材料科学与技术讲义材料的电性质与磁性质.ppt

* 2、超导态特性和超导体的性能指标 （1）超导态特性 a、完全导电性 进入超导态的超导体中一旦激发电流，长久存在、永不衰减 等势体： 体内场强： 六、材料的其它电性质 （一）超导性 1、概述 基本概念：正常态、超导态、超导性 超导理论 库伯电子对理论 氧化物高温超导材料 超导材料研发过程： 金属、合金 b、完全抗磁性 体内磁感应强度为零 正常态 超导态 内 迈斯纳效应 Meissner effect 处于超导态的超导体是抗磁体、具有屏蔽磁场、排除磁通的功能。 （2）超导材料的三个性能指标 a、超导体的临界转变温度 越接近室温越好，金属氧化物高温超导体： b、临界磁感应强度 1 2 3 4 5 6 7 施加外磁场 超导性破坏、超导体从超导态回到正常态 临界磁感应强度 随温度变化、近似为抛物线关系 温度为绝对零度时的临界磁感应强度 超导体的临界转变温度 是不加磁场时的值 处于超导态的超导体 c、临界电流密度 除外磁场影响超导态的转变外、超导体中的电流也会影响超导态的形成 超导体中的电流在空间激发磁场、其磁场达到 时，超导态被自身磁场破坏 原因： 临界电流密度：超导态被破坏时的电流密度 随温度的变化关系： 温度为绝对零度时的临界电流密度 与临界磁感应强度完全类似 ：受外磁场的影响； ：受体内电流的影响 相互影响 3、超导体的应用 研究的目的：应用 不仅能制造块状超导材料、利用物理或化学沉积已能制造薄膜超导材料 对超导器件的制造非常重要 系 金属化合物 液氮 中等工业规模开发、具有应用前景 超导体的应用： 核磁共振（NMR）成像系统， 磁悬浮列车，粒子加速器，核聚变，磁流体，电能储存系统等 高灵敏度、高速电子器件，电能输送（能耗极低），计算机、红外成像等 铌 （二）铁电性（ferroelectricity） 某些（离子）晶体具有自发极化的性质 自发极化：并无外电场作用、但体内有较强的电极化强度。 具有自发极化、且自发极化的方向可被外电场改变的晶体 铁电体： 如同铁磁体、铁电体并不一定含有铁 铁电体的 关系与铁磁体的 类似 存在类似于磁滞现象的电滞现象 电滞回线 铁晶体铁电性的起源： 如同铁磁性的起源：铁电体中存在电畴 电畴： 含有永久电偶极矩的小区，小区中个晶胞的电偶极矩方向相同 电畴具有强电偶极矩 实际铁电体的各电畴的电偶极矩方向一般不同；铁电晶体通常宏观上对外不显电性 有许多晶粒组成的铁电陶瓷更是如此 铁电体的极化： 适当的高温下、强直流电场的作用，使各电畴的电矩沿外电场的方向取向，维持外场下缓慢冷却材料到室温 适当的高温：电畴的取向可实现、又不会显著破坏已取向的电畴 维持外场、冷却到室温： 冻结已取向的偶极子 铁电体居里温度： 铁电体在某一温度以上、失去铁电性 居里温度：临界温度 典型的铁电材料： 侧视图 立体图 立方相：正负离子中心重合，晶胞无电偶极矩、无铁电性 四方相： 离子和周围 离子略向相反方向移动、产生方向向上的永久电偶极矩。 （三）压电性 1880：Piere. Curie and Jacques. Curie 首先发现 压电效应： 对 石英单晶在一些特定方向上加力、在与力垂直的平面上出现正、负束缚电荷 压电体已有超千种、可以是单晶、陶瓷（多晶）、聚合物、生物体 压电效应分为正、负压电效应： 受机械力作用的晶体，在一定方向的表面上产生束缚电荷，电荷面密度与所受的应力大小成正比 正压电效应： 与力平行或垂直 机械能转换为电能的过程 晶体在外电场激励下，晶体的某些方向上产生形变（谐振）的现象 负压电效应： 石英单晶正压电效应： 1 3 5 2 4 6 未受力时：正负电中心重合 受力时： （1）晶片受沿 y 方向的压缩力 纵向压电效应 1 3 5 2 4 6 1, 4 离子向中心；6, 5, 2, 3 离子向外移动 表面 A 出现负电荷；表面 B 呈正电荷 横向压电效应 （2）晶片受沿 x 方向的压缩力 2 4 6 3 5 1 1 3 5 2 4 6 未受力 6, 5, 2, 3 离子向内移动同样数值；1, 4 离子 向外移动 C 和 D 面不出现电荷；表面 A 和 B 呈现电荷 （3）晶片受沿z方向的压缩或拉伸力 正、负电荷中心始终重合，不出现束缚电荷 1 3 5 2 4 6 未受力 正压电效应本质： 外力改变了晶体中的原子或离子原来的相对位置、在特定的方向上产生束缚电荷、出现净电偶极矩 中心对称的晶体受力时不会改变其中心对称性、无压电效应 铁电体必具有强压电性，但压电体不一定是铁电体 压电晶体：结构上必须是无对称中心