第5章 超导材料及其应用
新材料研发及应用推广手册
新材料研发及应用推广手册第1章新材料产业发展概述 (4)1.1 新材料定义与分类 (4)1.2 国内外新材料产业发展现状 (4)1.3 新材料产业政策与发展趋势 (4)第2章新材料研发与创新 (5)2.1 新材料研发流程与关键环节 (5)2.1.1 市场调研与分析 (5)2.1.2 前期研究与筛选 (5)2.1.3 材料设计与合成 (5)2.1.4 功能测试与优化 (5)2.1.5 中试与放大生产 (5)2.1.6 应用研究与推广 (5)2.2 新材料研发技术路线 (5)2.2.1 基于理论计算与模拟的技术路线 (6)2.2.2 基于实验优化的技术路线 (6)2.2.3 基于跨学科融合的技术路线 (6)2.3 新材料创新模式与策略 (6)2.3.1 开放式创新 (6)2.3.2 精准研发 (6)2.3.3 绿色可持续发展 (6)2.3.4 国际合作与交流 (6)第3章新材料功能评价与表征 (6)3.1 新材料力学功能评价 (6)3.1.1 拉伸功能测试 (6)3.1.2 压缩功能测试 (6)3.1.3 弯曲功能测试 (6)3.1.4 冲击功能测试 (7)3.1.5 疲劳功能测试 (7)3.2 新材料物理与化学功能表征 (7)3.2.1 结构分析 (7)3.2.2 热分析 (7)3.2.3 电功能测试 (7)3.2.4 光学功能测试 (7)3.2.5 化学稳定性测试 (7)3.3 新材料环境适应性评价 (7)3.3.1 高温适应性评价 (7)3.3.2 低温适应性评价 (7)3.3.3 湿度适应性评价 (8)3.3.4 气候适应性评价 (8)3.3.5 磨损适应性评价 (8)第4章新材料制备技术 (8)4.1.1 物理制备法 (8)4.1.2 化学制备法 (8)4.1.3 冶金制备法 (8)4.2 先进材料制备技术 (8)4.2.1 纳米材料制备技术 (9)4.2.2 生物材料制备技术 (9)4.2.3 能源材料制备技术 (9)4.3 新材料制备过程中的优化与控制 (9)4.3.1 制备工艺参数的优化 (9)4.3.2 制备过程中的监控与检测 (9)4.3.3 制备过程中的环境保护与安全 (9)4.3.4 制备过程的自动化与智能化 (9)第5章新材料应用领域 (9)5.1 新材料在新能源领域的应用 (9)5.1.1 硅太阳能电池材料 (10)5.1.2 锂离子电池材料 (10)5.1.3 风能发电材料 (10)5.2 新材料在交通运输领域的应用 (10)5.2.1 轻量化材料 (10)5.2.2 高功能橡胶材料 (10)5.2.3 磁性材料 (10)5.3 新材料在生物医疗领域的应用 (10)5.3.1 生物医用金属材料 (10)5.3.2 生物医用高分子材料 (11)5.3.3 纳米生物材料 (11)第6章新材料产业化与市场分析 (11)6.1 新材料产业化过程与关键因素 (11)6.1.1 产业化过程 (11)6.1.2 关键因素 (11)6.2 新材料市场分析与发展预测 (11)6.2.1 市场分析 (12)6.2.2 发展预测 (12)6.3 新材料产业链上下游企业分析 (12)6.3.1 上游企业分析 (12)6.3.2 下游企业分析 (12)6.3.3 产业链整合 (12)第7章新材料项目投资与风险管理 (12)7.1 新材料项目投资决策与评估 (12)7.1.1 投资决策依据 (12)7.1.2 投资评估方法 (12)7.1.3 投资决策流程 (13)7.2 新材料项目投资风险分析 (13)7.2.1 技术风险 (13)7.2.3 政策风险 (13)7.2.4 财务风险 (13)7.2.5 人才与管理风险 (13)7.3 新材料项目风险管理与应对措施 (13)7.3.1 风险管理策略 (13)7.3.2 风险识别与评估 (13)7.3.3 风险应对措施 (13)7.3.4 风险监控与调整 (13)第8章新材料政策与法规 (14)8.1 国内外新材料政策法规体系 (14)8.1.1 国际新材料政策法规概述 (14)8.1.2 我国新材料政策法规体系 (14)8.2 我国新材料政策法规现状与趋势 (14)8.2.1 我国新材料政策法规现状 (14)8.2.2 我国新材料政策法规趋势 (14)8.3 新材料企业法规遵从与合规管理 (15)8.3.1 企业法规遵从 (15)8.3.2 企业合规管理 (15)第9章新材料产业协同创新与集群发展 (15)9.1 新材料产业协同创新机制与模式 (15)9.1.1 协同创新机制概述 (15)9.1.2 协同创新模式分类 (15)9.1.3 协同创新实践案例 (15)9.2 新材料产业集群发展现状与趋势 (16)9.2.1 产业集群发展概述 (16)9.2.2 产业集群发展现状 (16)9.2.3 产业集群发展趋势 (16)9.3 新材料产业协同创新平台建设 (16)9.3.1 协同创新平台概述 (16)9.3.2 平台建设的关键要素 (16)9.3.3 平台建设实践案例 (16)9.3.4 平台建设策略与建议 (16)第10章新材料推广与市场拓展 (16)10.1 新材料市场推广策略 (16)10.1.1 市场调研与定位 (16)10.1.2 产品差异化策略 (17)10.1.3 品牌建设与宣传推广 (17)10.1.4 政策引导与产业协同 (17)10.2 新材料产品营销与渠道建设 (17)10.2.1 产品定价策略 (17)10.2.2 营销团队建设 (17)10.2.3 渠道拓展与管理 (17)10.2.4 客户关系管理 (17)10.3 新材料市场拓展案例分析与实践经验总结 (17)10.3.1 案例一：某高功能纤维材料在航空航天领域的推广与应用 (17)10.3.2 案例二：某环保型材料在建筑行业的应用拓展 (17)10.3.3 案例三：某新型半导体材料在电子产品领域的推广 (17)第1章新材料产业发展概述1.1 新材料定义与分类新材料是指近期开发出来，具有优异功能、新功能或新型结构，且在产业应用中具有潜在价值的一类材料。
第五章 非晶态材料的制备
生明显的结构相变，是一种亚稳态材料。
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8
别名
“过冷的液体” “金属玻璃” “玻璃金属” “无定型材料” “快速凝固材料”
9
2. 非晶态材料的分类
• （1）非晶态合金
• 非晶态合金又称金属玻璃，即非晶态合金具有金属和
玻璃的特征。
• 非晶金属玻璃材料中原子的排列是杂乱的，这种杂乱
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三、非晶态的形成
• 1. 影响非晶态合金形成的因素 • 内因：材料的非晶态形成能力。 • 外因：足够的冷却速度，使熔体在达到凝固温
度时，其内部原子还未来得及结晶就被冻结在 液态时所处位置附近，从而形成无定形的固体。
材料的非晶态形成能力： 合金 > 纯金属； 金属/ 非金属合金 > 金属/ 金属合金
• （3）从动力学观点来看，形成的关键问题是为避免发生可察觉
的结晶，要以多快的速率从液态冷却下来的问题。
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四. 非晶态材料的制备原理与方法
• 1.非晶态材料的制备原理 • （1）获得非晶态材料的根本条件 • ——足够快的冷却速度，并冷却到材料的再
结晶温度以下。
• （2）制备非晶态材料需解决的两个技术关键：
方面的应用已相当广泛。
3
二、非晶态材料的基本概念和基本性质
• 1. 非晶态材料的基本概念
• （1）有序态和无序态 • 根据组成物质的原子模型，可将自然界中物质状态分
为有序结构和无序结构两大类。
• （2）长程有序和短程有序 • 晶体中原子的排列是长程有序的；而非晶体是长程无
序的，只是在几个原子的范围内才呈现出短程有序。
新材料科学概论精品文档7页
新材料科学概论课程编码：202607课程英文译名：New Materials Outline课程类别：专业选修课开课对象：机电学院开课学期：第6学期学分：2 总学时：32 理论课学时：32学时实验学时：0学时；上机学时：0学时先修课程：工程材料与成形技术基础教材：《新材料概论》陈光崔宗主编，科技出版社，北京，2003年参考书：《材料科学概论》北京工业大学出版社许并社主编2002.5出版一、课程的性质、目的与任务新材料科学概论是反映材料科学进展、介绍新型材料及其应用的提高性技术基础课。
本课程在机械类本科专业中的地位属于选修课。
本课程的任务是使学生了解材料工程的发展状况，了解必要的现代的新型材料的科学知识和未来材料的发展方向。
使学生熟悉处理材料新问题的方法，开拓思路，提高分析问题和解决问题的能力。
二、课程的基本要求本课程目的是使学生对材料科学与工程建立整体与全貌的认识，了解现有材料的分类、特性、应用范围及其与相关学科领域的关系，把握高技术新型先进材料发展趋势。
本课程内容由材料学纲要、无机非金属材料新材料、生物材料、功能复合材料、纳米材料、高分子新材料和非晶合金等组成。
课堂教学要求的内容主要有：1．材料的设计；2．材料的成分与组织结构；3．材料的合成与加工；4．材料的性质和特点；5．材料的性能；6．新材料的发展和应用。
三、课程的基本内容及学时分配第一章材料科学与工程综述 2学时1.1材料及其分类1.2材料是人类社会进步的里程碑1.3先进材料是高新技术发展和社会现代化的基础和先导1.4材料科学与工程的形成与内涵1.5材料组成、制备、结构、性能和使用效能之间的关系1.6材料的应用第二章结构材料 2学时2.1材料的性能2.2金属材料2.3陶瓷材料2.4高聚物材料第三章电性材料 2学时3.1导体、半导体和绝缘体材料3.2超导材料3.3铁电、压电和介电材料第四章磁性材料 2学时4.1材料的磁性4.2物质磁性分类4.3磁性材料的分类4.4 几种新型磁性材料4.5磁性材料的应用第五章超导材料 2学时5.1零电阻现象5.2产生超导的原因5.3超导体的临界条件5.4超导材料的发展5.5超导氧化物5.6超导材料的应用与前景第六章光学材料 2学时6.1光纤材料6.2光色材料6.3红外材料第七章新能源材料 2学时7.1概述7.2新型二次电池7.3燃料电池第八章生物材料 2学时8.1概述8.2硬组织相容性材料8.3软组织相容性材料8.4血液相容性材料8.5生物降解材料第九章环境材料 2学时9.1环境材料的提出9.2环境材料的定义与研究内容9.3材料的环境协调性评价9.4材料的生态设计9.5材料的环境友好加工9.6传统材料的环境材料化9.7天然材料的加工和应用9.8绿色包装材料9.9绿色建材9.10环境净化、替代和修复材料9.11环境降解材料第十章智能材料 2学时10.1智能材料概述10.2电/磁流变智能材料10.3磁致伸缩智能材料第十一章形状记忆材料 2学时11.1形状记忆效应11.2形状记忆合金11.3形状记忆陶瓷11.4形状记忆聚合物第十二章梯度功能材料 2学时12.1梯度功能材料及其特点12.2热防护梯度功能材料12.3梯度折射率材料12.4梯度功能材料的应用第十三章复合材料 2学时13.1复合材料概述13.2增强材料13.3纤维增强材料13.4金属基复合材料13.5陶瓷基复合材料13.6碳/碳复合材料第十四章纳米材料 2学时14.1基本概念14.2纳米材料的诞生、发展与纳米科技的起源14.3纳米科技的崛起14.4纳米材料的特异效应14.5纳米结构单元14.6纳米组装体系第十五章软物质 2学时15.1概述15.2软物质的基本特征15.3软物质中熵的作用15.4软物质的自组织15.5几种典型的软物质体系考试 2学时四、习题及课外教学要求对课程的重点和难点：课堂讨论并讲解。
超导材料
4.2 超导材料的分类
2.第二类超导体
该类超导体的磁化曲线如图 4.2 中实线所示。当外磁场小于 第一临界磁场 Hc1 时，超导体内磁感应强度 B ＝ 0 为完全超导态； 当外磁场超过Hcl时，则有部分磁通穿入导体内，其中B从0迅速 增强。当外磁场大于Hc时，这类超导体并没有完全变成正常体， 它门能把一部分磁通排斥于体外，直到外磁场为Hc2时，超导电 性才消失。当外磁场介于 Hc1 与Hc2 之间时，超导体状态并不是 迈斯纳态，但也不是正常态，即处于超导态的小区与常态的小 区嵌镶结构，此态为混合态（Mixed State）。这类超导体在混 合态时仍保持一定的超导性。只有当外磁场强度大于Hc2时，零 电阻的现象才消失。具有这一特性的超导体即为第二类超导体。 很多合金以及 Nb、V等元素金属均属于此类超导体。Y－Ba － Cu－O系高温超导陶瓷亦属于第二类超导体。一般来说，第二 类超导体的Tc、Hc、Jc要比第一类超导体的高得多。
4.1.2 超导研究的历史回顾
1973年，发现Nb3Ge具有超导性，Tc为23.2K。 1973年，约翰斯通(D.C.Johnston)发现Li1+xTi2-xO4 具有超导性，其临界超导温度Tc达到13.7K。斯 赖特(A.S.Sleight)等发现BaPbxBi1-XO3(x=0.27)具 有超导性，其义为Tc=13K。这些奇异的氧化物 超导体的发现，使人们开发高温超导材料的注意 力转向了金属氧化物。 1975年，对超导材料的应用研究又迈出了新的一 步，时速达500km/h的超导磁悬浮列车试制成功。
4.1.1 超导性及其产生条件机理 超导材料：具有超导性的材料。要成 为超导状态，除了温度T要处于临界温 度Tc以下外，磁场强度H和电流密度J 也必须分别处于临界值Hc、Jc以下， 如图4.1所示。其临界值越高，用作超 导体时越有利。-H-J临界面（临界面内为超导状态；临界面外为正常状态）
电子材料课后题
第一章电子材料概论1.晶体有哪些基本特征？简述晶体与非晶体的异同。
答：晶体的宏观特征:（1）有规则的外形（自范性）；（2）晶体的均匀性，来源于晶体中原子排布的周期性规则，宏观观察中分辨不出微观的不连续性；（3）物理性质的各异向性；（4）稳定性，晶体有固定的熔点；（5）解理性非晶态的特点：原子的空间排列不具有周期性，长程无序，短程有序;物理性能各向同性；介稳状态。
2.晶体中的缺陷及其类型有哪些？答：晶体中的缺陷，是指实际晶体与理想的点阵结构发生偏离的地区。
由于点阵结构具有周期性和对称性，所以凡使晶体中周期性势场畸变的因素称为缺陷。
类型：电子缺陷，原子缺陷。
原子缺陷:杂质、位错、空位等。
原子缺陷按几何形状分为:点缺陷、线缺陷、面缺陷、体缺陷、微缺陷。
3.什么是晶粒间界？大角度晶界有哪些常用模型？相界有哪些类型？答：单相多晶材料中，晶粒与晶粒间的过渡区，称晶粒间界（GB）。
大角度晶界常用模型：过冷液体模型，小岛模型。
相界：系统内含有两个或两个以上的相，当处于热力学平衡时，不同相之间的界面。
类型:非共格相界，共格相界，准共格相界，分界面。
4.简述X射线结构分析的基本原理和常用方法。
答：由于晶体中原子排列的对称性和周期性，X射线对晶体来说是天然光栅，所以当X射线通过晶体时，就会出现衍射现象，因而通过对衍射花样的分析和计算，就可以获得晶体结构的各种参数。
常用方法：单晶衍射法，粉末法。
5.简述近代表面分析方法的基本原理和常用表面分析方法。
答：用一定能量的某种射线或粒子束去激发固体表面后，将产生带有某种表面信息的表面射线，用这种射线进行能量分布的分析。
常用表面分析方法：透射电子显微镜，扫描电子显微镜。
6.简述纳米材料的结构与性能特征。
答：纳米材料是指材料中颗粒（晶粒）尺寸处于纳米范围（2~10nm）的金属、合金、金属氧化物、无机物或聚合物等材料，包括纳米微粒、纳米结构、纳米复合材料；材料本身具有量子尺寸效应、表面界面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
第五章-1 磁性材料(基础知识)(1)
i=1A d=1m
×
H=1A/m
1 A/m的磁场强度就是直径为1m的单匝线圈通以1A电流时，在其中心处产生 的磁场强度。
M H
2）磁感应强度 B
物质在外加磁场H的作用下，发生磁化，磁感应强度B是外磁场强度H与
磁化强度M的总和：
M 感应磁矩μ
m
H
O
H
感应电子轨道电流
抗磁性物质M与H的关系
χ-1
抗磁性物质的磁化率
不随温度而改变。
O
T
抗磁性物质的原子中电子磁矩互相抵消，合磁矩为零，即没有固有磁矩；
但是当受到外加磁场作用时，电子轨道运动会发生变化，而且在与外加
磁场的相反方向产生很小的感应磁矩。
常见的抗磁性物质：
① 惰性气体； ② 任何原子若电离至与惰性气体具有相同的电子排布，则都将是抗磁性； ③ 不含过渡元素的共价化合物（如CO2），大部分有机化合物； ④ 部分金属，如Bi、Zn、Cu、Ag、Au、Hg、Pb等； ⑤ 部分非金属，如Si、S、P等； ⑥ 超导材料是
原子中存在未被填满的电子壳层是物质具有磁性的必要条件。
过渡金属原子的电子组态和玻尔磁子数
铁氧体中几种金属离子的3d层电子数及自旋磁矩
P251
物质的磁性
轨道 运动 电子 自旋 运动
轨道 磁矩 自旋 磁矩 未配对对电子 原子磁矩
+
（超）交换相互作用
磁性
2. 磁化强度和磁化率
2.1 磁化强度和磁化率的定义
。 ，
T > TN：磁矩的有序排列被完全破环，成为混乱排列并转化为顺磁性， T ，χ
《材料化学》课程教学大纲
《材料化学》课程教学大纲一、课程的基本信息适应对象：本科层次，应用化学、化学课程代码：18E00615学时分配：36赋予学分：2先修课程：无机化学、有机化学、分析化学、物理化学后续课程：二、课程性质与任务《材料化学》是应用化学的专业选修课程。
应用化学是一门以化学为基础的专门学科，因此对于该学科的本科学生来讲开设化学基础课尤显重要。
本课程的作用和任务在于指导学生切实地了解和掌握材料（主要是无机材料）化学所涉及的基本原理和一些基本概念，初步了解材料化学基本概念和原理，有利于学生今后从事相关工作。
三、教学目的与要求通过材料化学课程的学习，使学生了解当代材料科学的新概念、新理论、新技术、新工艺，掌握金属材料、无机非金属材料、高分子材料的基本知识，以及物理化学、电化学、光化学等化学基础知识在材料科学研究中的应用。
注重培养学生综合运用化学知识解决问题的能力；树立“多学科知识交叉与渗透”的观念。
四、教学内容与安排第一章晶体学基础1.1 晶体结构的周期性1.1.1 晶体结构的周期性与点阵1.1.2 晶体结构参数1.1.3 晶体缺陷1.2 晶体结构的对称性1.2.1 对称性基本概念1.2.2 晶体的宏观对称性1.2.3 晶体的微观对称性1.3 晶体的X射线衍射1.3.1 晶体X射线衍射基本原理1.3.2 衍射方向1.3.3 衍射强度1.3.4 常用晶体X射线衍射实验方法1.4 晶体结构的描述第二章晶态和非晶态材料的特性2.1 晶体特征的结构基础2.2晶体学点群和晶体的性质2.2.1 晶体学点群的分类2.2.2 晶体的点群和晶体的物理性质2.3 非正比化合物材料2.4液晶材料2.4.1 液晶和塑晶2.4.2 液晶的特性2.4.3 液晶材料2.4.4 液晶显示技术2.5 玻璃和陶瓷2.5.1 晶态材料与非晶态材料的异同2.5.2 玻璃2.5.3 陶瓷第三章金属材料3.1 金属特性与金属键3.1.1 自由电子理论3.1.2 能带理论3.2 金属单质结构3.2.1 金属单质结构的近似模型——等径圆球密堆积3.2.2 三维密堆积的三种典型型式3.2.3 金属单质结构概况3.2.4 金属原子半径3.3 合金结构3.3.1 金属固溶体3.3.2 金属化合物3.3.3 合金结构与性能3.4 金属材料3.4.1 轻质金属材料3.4.2 钢铁的结构与性能3.4.3 非晶态金属材料3.4.4 形状记忆合金第四章无机非金属材料4.1 离子晶体4.1.1 几种二元离子晶体的典型结构形式4.1.2 离子键与晶格能4.1.3 离子半径4.1.4 Goldschmidt结晶化学定律4.1.5 关于多元复杂离子晶体结构的规则——Pauling规则4.2 分子间做用力与超分子化学4.2.1 分子间作用力4.2.2 超分子化学4.2.3 晶体工程4.3 无机非金属材料4.3.1 无机非金属材料分类4.3.2 碳素材料4.3.3 单质硅4.3.4 无机化合物材料4.3.5 硅酸盐材料第五章高分子材料5.1 高分子材料的发展5.2 高分子材料的结构特点和性能5.2.1 高分子链的结构5.2.2 高聚物分子间的作用力5.2.3 晶态高分子的结构特点5.2.4 高聚物的物理状态转变5.2.5 高分子材料的性能5.3 高分子的聚合方法5.3.1 聚合机理5.3.2 加聚5.3.3 缩聚5.4 塑料5.4.1 塑料的分类5.4.2 塑料的应用5.4.3 塑料的加工5.5 橡胶5.5.1 天然橡胶5.5.2 合成橡胶5.5.3 橡胶的加工5.6 纤维5.6.1 纤维的分类5.6.2 合成纤维5.6.3 纤维加工成型5.7 复合材料5.7.1 复合材料的特性5.7.2 木质材料5.8 医用高分子材料5.8.1 概况5.8.2 生物医用高分子材料5.8.3 人造硬组织材料5.8.4 人工器官及其关键材料5.8.5 高分子药物5.9 导电高分子材料5.9.1 导电高分子材料的分类5.9.2 高分子导电机理5.9.3 共轭导电高分子材料5.9.4 新型导电聚合物体系5.9.5 导电高分子材料的应用5.10 高吸水性高分子材料5.10.1 发展概况5.10.2 超强吸水高分子材料的种类和特征5.10.3 超强吸水高分子材料的制备方法5.10.4 吸水高分子材料的应用第六章纳米材料6.1 纳米技术及纳米材料应用进展6.1.1 纳米科技进展6.1.2 纳米材料的种类6.1.3 纳米材料的特异性能6.2 纳米材料的制备6.2.1 纳米粉体的合成6.2.2 纳米复合材料的制备6.2.3 碳纳米管的制备6.3 纳米结构测试技术6.3.1 基本原理6.3.2 常用仪器6.3.3 检测技术的应用研究6.4 纳米材料的应用6.4.1 纳米材料在高科技中的地位6.4.2 磁学应用6.4.3 纳米催化6.4.4 陶瓷增韧6.4.5 光学应用6.4.6 医学应用6.4.7 环保应用第七章新型功能材料7.1 光学功能材料7.1.1 激光材料7.1.2 红外材料7.1.3 发光材料7.2 半导体材料7.2.1 半导体的导电机理7.2.2 半导体的分类7.2.3 半导体材料7.3 超导材料7.3.1 超导体的基本物理性质7.3.2 超导体的临界参数7.3.3 超导机理7.3.4 超导材料的种类7.3.5 超导材料的性能7.3.6 超导材料的应用7.4 热电压电和铁电材料7.4.1 热电材料7.4.2 压电材料7.4.3 铁电材料7.5 功能转换材料7.5.1 光电转化材料7.5.2 磁光材料7.5.3 声光材料教学安排及方式材料化学是一门理论性较强的基础理论课，其教学主要为课内讲授。
超导论文
1.1.1 超导物理之父— 海克·卡末林·昂内斯
1.1.2 液化氦气成功为超导的发现奠定基础
1.1.3. 首次发现超导
1.1.4 零电阻效应的证实
1.2超导材料的特点10
1.2.1超导的零电阻效应................................................
1870年,卡末林-昂内斯进入格罗宁根（Groningen）大学学习,第二年获科学学士学位。在格罗宁根大学,他学习了物理学和数学.次年转人德国海德堡（Heidelharg ）大学,在这里曾有向化学家罗伯特·威廉·本生（Robert Wilhelm Bunsen）及物理学家基尔霍夫（Kirchhoff）请教学习的机会。他是在基尔霍夫私人实验室工作的两名学生之一。
第一章 超导.1 超导物理之父— 海克·卡末林·昂内斯
1853年9 月21 日海克·卡末林·昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes）出生于荷兰的格罗宁根（Groningen）。他的父亲拥有一制瓦厂, 但他的母亲艺术素养颇佳, 深深影响了他。他的姐夫是当时Liden（地名）有名气的画家。卡末林一昂内斯年轻时也曾涉猎诗歌。
改革开放以来我国社会主义市场经济体制逐步建立，综合国力日益增强，人民生活水平大大提高，然而在这快速发展的同时一些深层次的矛盾与问题日益积累和加深，致使我国的可持续发展面临着诸多困境。一、一次能源资源面临枯竭，相关要素资源严重短缺。目前我国探明可开采的石油储量约21亿吨预计还可开采11.3年，煤炭1145亿吨预计还可开采45年，天然气1.88万亿立方米预计还可开采27.2年（数据来源：BP世界能源统计2008）。二、资源消耗过大，环境严重恶化，面临巨大的温室气体减排压力。科学观测表明，地球大气中二氧化碳的浓度已从工业革命前的280ppm（280毫升/立方米）上升到了2008年的386ppm。很多科学家将400~450ppm设为大气中二氧化碳的浓度上限，以避免“不可逆转的灾难性后果”。以上的数据表明我国（乃至全球）要实现可持续发展必须走低能高效之路，一方面最大限度地提高能源特别是不可再生能源的终端利用效率，另一方面大力开发利用新能源，寻找满足我国能源需求的终极解决途径。中国南方电力公司副总经理肖鹏曾在《中国电力工业变革与发展的战略选择》中强调要高度重视并加快高温超导技术的研发利用。他指出：高温超导技术是21世纪有可能为电力工业带来革命性变化的唯一高科技储备，也是未来新能源变革的重要技术支撑。
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的高得多。
简答题：什么是第一类超导体，什么是第二类超导体， 二者有什么本质区别?
答：第一类超导体：对于超导态物体，外加磁场H增加到临界值，就
转入正常态，降低磁场，物体又恢复到超导态。 第二类超导体：磁化曲线上存在两个临界磁场：下临界磁场和上临 界磁场。当外磁场H小于Hc1，样品处于超导态；H大于Hc2，样品处 于正常态；当H介于两者之间时，样品处于混合态，磁通量并不完全
脆），较难生产，不便于使用，价格也贵，一般用作高磁场材料。
部分金属元素超导体的临界参数
几种重要的超导合金的临界参数
一些高临界参数的化合物超导体
三、 低温超导体——其他类型的低温超导体
非晶超导材料
范畴：
非晶态超导体的研究主要包括非晶态简单金属及其合金和非
晶态过渡金属及其合金。
特性： 它们具有高度均匀性、高强度、耐磨、耐蚀等优点。非晶态 结构的长程无序性对其超导电性的影响很大，使有些物质的超导 转变温度Tc提高，这是由于非晶态超导体与晶态超导体的不同所
补充的物理特性
：同位素效应，同位素的质量越大，转变温度越低。例如，原子 量为199.55的汞同位素，它的Tc是4.18K，而原子量为203.4的汞同 位素，Tc为4.146K。 材料由正常态转变到超导态，其晶体结构不变，而同位素的差别 主要在于原子核的质量。因此，超导材料中的同位素效应表明了 传导电子与晶格振动的相互作用是很重要的问题，该效应为探明 超导转变的微观机制提供了一条重要线索。通常我们也可以用同 位素效应来鉴别材料的超导电性。
即超导体排斥体内的磁场。
超导隧道效应
弱连接超导体：S-I-S
超导隧道结（约瑟夫森结）示意图
两超导体中间的绝缘（真空， 正常）层也能让超导电流通过 的现象叫超导隧道效应。
约瑟夫森和贾埃弗的发现，对于研制高性能的半导体和超导体元器件具有 很高的应用价值，并导致超导电子学的建立。(SQUID) 科幻小说《约翰尼的记忆》中的仪器
强电超导材料
属于第二类超导体
工作时，处于混合态，即具有零电阻效应，体内又有磁场。 问题：阻止混合态中的磁通线运动——钉扎力 解决方法： 复合导体材料——超导线材表明包裹一层金属（Cu, Al）。 多芯扭绞复合线材——做成细丝，使一根复合线含有数干股 细丝并扭绞。
图：复合加工方法制备的V3Ga超细多芯线的原理图
Bardeen、Cooper、Schrierfer
一、 超导体的基本知识——BCS理论
内容：电子间的直接相互作用是相互排斥的库伦力。如果仅仅存在
库伦直接作用的话，电子不能形成配对。但电子间还存在以晶格振动
（声子）为媒介的间接相互作用。电子间的这种相互作用是相互吸引 的，正是这种吸引作用导致了“库珀对”的产生。大致上，其机理如 下：电子在晶格中移动时会吸引邻近格点上的正电荷，导致格点的局 部畸变，形成一个局域的高正电荷区。这个局域的高正电荷区会吸引
零电阻
零电阻是超导体的一个 重要特性，实验表明： 超导状态中零电阻现 象不仅与超导体温度 有关，还与外磁场强 度和通过超导体的电 流有关，这意味着存 在临界电流，超过临 界电流就会出现电阻.
零电阻
完全导电性（临界磁场、临界电流、临界温度）
对于温度为T(T<Tc)的超导体，当外加磁场超过某一数值Hc的 时候，超导电性就被破坏了，这个磁场强度称为临界磁场。在临 界温度Tc，临界磁场为零。 实验证实，在无外加电场时，超导体中如果通入足够强的电 流，超导电性也会遭到破坏，此时的电流称为临界电流Ic(T)。
（2）第二代超导体——亿系
（3）第三代超导体——铋系、铊系、汞系 五、超导材料的应用 （1）磁悬浮列车 （2）SQUID量子干涉传感器
一、 超导体的基本知识——研究历史 1、 1973年以前超导研究过程 1911年 Onnes发现Hg在4.2K电阻突然下降为零 1933年 Meissner效应的发现 1911-1932年间, 以研究元素的超导电性。Hg、Pb、Sn、In、 Ta„.
卡末林· 昂内斯
H. Kamerlingh-Onnes (1853--1926)
1913年， 诺贝尔物理学奖， 因对物质低温性质的 研究和液氦的制备 而获奖。
2、1973-1986年
• • 超导临界温度的提高，停滞不前。
Tc=23.2K Nb3Ge (1973年发现)
非常规超导体研究得到了蓬勃发展
排除在体外，而是有部分磁通穿过，这时既有抗磁性又有零电阻效应。
两类超导体的物理机制不同。高温超导体属于第二类超导体，其 超导物理机制无法用BCS理论解释。
二、 超导体的分类
元素超导体
按 照 相 变 温 度 （ 工 作 温 度 ） 划 分低温超导体工作要用极低的液（30K以下）
合金及化合物 态氦气冷却，或者其 超导体 他辅助物理手段
B=0(H+M)
混合态
• 第二类超导体：当外磁场小于第一临界磁场Hc1 时，超导体内磁感
应强度B=0，为完全超导态；当外磁场超过Hc1时，则有部分磁通穿
入导体内，其中B从 0 迅速增强；当外磁场大于Hc1时，这类超导体 并没有完全变成正常体，它们能把一部分磁通排斥于体外，直到外
磁场为Hc2时，超导电性才消失。当外磁场介于Hc1与Hc2之间时，
引起的。非晶态过渡金属及合金的性质比简单金属更为复杂。
三、 低温超导体——其他类型的低温超导体
重费米子超导体
重费米子超导体是70年代末期发现的，它的超导转变温度只
有0.7K。 这类超导体的低温电子比热系数非常大，是普通金属的几百 甚至几千倍。由此推断这类超导体的电子有效质量比自由电子 (费米子)的质量重几百甚至几千倍，因此称为重费米子超导体。
光电子材料
第五章
超导材料及其应用
Content
一、超导体的基本知识 （1）研究历史 （2）三个基本物理特性 （3）BCS理论 二、超导体的分类
（1）Ⅰ类和Ⅱ类超导体——按照磁化特性分类
（2）低温超导体和高温超导体——按照工作温度分类
三、低温超导体（符合BCS理论）
（1）元素超导体
（2）合金及化合物超导体 （3）其他类型超导体 四、高温超导体 （1）第一代超导体——镧系
其他超导体
第一代超导体——镧系
高温超导体 （30K以上）
第二代超导体——钇系 第三代超导体——铋系、铊系、汞系
工作需要用氮气（液态）冷却
三、 低温超导体
现在已经应用的超导材料，一类是充分利用零电阻特性的，
要求其承受大电流和强磁场，叫强电超导材料；另一类是利
用约瑟夫森效应的，只涉及小电流和弱磁场，叫弱电超导材
超导体状态并不是迈斯纳态，但也不是正常态，即处于超导态的小 区与常态的小区嵌镶结构，此态为混合态（Mixed State）。这类超
导体在混合态时仍保持一定的超导性，只有当外磁场强度大于 Hc2
时，零电阻的现象才消失。具有这一特性的超导体即为第二类超导 体。
很多合金、化合物以及 Nb、V等元素金属均属于此类超导体。高
重Fermi子超导体 低载流子密度超导体 低维无机超导体 非晶态超导体 磁性超导体
超晶格超导体
有机超导体
3 高温超导体研究的重大突破
1986年 Müller (缪勒 )和Bednorz
(柏诺兹 ) 发现高温超导体
1986.1
La2-xBaxCuO4 35K 90K
1987.2 YBa2Cu3O7 1988.1 Bi-Sr-Ca-Cu-O 80K,110K
自旋相反的电子，和原来的电子以一定的结合能相结合配对。在很低
的温度下，这个结合能可能高于晶格原子振动的能量，这样，电子对 将不会和晶格发生能量交换，也就没有电阻，形成所谓“超导”。
不足：BCS理论无法解释高温超导现象——铜氧化物超导体
简答题：超导材料的几个物理特性是什么？简要叙述 超导体的BCS理论。
1932-1953年，发现了许多具有超导电性的合金。如 Pb-Bi，NbC， MoN，Mo-Re„„.
1953-1973年，发现了一系列A15型超导体和三元系超导体。如 Tc17K的V3Si，Nb3Sn；特别是Nb3Ga，Nb3Ge Tc23.2K
1957年提出了BCS理论 (1972年诺贝尔物理奖) 1962年发现了Josephson效应 (1973年诺贝尔物理奖)
密度明显高于常规NbTi/Cu多芯线。
要使超导体处于超导状态，必须将条件控制在三个临界参数
Tc、Hc、Ic之下，不满足任何一个条件，超导状态都会立即消失。 Ic则彼此有关并依赖于温度。
其中Tc、Hc是材料的本征参数，只与材料的电子结构有关，而Hc、
超导体的临界参数
临界温度Tc 临界磁场Hc 临界电流密度Jc
维持超导状态的必要条件 一些金属超导体临界 磁场与温度的关系
完全抗磁性
定义：在超导状态，外加磁场不能进入超导体的内部；原来处
于外磁场中的正常态样品变成超导状态后，也会将原来在体内
的磁场完全排出。这个性质称为完全抗磁性，又称为迈斯纳效 应。
球体
磁悬浮演示
142 kg
超导体
磁悬浮列车
完全抗磁性
理论解释：
当一个磁体和一个处于超导态的超导体相互靠近时，磁体 的磁场会使超导体表面中出现超导电流。此超导电流形成的磁 场，在超导体内部，恰好和磁体的磁场大小相等，方向相反。 这两个磁场相互抵消，使超导体内部的磁感应强度为零，B=0，
完全导电性
定义：将超导体冷却到某一临界温度以下时电阻突然降为零的
现象称为超导体的零电阻现象，即超导体的完全导电性。
高温超导体YBCO的电阻-温度曲线
铅环中的电流不停地流动，形成一 个永久的磁场，使一枚磁针悬浮在 空中