1、超导材料及其应用主讲人：李海东08级应用物理 超导简史 超导材料 超导应用一、超导简史1908年，荷兰物理学家昂内斯首年，荷兰物理学家昂内斯首次成功地把称为次成功地把称为 “永久气体永久气体 ”的氦液的氦液化，因而获得化，因而获得 4.2K 的低温源，为的低温源，为超导准备了条件，三年后即超导准备了条件，三年后即 1911年，在测试纯金属电阻率的低温年，在测试纯金属电阻率的低温特性时，他又发现，汞的直流电特性时，他又发现，汞的直流电阻在阻在 4.2K时突然消失，多次精密时突然消失，多次精密测量表明，汞柱两端压降为零，测量表明，汞柱两端压降为零，他认为这时汞进入了一种以零阻他认为这时汞进入了一种
2、以零阻值为特征的新物态，并称为值为特征的新物态，并称为 “超导超导态态 ”。物质在超低温下失去电阻的。物质在超低温下失去电阻的性质称为超导电性，具有这种性质的物质称为超导体，性质称为超导电性，具有这种性质的物质称为超导体，超导体在电阻消失以前的状态称为常导状态，电阻消失超导体在电阻消失以前的状态称为常导状态，电阻消失以后的状态称为超导状态。以后的状态称为超导状态。 这种特性称为超导材料的零这种特性称为超导材料的零电阻性。电阻性。汞在液氦附近电阻变化行为自 1911年以后，又发现了 23种纯金属也具有超导性。包 括水银在内， 24种纯金属超导材料的临界温度范围为 0.1 9.13K，最高温度 9
3、.13K的是铌元素。1952年，发现了临界温度为 17K的硅化钒，不久又发现了临界温度为 18K的铌锡合金，这在当时是最高的临界温度，以后又陆续发现了若干铌系列合金超导体。1973 年，科学家发现了铌锗合金，其临界温度为 23.2K，该纪录保持了 13年。1986 年， IBM公司的研究人员米勒和贝德诺尔茨发现了一种铜氧化物具有 35K 的高温超导性，突破了传统 “氧化物陶瓷是绝缘体 ”的观念，更重要的是改变了从金属和合金中寻找超导材料的传统思路 。1986 年底，美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料，其临界超导温度达到 40K，液氢的 “温度壁垒 ”被跨越。1987年，中国科学家赵忠贤在钇 -
4、钡 -铜 -氧系材料上把临界超导温度提高到 90K以上，液氮的禁区（ 77K）也被突破了，这使超导转变温度高于液氮的气化温度 ，使资源丰富、价格低廉的液氮作为超导体工作的冷却剂成为可能。人们将这类铜基氧化物超导体叫做高温超导体。为了与这类新发现的高温超导体相区别，人们把在此以前发现的超导体称为低温超导体。1987年底，铊 -钡 -钙 -铜 -氧系材料又把临界超导温度的纪录提高到 125K。1993年，人们发现了超导临界转变温度为 133K的汞 -钡 -钙 -铜 -氧系材料。二 超导材料2.1钇系高温超导体钇 系高温超 导 体是当前已知的四 类 高温超 导 体中研究得最透 彻 的一种 。 目前已
5、能从多种商 业 渠道 获 得 优质 的 Y123粉 、 块材和薄膜 。 制 备 超 导 性能 优 异的粉末 $高度致密 块 材或薄膜的方法和工 艺 条件已相当成熟 。 YBCO大 约 在 92K显 示出超 导电 性，并且超 导 相的比例极高 。 Y123薄膜的磁通 钉扎性能甚佳 。2.2 铋系高温超导体 (BSCCO)这是仅次于钇系研究得颇为透彻的高温超导体。 1988年初日本人用便宜的 Bi2O3 代替稀土，用锶、钙代替钡在 BSCCO系中发现了新的高温超导相。此后 ,美、日都宣布发现了Tc=110的超导体，经研究 BSCCO共有Bi2Sr2CaCu2O8(Bi2212) 和 (Bi，Pb)2Sr2Ca2Cu3O10(Bi2223) 两个高温超导相 ,前者的 Tc约 80 ,后者为 110。 BSCCO 粉具有极好的烧结特性和超导性能，目前已商品化生产用于制造和开发铋系线材。2.3 铊系高温超导体 (TBCCO)铊系高温超导体是继钇系、铋系之后于1988年发现的第三种高温超导体。目前已合成出 Tl 1212、 Tl 1223、 Tl 2212 和 Tl 2223 四种超导相的粉末。近年来对 TBCCO的研究表明 ,用它们有望获得高 Tc 的薄膜、多晶、厚膜和带材。2.4其它超导体如汞系、镧系、 Nb3Sn系及其它。
