高温超导转变温度测量及样品制备 阿布杜可热木 摘要本文主要介绍.docVIP

高温超导转变温度测量及样品制备 阿布杜可热木 摘要：本文主要介绍了制备YBaCuO 高温超导样品的方法和过程，验证了超导材料的零电阻效应，并利用该效应进行超导样品转变温度的测量，然后对得到的结果进行分析。 关键词：电炉定标 制备YBaCuO样品 零电阻效应 转变温度 引言 1911年荷兰物理学家昂内斯发现汞的温度在4.2K时电阻突然消失，这是人类第一次发现超导现象。1987年1月休斯顿大学的朱经武及其学生的学生，阿拉巴马大学亨茨威尔分校的吴茂昆及其学生共同发现了钇钡铜氧在液氮低温区具有超导特性，超导材料研究的重大突破，引发了对新高温超导材料的研究热潮，使高温超导理论探索和高温超导体应用前景变得十分光明。 超导材料最基本的特性是零电阻效应和迈斯纳效应，本实验自行制作YBaCuO 高温超导样品，然后利用样品进行零电阻效应的验证和转变温度的测量，并对实验过程中出现的问题进行思考和讨论。 实验原理 YBaCuO样品的制备：将纯度为99.99%的Y2O3 、化学纯的BaCO3及化学纯的氧化铜以Y：Ba：Cu = 1：2：3的摩尔比粉末充分混合并研磨，之后进行第一阶段粉末的焙烧，而后用压片机压成小长方形，再进行第二阶段块材的焙烧得到所需要的样品，其总反应式为： O2 + 2Y2O3 +8BaCO3 +1 2CuO === 4YBaCuO + 8CO2 超导体的零电阻现象：当把金属或合金冷却到某一确定温度TC以下，其直流电阻突然降到零，把这种在低温下发生的零电阻现象称为物质的超导电性，具有超导电性的材料称为超导体。电阻突然消失的某一确定温度TC叫做超导体的临界温度。由正常态向超导态转变有一个转变宽度ΔTC，它取决于材料的纯度和晶格的完整性。基于这种电阻变化，可以通过电测量来确定TC，通常是把样品的电阻降到转变前正常态电阻值一半时的温度定义为超导体的临界温度TC。 超导体的抗磁性：当把超导体置于外加磁场时，磁通不能穿透超导体，而使体内的磁感应强度始终保持为零（Ｂ≡０），超导体的这个特性又称为迈斯纳效应。 超导体的这两个特性既相互独立又有紧密的联系，完全抗磁性不能由零电阻特性派生出来，但是零电阻特性却是迈斯纳效应的必要条件。 实验过程及数据处理 1.电炉的定标 实验所用的电炉下图所示，由图可知，温度调节器的电极连接在电阻炉的上方，而电极所测量的温度，即调节器上所显示的温度实际上与炉内样品烧制的管壁有一定距离的某处的温度，要想知道管内样品处的实际温度，就需要进行定标，并加以修正。 SK2-2-12管式电阻炉（右）、AI-708P(V6.5)程序型智能温度调节器（左） 定标时，用铂铑10-铂热电偶深入管内，在调节器上显示炉温稳定在某值时，分别测量管中央及两侧等距离的若干点的温度； 画图得到定标曲线： 由图可知管内的温度在不同位置是不一样的，而且实际温度比测量温度大40摄氏度到90摄氏度。电炉的中央跟测量温度更接近，而且比较稳定。此处的温度比测量温度大38摄氏度到43摄氏度。因此以后做实验室调温度时应该比所需的温度要低40摄氏度左右。 2. 高温超导样品制备 根据方程式O2 + 2Y2O3 +8BaCO3 +1 2CuO === 4YBaCuO + 8CO2算出需要的Y2O3、BaCO3 和CuO的质量分别为0.76g，2.64g和1.60g。将称量好的样品混合均匀并充分研磨。粉末呈浅灰色且颜色均匀没有大颗粒状固体时将粉末放进玉舟中再放在管式炉中央按下面的程序进行焙烧： C1 T1 C2 T2 C3 T3 24 60 770 600 770 -121* 样品自然降温后取来分成5等份，并且用压片机压成片，将压制成片的样品置于刚玉棒上，送至炉中央。并按下面的升温程序进行第二次焙烧。 C1 T1 C2 T2 C3 24 60 840 1200 840 T3 C4 T4 C5 T5 60 650 60 650 -121 在升温时温度达到400 (C左右时，开始通入氧气，流量0.8 L/Min，此时需要将管子两端与氧气管相连，并打开氧气阀。同样，在降温时温度接近300 (C时，可停止供氧。等到降温后可以得到所需要的样品。 3.超导转变温度的测量 将样品安装在测试探头上并连好连线，样品连线连接好以后，开启电流，调节样品电流，IS=5.0 mA 温度计电流IT=1.00 mA。样品温度达到稳定到液氮温度时，此时的样品电压VS为0.00mv温度电压VT为20.1mv，然后把探测头小心地从液氮瓶内提拉到液面上方，温度会慢慢升高，在这变化过程中，温度计的电压信号及样品的电阻信号会同时变化，同时记录这二数值，同时用X-Y记录仪记录图片。处理数据得到的图片为： 由降温曲线得到的两端的温度对应的电压为：24.0mv和25.7mv平均值为8