第一章 导电材料.ppt

5、超导机理 (1) 二流体模型:(two-fluid model, 1934年Gorter和Casimir提出) 认为金属内部有超流体和正常流体即超导电子导电和正常电子导电 这两部分电子共存，彼此独立地运动，两种电子的相对数目都是温度的函数。 正常电子受到晶格散射做杂乱运动，对熵有贡献（电阻）。 超导电子处在一种凝聚状态（某一个低能态）。这是因为超导态自由能比正常态低，这种状态的电子不受晶格散射，又因超导态是取低能量状态，所以对熵没有贡献．即它们的熵等于零。由于超导相变是二级相变，所以超导态是某个有序化的状态。 按照这个模型，在温度低于Tc 以下电阻突然消失，是由于出现超导电子，金属中如果有电流则完全是超导电子造成的。出现超导电子后，金属内不能存在电场，正常电子不载电荷电流，所以没有电阻效应。 可是这个理论无法解释Meissner效应。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + e + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + e （2）BCS理论 1957年Bardeen, Cooper, Schrieffer三人提出BCS理论，从微观上解明了超导现象。1972年三人获得诺贝尔物理学奖。 BCS理论的简单模型 电子在带正电荷的格子中运动时，因库仑引力的影响，格子受电子的引力收缩，从而正电荷的密度变大。这是附近的另一个电子受到高密度的正电子的引力。 也就是说第一个电子被正电荷剥夺的能量，传给第二个电子。因此，这一对电子的能量总损失为零。这一对电子称作库柏电子对(Cooper pair)。 超导的应用 输送 产业 医疗 测试 电子 电力 能源 MRI (荷兰, 飞利浦) NMR 磁悬浮列车上海, 时速430 Km/h 单晶直拉设备的磁石 （东芝，住友电工，信越半导体研发） 使用超导的电脑 (Josephson Computer) 应 用 超导体的发展史和前景 年He的液化 1911年Hg超导的发现（Tc＝4.2 K） 1957年BCS理论 导出超导体的临界温度不超不出30-40 K 超导体不论是在理论还是在应用上都没有完善。但是因为它的独一无二的特性，超导体的研究充满了挑战和美好的前景 La2-xBaxCuO4的结晶构造 LaFeAs的结晶构造 1986年氧化超导体的发现 （Tc＝30 K） 之后一年半的时间Tc提高到100 K以上, 目前最高的Tc=160K(HgCaBaCuO,高压下) 2008年LaFeAsO1-xFx　(Tc=26 K) 4、高分子导电材料 高分子（polymer，macromolecule ）：是由大量一种或几种较简单结构单元组成的大型分子,其中每一结构单元都包含几个连结在一起的原子，整个高分子所含原子数目一般在几万以上，而且这些原子是通过共价键连接起来的。 有机：蛋白质，纤维素，橡胶等等。 无机：长石，石英，金刚石等等。 高分子导电材料(conductive polymers, intrinsically conducting polymers、ICPs)：是指具有导电特性的高分子化合物。 种类：包括结构型高分子导电材料和复合型高分子导电材料两大类。 导电高分子已研究的有：共扼高聚物、高分子传荷复合物、共盐聚合物、金属高聚物和非碳高聚物等。此外还有离子导电的高分子电解质，但其电导率很低(小于10-9s/cm)，一般不把它作为导电高分子。 结构型高分子导电材料 结构型高分子导电材料通常简称导电高分子（conducting polymers）。高分子本身结构或经掺杂后，就可以导电。 1958年Natta等人首先合成了聚乙炔粉末。1977年白川等人合作用I2和AsF5掺杂聚乙炔，发现聚乙炔的电导率从10-9 s/cm提高到103 s/cm量级，掺杂聚乙炔作为第一个导电高分子引起了广泛的兴趣。白川英樹(2000年获诺贝尔化学奖) 共轭高聚物：聚乙炔、聚苯乙炔、聚对苯、聚苯胺等 掺杂剂： 通过掺杂后导电率可达到半导体，甚至导体的水平。 反式聚乙炔 高分子传荷复合物：电子结合体型聚合物（聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯咔唑、聚乙烯毗啶）+小分子电子受体如含氰和硝基的有机化合物及高氯酸盐组成。 离子自由基盐聚合物（共盐聚合物） 金属高聚物： 将金属原子引进到高分子链上，成为带金属原子的高聚物分子链。 复合型高分子导电材料 （conductive polymeric composites） 导电高分子复合材料，由高分子材料和各种导电物质以均匀分散复合、层叠复合或形成表面等方式制得。 早在20世纪30年代