稀土精细化学品化学 3.pptVIP

第九章 稀土超导材料 一、超导现象 1911年荷兰物理学家在研究低温下汞导电性时发现，当温度降到4.2K以下，汞的电阻突然变为零，这种现象称为汞的超导现象。 物质在超低温下，失去电阻的性质称为超导性，具有这种性质的物质称为超导体。 超导体在电阻消失前的状态、称为常导状态。 电阻消失后的状态称为超导态。 后来又发现许多元素、合金和化合物都具有超导性，现已发现了上千种超导材料。 二、超导体的特征值 1.临界温度Tc 临界温度:是指超导体从常导态转变为超导态的温度，用Tc表示。 由于材料的不纯，这种零电阻转变跨越一个温度区域，从而有4个区域温度参数。 (1)起始转变温度Tc(on set):是指材料开始偏离常导态线性关系时的温度。 (2)零电阻温度Tc (n = 0):是指理论材料电阻R = 0时的温度。 (3)转变温度宽度ΔTc:是指10%Rn (Rn为Tc (on set)时材料的电阻值)和90%Rn对应的温度区域宽度。 ΔTc越窄，材料的品质越好。 (4)中间临界温度Tc (mid) :是指1/2Rn对应的温度值。对一般常规超导体，这一温度值，有时可视为临界温度。 2.临界磁场Hc 实验表明，对于超导态的物质，除温度外，足够强的磁场也能破坏超导态。 使超导态转变成常导态的最小磁场Hc (T)叫做该温度下超导体的临界磁场。 绝对零度下的临界磁场记作Hco。 Hc是温度的函数，经验证明Hc(T)与T的关系为:  Hc(T) = Hco[1一(T/Tc)2] (9-1) 式中: Hco一绝对零度下的临界磁场;  Tc-临界温度。  在临界温度Tc时，磁场Hc = 0。 对于所有的金属， Hc -T曲线几乎有相同的形状，经验公式为: Hc(T) = Ho[1一(T/Tc)2] (9-2) 式中: Ho一经验系数。 3.临界电流Ic 临界电流Ic :是指破坏超导性所需的最小极限电流。 临界电流是产生临界磁场的电流，也是超导态允许流动的最大电流。 对于半径为 a的超导体所形成的回路中， Ic与Hc的关系为: Ic =1/2a Hc (9-3) 临界电流与温度的关系为:  Ic = Ico [1一(T/Tc)2] (9-4) 式中: Ico一绝对零度时的临界电流。 置于三个临界值Tc、Hc和Ic之下的超导体才处于超导状态，任何一个条件遭到破坏，超导状态随即消失。 Tc、Hc只与材料的电子结构有关， Ic和Hc不是相互独立的，是彼此有关并依赖于温度。 4. Meissner(迈斯纳)效应 1933年Meissner和Ochsenfeld把锡单晶球超导体在磁场(H≤ Hc)中冷却，在达到临界温度Tc以下，超导体内的磁通线一下子被排斥出去; 或者先把超导体冷却至Tc以下，再通以磁场，这时磁通线也被排斥出去。  在超导状态下，超导体内磁感应强度B≡0，这就是 Meissner效应。 对于导体，即使是理想状态，电阻趋于零，而导体内部磁通密度取决于R≠ O时的磁通状态。 对于超导体，在超导状态下，内部磁通密度总是等于零。 金属在超导状态的磁化率 χ = M/H =-1， B =μo (1 + χ )H = 0，其中M为磁化强度。 超导体具有零电阻现象和常导体零电阻在实质上是不同的。 单纯的零电阻并不能保证 Meissner效应的存在，但零电阻又是Meissner效应的必要条件。  衡量一种材料是否是超导体，必须看是否同时具备零电阻和Meissner效应。 三、超导体的种类 现已发现了上千种超导材料，按其成分和Meissner效应可将超 导材料分类为: 1.按成分分为 :(1)元素超导体:除碱金属、碱土金属、铁磁金属外几乎全部金属元素都具有超导性，其中铌的Tc = 9.26K，为最高的临界温度。 (2)合金和化合物超导体:合金和化合物超导体包括二元、三元和多元的合金及化合物。其