功能陶瓷课程-超导陶瓷剖析.ppt

Company Logo LOGO 功能陶瓷 超导陶瓷 汇报人： 仇晓风 汇报日期：2014.05.28 超导陶瓷定义及性质 1 超导陶瓷发展史 2 3 3 4 4 超导陶瓷应用 超导陶瓷研究现状 汇报内容 目前，新型陶瓷分成两大类 结构陶瓷：主要用其机械功能、热功能和部分化学功能 功能陶瓷：主要用其电、光、磁、化学和生物体特性。新型陶瓷往往具备多功能性，如ZrO2陶瓷在用其高温高强特性时是结构陶瓷，在利用其氧传感特性时是功能陶瓷。 如：氧化锆测氧探头用来直接测量锅炉、熔炉、窑炉、干燥器以及各种燃烧过程中或燃烧后排出的烟气体中氧气的含量。 超导陶瓷定义及性质 超导陶瓷定义 超导陶瓷是指具有超导特性的陶瓷材料，与其他超导体的性质一样，超导陶瓷在完全导电性下电阻为零，处于外界磁场中完全抗磁 功能陶瓷的杰出代表。 超导现象 材料在低于某一温度时，电阻变为零的现象，而这一温度称为超导转变温度(Tc)。超导现象的特征是零电阻和完全抗磁性。 抗磁性 物质的原子中电子磁矩互相抵消，合磁矩几乎为零并且与原来磁矩方向相反。 超导体必须冷却至某一临界温度(Tc)以下才能保持其超导性。 施加给超导体的磁场必须小于某一临界磁场(Hc)才能保持超导体的超导性。 当超过某一临界电流值(Ic)时，材料就从超导态转变为正常态。 超导陶瓷性质 1）零电阻性 电流通过导体时，由于存在电阻，不可避免地会有一定的能量损耗。而所谓超导体的完全导电性即在超导态下（在临界温度Tc以下）电阻为零，电流通过超导体时没有能量的损耗。 超导体的完全抗磁性是指超导体处于外界磁场中，能排斥外界磁场的影响，即外加磁场全被排除在超导体之外，这种特性在1933年由迈斯纳发现，称为迈斯纳效应。 2）完全抗磁性 迈斯纳效应是材料出现超导性的一个重要判据，也是诸多应用如超导磁屏蔽、磁悬浮等的理论基础。 由迈斯纳效应超导性可表述为：在温度降至Tc以下，材料的电阻和体内磁感应强度都突然变为零的现象。 3）约瑟夫森效应 两超导材料之间有一薄绝缘层(厚度约1nm)而形成低电阻连接时，会有电子对穿过绝缘层形成电流，而绝缘层两侧没有电压，即绝缘层也成了超导体。当电流超过一定值后，绝缘层两侧出现电压U(也可加一电压U)，同时，直流电流变成高频交流电，并向外辐射电磁波。 超导陶瓷发展史 1973 年 人们发现了超导合金——铌锗合金，其临界超导温度为23.2K， 该记录保持了 13 年。 设在瑞士苏黎世的美国IBM 公司的研究中心报道了一种氧化物(镧 -钡-铜-氧)陶瓷超导体，临界温度为30K，从而掀起了超导始上，也是物理学始上的发展浪潮，打破了传统“氧化陶瓷是绝缘体”的观念。 1986 年 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。 荷兰物理学家卡麦琳·翁纳斯(Kamerlingh·Onnes) 研究水银低温下的电阻时，发现当温度降低至4.2K以下，水银的电阻突然消失，他称之为“超导态”。 1911年12月28日宣布了这一发现，1913年获得Nobel物理学奖。 后来又陆续发现了十多种金属(如Nb、Pb、La、V等)都有这种现象。 1911年 1986 年 高温超导材料的不断问世，为超导材料从实验室走向应用铺平了道路。 由此可见，超导材料从发现至今的临界转变温度，两年内超导陶瓷的临界温度提高了近100K，为区别于低温的金属超导材料，这类陶瓷超导材料也被称为高温超导陶瓷。 铊系超导材料的临界转变温度已高于120K，而通常人造地球卫星所处的太空层的空间温度恰为100~120K左右，所以如果采用铊系材料做成超导器件就有可能在卫星上直接工作。 1987 年2月 美国华裔科学家朱经武、吴茂恩小组首先发现Y-Ba-Cu-O系统陶瓷超导体，临界温度为98K。 1988 年3月 美国的盛正直和荷曼(Herman)发现了铊-钡-钙-铜-氧系统陶瓷超导体，临界超导温度的记录提高到125K。 1988年1月，日本的米塔（Maeda）小组发现Bi-Si-Ca-Cu-O系统陶瓷超导体， Tc达到110K。 科幻电影《阿凡达》中的哈利路亚悬浮山 电影中解释道，是因为山中蕴藏着一种叫做“Unobtanium”的神奇室温超导矿石，它借助母树附近的强大磁场悬托起了哈利路亚山。 超导陶瓷应用 输配电 根据超导陶瓷的零电阻的特性，可以无损耗地远距离的输送极大的电流和功率。 电力系统方面 交通运输方面 制造超导磁悬浮列车，由于超导陶瓷的强抗磁性，磁悬浮列车没有车轮，靠磁力