年2月25日，星期天2.基本結構——晶胞YBCO為鈣鈦礦缺陷型層狀結構，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2.1第7頁,共26頁，2024年2月25日，星期天2.基本結構——晶胞Y：1個Ba

：2個Cu

：8×1/8+8×1/4=3O

：8×1/4+7×1/2=11/2這是由于晶胞中的O有缺陷造成的。圖2.1第8頁,共26頁，2024年2月25日，星期天2.基本結構——鈣鈦礦型一般而言，氧化物超導體都是鈣鈦礦型結構派生出來的，稱之為有缺陷的鈣鈦礦型化合物。此類化合物一般都具有理想的配比化學式ABO3A代表較大離子半徑的陽離子；B代表半徑較小的過渡金屬陽離子；A和B離子的價態(tài)之和為+6。圖2.2第9頁,共26頁，2024年2月25日，星期天2.基本結構——鈣鈦礦型鈣鈦礦結構的化合物的組分可通過部分代替而在很寬的范圍內(nèi)發(fā)生變化，也就是說它們在一定的組分范圍內(nèi)可以生成很多保持鈣鈦礦型基本結構的新的化合物。圖2.2第10頁,共26頁，2024年2月25日，星期天2.基本結構——鈣鈦礦型用元素部分替代產(chǎn)生的新化合物雖然其結構沒有發(fā)生變化，但是它們的物理特性往往會發(fā)生很大的改變，部分替代后的化合物的導電性、磁性、超導性等會發(fā)生很大的變化。圖2.2第11頁,共26頁，2024年2月25日，星期天2.基本結構——鈣鈦礦型銅氧化物的基本結構大都是層狀鈣鈦礦結構。這種結構或多或少地存在著氧缺位和A晶位陽離子的缺位。圖2.3第12頁,共26頁，2024年2月25日，星期天2.基本結構——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晶位的陽離子也容易出現(xiàn)缺位，同時造成氧過剩。而B晶位上的陽離子與氧離子組成的八面體是ABO3型結構的框架，一般不出現(xiàn)缺位。圖2.4第13頁,共26頁，2024年2月25日，星期天2.基本結構——YBCO圖2.5第14頁,共26頁，2024年2月25日，星期天2.基本結構——YBCO自1986年發(fā)現(xiàn)銅氧化物高溫超導體以來，已經(jīng)有七大氧化物體系。YBCO系超導體有幾種不同的相：123相：YBa2Cu3O7-δ（Y-123相或YBCO）；247相：Y2Ba4Cu7O15（Y-247相）；124相：YBa2Cu3O8（Y-124相）；第15頁,共26頁，2024年2月25日，星期天2.基本結構——YBCO在銅氧化合物超導體中，由于YBCO體系在結構上具有完整的CuO2和Cu-O鏈因而是理想的基礎連接對象，也一直是人們關注的焦點之一。圖2.6圖2.7第16頁,共26頁，2024年2月25日，星期天3.制備方法——準備400℃下在馬弗爐中干燥反應試劑Y2O3、CuO、BaCO3兩個小時。稱取0.5g的BaCO3和相應量的Y2O3、CuO(Y:Ba:Cu=1:2:3)。圖3.1第17頁,共26頁，2024年2月25日，星期天3.制備方法——研磨、壓片在干凈的乳缽中研磨反應物直至沒有見到白色的片狀固體(大約需要10min)。模壓1～3個混合物小圓片(d=13mm，厚1～2mm)，置于氧化鋁舟中。圖3.2第18頁,共26頁，2024年2月25日，星期天3.制備方法——加熱使用程序控制的電爐按下列步驟進行加熱：(1)加熱到930℃，維持12h;(2)冷卻到500℃，維持1h;(3)以每小時50℃的速度降溫到400℃;(4)冷卻到室溫。當爐子溫度低于400℃，可以用鉗子取出釔鋇銅氧，放在絕緣板上冷卻。第19頁,共26頁，2024年2月25日，星期天3.制備方法——貯存貯存方法：儲存在陰涼、干燥的地方，并保持貯藏器密封。避免與強氧化物、潮濕接觸。確保工作間有良好的通風或排氣裝置。第20頁,共26頁，2024年2月25日，星期天超導體零電阻Text抗磁性Text零電阻抗磁性量子隧道效應4.性能極其應用第21頁,共26頁，2024年2月25日，星期天零電阻Text抗磁性Text4.性能極其應用——電應用昂尼斯持久電流實驗：1954年，為了證實超導體電阻為零，科學家將一個鉛制的圓環(huán)，放入溫度低于7.2K的空間，利用電磁感應使環(huán)內(nèi)激發(fā)起感應電流。結果發(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，在兩年半的時間內(nèi)的電流一直沒有衰減，當溫度升到高于Tc時，圓環(huán)由超導狀態(tài)變正常態(tài)，材料的電阻驟然增大，感應電流立刻消失，這就是著名的昂尼斯持久電流實驗。第22頁,共26頁，2024年2月25日，星期天零電阻Text抗磁性Text4.性能極其應用——電應用大電流應用：超導體最理想的應用是在城市商業(yè)用電輸送系統(tǒng)當中充當電纜帶材。常規(guī)電纜的輸送損耗5-8%。然而由于費用過高和冷卻系統(tǒng)難以達到現(xiàn)有要求導致實用化困難重重。但現(xiàn)在已經(jīng)有部分地點進行了試運行。2001年五月，丹麥首都哥本哈根大約150,000居民使用上了由超導材料傳送的生活用電。第23頁,共26頁，2024年2月25日，星期天零電阻Text抗磁性Text4.性能極其應用——電應用大電流應用：2001年夏，Pirelli公司為底特律一個能源分局完成了可以輸送1億瓦特功率電能的三條400英尺長高溫超導電纜。這也是美國第一條將電能通過超導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能源部和紐約能源研究發(fā)展委員會的支持下進行了一項示范工程——超導DI-BSCCO電纜首次入網(wǎng)運行。到目前為止該電纜承擔著70,000個家庭的供電需求并且未出現(xiàn)過任何問題。第24頁,共26頁，2024年2月25日，星期天零電阻Text抗磁性Text4.性能極其應用——電應用電子學應用-超導磁體計算機：高速計算機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會發(fā)生大量的熱。超導計算機中的超大規(guī)模集成電路，其元件間的互連線