《电子陶瓷与器件》第四章 超导陶瓷.pptx

第四章超导陶瓷;主要内容;陶瓷历来被视为典型的绝缘体，即使是氧化物半导体陶瓷，它的电导率也介于金属和绝缘体之间。而近年来给超导研究带来重大突破的却是氧化物陶瓷材料。陶瓷确实存在许多诱人的有待深入研究开发的特性。;超导体与正常导体的区别;4.2超导的发现;;昂纳斯在1911年12月28日宣布了这一发现。但此时他还没有看出这一现象的普遍意义，仅仅当成是有关水银的特殊现象。

1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现：如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这叫抗磁性。;迈斯纳效应;;把一块磁铁放在超导盘上，由于超导盘把磁感应线排斥出去，超导盘跟磁铁之间有排斥力，结果磁铁悬浮在超导盘的上面。;人们很快发现，处于临界温度Tc以下的超导体，当外磁场比较低时，它是超导态的，即具有零电阻和迈斯纳效应。但是当外磁场高于某一值时，它就从超导态转变成正常态，电阻恢复，和正常导体具有相同的性质。

这种使超导体从超导态转变为正常态的磁场称为临界磁场Hc，即进入超导态的标志是在临界温度(Tc)和临界磁场(Hc)以下。;然而，人们又发现，超导体能承载的电流是有限的，当通过超导体的电流密度超过一定的数值Jc时，超导电性也被破坏了，这一电流密度称为临界电流密度Jc。Jc随温度的不同而不同。对于一个实际的超导体来说，与Jc相对应的流经超导体的电流称临界电流Ic。;超导态下的T-H-J临界面;逐渐增大磁场到达一定值后，超导体会从超导态变为正常态，把破坏超导电性所需的最小磁场称为临界磁场，记为Hc。

有经验公式：

Hc(T)=Hc(0)(1-T2/Tc2)

;临界电流;Liquid

Helium;1911年;1937年;1957年;1980年;从现在已研究到的超导材料的组成来看，能构成超导材料的组成元素是相当多的，有金属、类金属和非金属元素，在这些元素中，有一些可由单一元素制成超导材料，但绝大多数超导材料是由多种元素形成的合金、化合物或陶瓷。;超导元素;人们对是不是超导体提出四个标难：出现零电阻，有迈斯纳效应，工艺的可重复性和超导现象的稳定性。

高温超导体：临界温度在液氮温度（77K）以上材料。;超导材料的分类：;超导陶瓷;La-Ba-Cu-O超导陶瓷是最早发现的具有超导特性的氧化物超导材料。镧系超导材料的种类和性能见下表。La-Sr-Nb-O超导陶瓷的临界温度Tc较高，但抗磁性较弱。;2.钇系高温超导陶瓷;3.铋系高温超导陶瓷;4.铊系高温超导陶瓷;总之，从1911年发现水银的超导温度为4.2K后，直到1986年。人们发现了上干种超导材料，然而临界温度Tc最高的铌三锗(Nb3Ge)，才达23.2K。平均每5年Tc才提高1℃。超导材料的研究似乎显得太慢了。

而在1986年氧化物超导材料的发现，使超导材料的研究出现了高潮。到1988年底，在短短的两年多的时间内．不但开发出了新型氧化物超导材料，而且把Tc从30K提高到125K。从而使超导体在液氮温区工作成为现实。;液氮的沸点为77.3K，其价格比液氦便宜100倍，冷却效率高63倍，所以大大扩展了超导的应用前景。

高温超导体的巨大突破，以液态氮代替液态氦作超导制冷剂获得超导体，使超导技术走向大规模开发应用。氮是空气的主要成分，液氮制冷机的效率比液氦至少高10倍。液氮制冷设备简单，因此，现有的高温超导体虽然还必须用液氮冷却，但却被认为是２０世纪科学上最伟大的发现之一。;高温超导材料的结构特征:;钇钡铜氧化物（YBa2Cu3O7-x)超导体

;铋锶钙铜氧化物（Bi-Sr-Ca-Cu-O）超导体;高温超导材料的例子;Y系高温氧化物超导体的制备;高温超导材料的制备;高温超导材料制备所面临的问题：;-----I.Chong,Z.Hiroi,*M.Izumi,J.Shimoyama,etal.Science,276,770(1997).;超导材料的必威体育精装版进展;----MaciekZgirski,Karri-PekkaRiikonen,etal.Nanoletters,5,6(2005);S.Kang,A.Goyal,J.Li,A.A.Gapud,etal.Science,311,1911(2006).

;超导材料的必威体育精装版进展;在液氮温区实现超导，不仅是固体物理、高能物理和材料科学的一场革命，而且必将带来一场新的工业革命，对人类社会有不可估量的影响。超导材料广泛应用的最大障碍是“温度障碍”。

氧化物陶瓷超导体在液氮温区实现超导，克服了这