第五章——超导材料.pptVIP

* 由于一般超导体材料均具有Tc低的特点，研制高温超导材料就成为人们关注的焦点。 * 由于一般超导体材料均具有Tc低的特点，研制高温超导材料就成为人们关注的焦点。 * 1980年代，自然科学领域出现了两大发现：球形的C60和高温超导体。C60特殊的结构曾经使科学家浮想联翩，但是在相当长的一段时间内，对C60的超 导性质的研究进展不大。 尽管C60的超导转变温度还没有达到室温的水平，但 * C60分子是一种由60个碳原子构成的分子，它形似足球，因此又名足球烯。 掺杂是在晶体管中实现的，它易于与传统的计算机芯片集成在一起， CHCl3 三氯甲烷 * * 联机越短，计算机运算当然越快， * 液氦制冷，此前，国际上仅有美国一家公司能够制造此类装置。国内首台低温超导除铁器的研制成功，打破了我国在这一技术和设备领域完全依赖从美国进口的局面 * a. Nb-Ti（铌-钛）合金 性能稳定，生产成本低，制造工艺成熟。使用最为广泛，制造超导线材。 Nb-Ti合金的TC随成分而变化。含Ti为50%时，TC为9.9K；同时，随Ti含量增加，强磁场的特性会提高。 5.3低温超导体 * b. Nb-Zr合金（应用最早的超导线） 特点：低磁场、高电流，延展性好、抗拉强度高。但工艺复杂，制造成本高，逐渐被Nb-Ti合金替代。 在含10～30%Zr时，TC最大，为11K；临界磁场也取决于Zr的含量，含65～75%时达到最大。 5.3低温超导体 * c. 三元系合金（改善二元合金的性能） 主要有：Nb-Zr-Ti、Nb-Ti-Ta钽、Nb-Ti-Hf铪等 是制造磁流体发电机大型磁体的理想材料。 如：Nb-Ti-Ta合金，加入5%的Ta，TC升高1K; 对合金热处理(400oC)后，可以提高IC。 5.3低温超导体 * (3)化合物超导体 一般为金属间化合物(过渡族金属元素之间形成 ) 金属间化合物超导体的临界温度与临界磁场一般比合金超导体的高(Nb3Sn化合物临界温度可达18K)—用作强磁场超导材料 但此类超导体的脆性大，不易直接加工成带材或线材。 5.3低温超导体 * (3)化合物超导体 Nb3Sn超导化合物：高的临界温度（～18K），高临界磁场（4.2K下，～22.1T），高临界电流（10T下，～4.5×105A/cm3），用来制作8～15T的超导磁体。 超导性能与化学成分、制备方法、热加工工艺等密切相关。 5.3低温超导体 * (3)化合物超导体 Nb3(Al,Ge)化合物： (Nb3Ge临界温度23.2K) 特点：高临界磁场（4.2K下，～42T），是现有超导材料中最高的；较低的临界电流（103～104A/cm3。 5.3低温超导体 * 2001年1月10日，日本青山学院大学教授秋光纯的研究小组发现金属间化合物MgB2具有超导电性，超导转变温度高达39K。 二硼化镁结构简单，易于制作和加工，有着广阔的应用前景。 迄今为止， MgB2的超导转变温度是简单金属化合物中最高的。 二硼化镁（MgB2）超导体的发现 5.3低温超导体 * MgB2超导材料块材的制备（固相法） 日本秋光纯: 99.9％Mg＋99％B MgB2 （压制成小球＋高压氮气加热） 中国科学院： Mg(分析纯)＋B(单质) MgB2(高纯) （用铂金包裹,T=1173K,P=3.0GPa,烧结t=10～30min) 兰州大学 Mg(过量10％分析纯)＋B(非晶) MgB2(高纯) （用钽箔包裹,T=1073K,烧结t=4h） 5.3低温超导体 * 不足之处：磁场会严重影响MgB2的超导性能，大大降低它所能承载的最大电流。　 　美国科学家在MgB2中掺入了一点氧，结果发现其抗磁能力大大增加，Ic也有所提高。 英国科学家则使用质子束轰击MgB2 ，以打乱其晶体中原本有规则的原子结构，使磁场对MgB2超导性能的影响力下降。 二硼化镁（MgB2）超导体的发现 5.3低温超导体 * 1986年后发现了更高临界温度的超导体，如YBaCuO（Tc＝90K）、TiBaCaCuO（Tc＝120K）等。最大缺点为脆性大，加工困难。 高温超导材料：Tc＞77K（液N温度） 5.4 高温超导体 著名高温超导物理学家 * (1)氧化物超导体 1987年起，超导材料临界温度TC提高到77K，高温超导材料经历了四代： 第一代钇系，如Y-Ba-Cu 氧化物， TC=90K； 第二代铋系，如Bi-Sr-Ca-Cu氧化物；TC=114-120K； 第三代铊系，如Ta-Ca-Ba-Cu氧化物，TC=122-125K; 第四代汞系，如Hg-Ca-Ba-Cu氧化物， TC=135K。 5.4