第三讲材料的电学性质和电学材料.pptVIP

Tl2Ba2Can-1CunO4n+2, n=1,2,3,4 已经观察到大集团材料具有最高的临界温度Tc，已发现它们是铊钡钙铜酸盐体系。一系列具有不同数目CuO2层的材料已制得均相系列Tl2Ba2Can-1CunO4n+2, n=1,2,3,4，它们的结构见下图所示。 Tl2Ba2CaCu2O8(2212) 由两个四边形CuO2层组成，其间由一个双铊氧层Tl2O2分隔着。Cu-Ca-O层可以看作是钙钛矿砖块的变种，其中存在氧空位，而Tl2O2层具有类似岩盐(NaCl)结构部分排列方式。 Tl2Ba2Can－1CunO4n+2, n=1,2,3,4的结构 随着化学式Tl2Ba2Can-1CunO4n+2中n的增大，这时结构中又添加了CuO2层，因此Tl2Ba2CaCu3O10和Tl2Ba2CaCu4O12中分别含有3个和4个铜层。所有这些材料均是四方晶系，a≈380pm，但c值不同，随着CuO2层的数目增大，参数c值也增大。 某些具有单个Tl－O层分隔CuO2层材料也是已知的，例如TlBa2Ca2Cu3O9可以由Tl2Ba2CaCu3O10中移走TlO层得到。 Tl2Ba2Can－1CunO4n+2体系的临界温度的行为是很复杂的，并且与化合物的精确计量、合成条件以及最后退火处理的气氛种类等有关。不过，还是存在一个明显的变化趋势，就是Tc随n值增高，例如 Tl2Ba2CuO6，n＝1，Tc＝80K； Tl2Ba2CaCu2O8，n＝2，Tc＝105K； Tl2Ba2Ca2Cu3O10，n＝3，Tc＝125K。 类同系列下一个应是Tl2Ba2CaCu4O12，但其Tc却降低了，大约是115K。 Bi2Sr2Can－1CunO4n＋2，n＝1，2，3和HgBa2Ca2Cu3O10 类似铊－钡－钙－铜氧化物超导体的另一个系列也已被合成，但其中以Bi2O2代替了前一体系中的Tl2O2层。由于Bi－O核间距稍大于Tl－O核间距，因而Bi2O2层在铜层之间的适应性稍差一些，造成某些结构畸变。这一化合物采取正交晶系，临界温度也比上述铊体系要低一些。 化合物HgBa2Ca2Cu3O10早在1993年就已被报道，Tc为134K，其结构类似于TiBa2Ca2Cu3O9，但每三个CuO2层间夹一个HgO层。该化合物难以制得其纯相，不过仍可能作为高Tc进展来描述，的确它在高压下Tc可到达160K。 超导铜酸盐的共性 上述几个超导体系的讨论显示出两个共同特征： 它们都含有由CuO4四方平面(La1.8Ba0.2CuO4中为拉长的CuO6八面体)在所有顶角连接形成化学计量为CuO2的平面层，并且它们具有平均为＋2的铜氧化态； 这些CuO2平面层都由“荷电” 层分隔着，例如YBa2Cu3O7中的CuO链、Tl2Ba2Can-1CunO4n+2中的Tl2O2岩盐结构层，这些似乎可以保证超导层中具有合理的电荷和电子浓度。 过去五年中合成的许多超导铜酸盐的结果显示上述特征不时重现。因此，新的超导材料的研究应当考虑复合这些结构特点的化合物。 §4.4 介电材料 4.4.1 介电现象和极化效应 本章前几节中讨论的电现象都是以材料中存在的电子、离子和空穴等载流子在电场作用下产生长程迁移而形成的。与此不同，存在另一类材料，即所谓的介电材料，它们是绝缘体，即一般是禁带比较宽的电绝缘体。并不存在其中载流子在电场作用下的长程迁移，但仍然有电现象。这种电现象的产生，是因为材料中也存在荷电粒子，尽管这些荷电粒子被束缚在固定的位置上，但可以发生微小移动。这种微小移动起因于材料中束缚的电荷，在电场作用下，正负束缚的电荷重心不再重合，从而引起电极化，如此将电荷作用传递开来。 可以说，介电材料的电学性质是通过外界作用，其中包括电场、应力、温度等来实现的，相应形成介电晶体、压电晶体、热释电晶体和铁电晶体，并且依次后者属于前者的大类，其共性是在外力作用下产生极化。这几类材料的属于关系如图3.20所示。 1．电极化现象 介电材料本身不带电荷，但将其置于电场中，在其体积内部和表面会感应出一定量的电荷。这种现象称作电极化现象。这种极化现象可以分为4类，如图3.21所示。 电子极化 任何材料都是由原子和分子或离子构成的。原子可以看作是由带正电荷原子实和其外带负电的电子云所构成。无电场时，原子核的正电重心和电子云的负电重心是重合在一起。在电场存在时，正电重心和负电重心发生轻微错位，形成的极化称作电子极化。 电子位移极化是大多数无机