高温超导转变温度的测定讲解
高温超导实验报告步骤(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解高温超导体的基本特性和物理机制。
2. 学习液氮低温技术，掌握低温环境下的实验操作。
3. 测量高温超导体的临界温度（Tc）和临界磁场（Hc）。
4. 研究高温超导体的临界电流（Ic）与磁场、温度的关系。
二、实验原理高温超导现象是指某些材料在液氮温度（约77K）下表现出超导特性。
实验中，通过测量超导体的电阻、临界温度、临界磁场等参数，来研究高温超导体的物理性质。
三、实验仪器与材料1. 高温超导材料（如钇钡铜氧YBCO等）2. 低温冰箱3. 温度计4. 磁场计5. 电阻计6. 磁场发生器7. 数字多用表8. 液氮四、实验步骤1. 样品制备：将高温超导材料制备成合适尺寸的样品，通常为薄片或丝状。
2. 低温环境准备：将低温冰箱预热至液氮温度，并将样品放入冰箱内冷却至液氮温度。
3. 电阻测量：- 使用电阻计测量样品在液氮温度下的电阻。
- 记录电阻值，作为初始数据。
4. 临界温度测量：- 慢慢升温，观察电阻变化。
- 当电阻突然降至零时，记录此时的温度，即为临界温度（Tc）。
5. 临界磁场测量：- 使用磁场计测量样品在液氮温度下的磁场。
- 慢慢增加磁场强度，观察电阻变化。
- 当电阻突然降至零时，记录此时的磁场强度，即为临界磁场（Hc）。
6. 临界电流测量：- 在一定磁场下，逐渐增加电流，观察电阻变化。
- 当电阻突然降至零时，记录此时的电流，即为临界电流（Ic）。
7. 温度与磁场关系研究：- 在不同温度下，重复步骤4和5，研究临界温度（Tc）和临界磁场（Hc）与温度的关系。
- 在不同磁场下，重复步骤6，研究临界电流（Ic）与磁场的关系。
8. 数据整理与分析：- 将实验数据整理成表格，分析高温超导体的物理性质。
- 对比不同高温超导材料的物理性质，总结实验结果。
五、实验注意事项1. 实验过程中，务必保持低温环境，避免样品受热。
2. 在测量电阻、临界温度、临界磁场等参数时，要确保仪器精度。
3. 注意实验安全，防止低温伤害。
高温超导材料制备和超导转变温度测量
进玛瑙研钵中研磨至
完全混合均匀，而后
用模具压成小长方形，
由于此时样品还未经
过烧结，仅由粉末压
成，还很容易碎，从
模具
模具中取出时要很小
心。
块材YBa2Cu3O7的制备
❖ 经过第二次焙烧。等到自然冷却后（周末隔 了两天，有延误的可能），取出样品，发现 仅有一块样品还在刚玉棒上（编号1），其它 三块都掉到刚玉棒外。而那三块的的表面均 有较多绿色颗粒存在，说明并不是取出的时 候不小心掉下的，应该是将刚玉棒放入管子 时或是焙烧初始阶段就已经掉落。
悬浮现象（迈斯 纳效应）
抗磁性演示
超导转变温度的测量
样品电压与温度电压的关系
❖ 由图，超导转变温度对应的电压为33.3mV， 而标准值应该是25.8mV左右，这之间存在 7.5mV的误差。
❖ 查看记录，发现初始时温度电压显示为 107.4mV，对应温度为20摄氏度，当时无温 度计，室内没开空调，室外温度为10℃以下， 因而推测是温度计存在本底电流导致误差
判定超导体的两大要素
❖ 1911年时，荷兰来登实验室的昂尼斯等人发 现水银在冷却到4.2K以下时，电阻突然消失， 这是超导现象的周次发现。
❖ 1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德发现处 于超导状态的超导体内磁通为0，磁力线完全 被排斥到超导体之外，这是超导体的另一个 重要特性——完全抗磁性。
块材YBa2Cu3O7的制备
块材YBa2Cu3O7的制备
❖ 这是不应该出现的，回想实验过程，唯一的 可能就是将管子两端与氧气管相连时，猜想 是动作太大，加上刚玉管并不是精确的水平 放置，因而靠边上的样品由于震动，滑落至 一边。实验时疏忽大意了，当然也不能排除 焙烧过程中人为影响。
块材YB品放在液氮 中的永磁体上，观察有无迈 斯纳效应，发现仅有1号样 品能够悬浮，其他三个样品 无悬浮现象，进一步说明了 这三个样品是在实验初始阶 段就掉落在刚玉棒外，没有 充分接触到氧气，因此产生 的YBa2Cu3O7不多
实验十一高温超导转变温度测量实验
实验十一 高温超导转变温度测量实验超导电性简称超导（superconductivity ），它是指某物质在温度低于某一定值时，出现电阻率为零的现象。
自20世纪20年代起，人们就开始对超导性的理论和应用做了大量的研究。
随着超导研究的进展，特别是20世纪80年代高温超导材料问世后，超导技术已开始广泛应用于科学研究和人类生活之中。
一．实验目的1．了解FD-TX-RT-II 高温超导转变温度测定仪的结构及使用方法；2．掌握液氮低温技术；3．利用FD--RT-II 高温超导转变温度测定仪，测量氧化物超导体YBa2CuO7的超导临界温度。
二．实验原理1．超导现象在所用气体中，氮具有最低的液化温度。
1908年，卡末林·昂尼斯（H ·Kammerlingh Onnes ）首先成功地液化了氮，利用液氮又获得了4.25～1.15K 的极低温度。
在新到达的低温范围内，昂尼斯进行了金属电阻随温度变化的研究。
1911年，他发现当温度降低时，汞的电阻率先平缓地减少，当温度T <4.2K 时，汞的电阻率突然降为零。
随后他又发现，除铜、金、银与铁等室温下的良导体以外，还有其他许多金属有此现象。
1913年他将这种新的物态定名为超导态（Superconducting State ），而将电阻率突然为零的温度称为超导体转变温度（inversiontemperature ）或临界温度，用T c 表示。
在昂尼斯之后，人们又陆续发现了许多其他金属或合金在低温下也能转变为超导态，但它们的转变温度不同。
由于这些金属的超导现象是在低温下获得，故这种超导现象也称为低温超导。
处在超导态的物质具有如下重要性质：1） 直流零电阻效应如前所述，当某些金属、合金和化合物的温度下降到T <T c 时，它们的电阻率突然降为零，处于超导态。
在超导态下，物质的电阻真的完全消失了吗？最灵敏的试验是超导环中的持续电流试验：将一金属环放在垂直于环平面的磁场中，将其冷却到超导的转变温度以下，然后撤去磁场，由电磁感应原理知，这时在环中产生感应电流。
高温超导转变温度测量
高温超导转变温度测量填空题1.超导材料: 将在一定的低温条件下呈现出零电阻和完全抗磁性的材料称为超导材料;2.超导材料的转变温度: 电阻率降为起始转变电阻率的一半时所处的温度;3.特殊温度的一些概念：每种超导电材料都有其独特的结构,从而具有相应的特征温度;高于此特征温度,材料处于正常态,具有金属性的电阻率;低于这个特征温度,电阻率为零,材料进入超导状态;通常称这个特征温度为超导体的转变温度transition temperature 或临界临界温度Critical temperature,用 Tc 表示;当ρ刚好完全到零时对应的温度,称为完全转变温度又称零电阻温度;由于材料的化学成份不纯和晶体结构不完整等因素的影响,超导体的正常态——超导态转变是在一定的温度间隔中发生的;当我们测量电阻率温度的变化关系时;我们通常将降温过程中ρ-T 曲线开始偏离直线处对应的温度称为起始转变温度Onsetpoint,该处的电阻率以ρ0n 表示;将ρon 的 90% 到 10% 所对应的温度间隔称为转变宽度,以△T c 表示;对于纯元素超导体,△T c ≈ 10-3 K ,对于氧化物高温超导体△T ≈ 几 K ;从使用的角度看,T c 越高越好,△T c 越小越好;图形如下：简答题1、为什么要用铂电阻因为金属铂具有良好的化学稳定性,体积小而且易于安装和检测,同时铂电阻的测量范围大,在本实验中能测量出所需温度;2、为什么采用四引线法可避免引线电阻和接触电阻的影响,直接用欧姆表测不行：四引线法即每个电阻原件都采用四根引线,其中两根为电流引线,两根为电压引线；若直接用欧姆表测量导体电阻,由于表内自带电源产生电流较大,相应电流也较大,且由于接触电阻的存在,从而使得分压情况较为严重,测出的R 值不够精确,同时,测量引线通常又长又细,以及接触电阻的存在,其阻值有可能远远大于待测样品的电阻,这样就无法测量待测样品阻值；而四引线法,恒流源通过两根电流引线将待测电流提供给待测样品,而电压表则是通过两根电压引线测量样品上的电压;由于两根电压引线与样品的节点处在两根电流引线的节点之间,因此排除了电流引线与样品之间的接触电阻对测量的影响；又由于电压表的阻值很高,电压引线的引线电阻以及它们与样品之间的接触电阻对测量的影响可以忽略不计;因此,四引线法减小甚至排除了引线电阻和接触电阻对测量的影响;四引线法比一般的伏安法测电阻更为精确,更适合于测量阻值较小的电阻,故本实验采用四引线法测量样品电阻;ρ T90%50%10%变温度 T C ∆T C完全转 变温度四引线法原理图3、超导电性有应用高温超导材料的用途非常广阔,大致可分为三类：大电流应用强电应用、电子学应用弱电应用和抗磁性应用;大电流应用即前述的超导发电、输电和储能；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等; 4、为什么样品电流要尽量小能不能用增大测量电流的方法来提高测量精确度最小多少是由什么决定的因为样品的电流大的话电阻会发热,而我们做的是高温超导实验,电阻发热会给实验造成较大的误差;其次如果样品电流大的话,电压表的分流会变大,电压表接点的电阻造成的误差就会变大;5、分析引起本实验测量误差的主要因素：①虽然样品与温度计的紧密连接使得两者的温度在很短的时间内达到一致,但是还是存在着传热过程,使得温度的测量不怎么精确;②器端引线法引入的引线电阻,这些电阻会给实验造成误差;③电阻温度计温度所测得的温度并不能完全代表样品的温度,因为能量的交换是需要一定时间的,因此当样品出现超导现象时,其温度应该比电阻温度计温度所测得的温度偏高;6、本实验是如何测量超导材料所处温度的：①样品架的温度由铂电阻温度计测定,而铂电阻温度计的电阻R则随温度变化而发生变化；②温度计电流为固定值,可以通过FD-TX-RT-Ⅱ高温超导转变温度测定仪测量得到,温度计电压则随温度变化而变化可由欧姆定律U T=IR求得,但为方便记录和观察,在测量仪中显示的为放大40倍的效果,即U=40U T；③铂电阻温度在室温到液氮温度范围内,满足RT=aT+b的线性关系;7、注意事项不一定会考,但还是看一下好1、使用液氮一定要注意安全1不要让液氮溅到人体、仪器或引线上；2液氮汽化时体积将急剧膨胀,切勿将容器出气口封死；3液氮是窒息性气体,应保持实验室有良好的通风;2、样品的焊接与保存1焊接样品时,宜用小烙铁头,不应焊动压铟点处的镀银丝,并使锡焊接点保持亮泽去除助焊剂；2钇钡铜氧YBa2Cu3O7材料易吸收空气中的水汽使超导性能变坏,应存放在有硅胶干燥剂的密封容器中;3、探棒不得剧烈震动和撞击,以免震断连接样品的涂银丝而损坏仪器;拿离和放回试验台时,一定要轻拿轻放；浸入和提离低温杜瓦时,一定要将探棒竖直对准杜瓦瓶口的中心轴线缓慢操作,避免跟瓶口和其他物体碰撞;。
高温超导转变温度的测定
1986年期间由于在陶瓷材料镧钡铜氧（La-Ba-Cu-O）中发现了超导现 象，而且其临界温度为35K，使人们对超导现象有了新的认识。紧接 着中、日、美的一些科学家又发现了一系列临界温度更高的超导体， 据报道汞系如汞钡钙铜氧（Hg-Ba-Ca-Cu-O）临界温度已高达133K。 人们把那些临界温度高于液氮温度的超导材料称做高温超导体。现在 已发现的高温超导材料有上百种，可是高温超导的性质还无法用BCS 理论解释。其理论还远落后于实验。
3．超导体的临界参数:
临界温度TC:超导体必须冷却至某一临界温度以下才能保持其超导性。
临界电流密度JC:通过超导体的电流密度必须小于某一临界电流密度
才能保持超导体的超导性。
临界磁场HC:施加给超导体的磁场必须小于某一临界磁场才能保持超导
体的超导性。
※超导体的三个临界参数 它们与物质内部的微观结构 有关，这三个条件任何一个 被破坏，物质将失去超导状 态。
4.超导材料的电阻测量方法：目前采用的高温超导材料大
多是质地松脆的陶瓷材料,测量电极与被测材料很难作到非常良好的接触 ，为了消除接触电阻对测量的影响，常常采用四端子测量法，如右图.
由于是低温物理实验,其装置的原则 之一是必须尽可能减小室温漏热。
测量引线通常是又长又细，其电阻值要 有可能远远超过待测样品（如超导样品） 的阻值。
零电阻效应是对直流而言， 如果是交流电，则存在着交流损 耗而产生交流电阻。
2．完全抗磁性(称迈斯纳效应):是指当物质由正常态进入到
超导态后其体内的磁通量被完全排出体外即体内磁感应强度总是为零的 一种状态。这种状态的产生不管是先加磁场再降温还是先降温再加磁场.
零电阻效应与完全抗磁性这两个基本特性即相互独立又相互联系，单 纯的零电阻效应不能保证完全抗磁性的存在，可是它又是完全抗磁性存 在的必要条件。
高温超导转变温度的测定讲解
高温超导转变温度的测定
实验目的：
1、了解FD-TX-RT-II高温超导转变温度测定仪的结构 及使用方法；
2、掌握液氮低温技术；
3、利用FD-TX-RT-II高温超导转变温度测定仪，测量 氧化物超导体YBaCuO的超导临界温度
一、高温超导转变温度测量原理
1、零电阻现象：在一定低温下，导体的直流电阻突变为零的 现象。
样品Ｒ－Ｔ曲线图：
五、思考题
1. 为什么采用四引线法可避免引线电阻和接触
电阻的影响？ ２、用液氮制冷技术应该注意哪些事项？
2、转变温度TC ：R突变为0时的温度。 即：T=TC瞬间，R=0
R
一般导体 汞（超导体）
3、超导产生条件： （1） 样品中通以直流电
(2) T样品 TC
(3) j样品 jC (4) H样品 HC
0
4.2k
T
R样品=0瞬间， T=TC
间接测量：
U样品=I0R
R
样品
T
数字电压表
U温度计 R T
查 表
直接测量：
U样品，I0
U温度计
U样品=0瞬间， U温度计=？
注：铂电阻温度计在室温到液氮温区内，满足：
R(T ) AT B
二、实验仪器
（1）低温液氮杜瓦
盛放液氮的容器
（2）实验探棒和前级放大器
探棒：安装超导样品和温度计供 插入低温杜瓦实现变温．
（3）测量仪主机
测量：U样品，I0， U温度计
（一）高温超导转变温度测量仪结构以及连线示意图：
实验探棒和 前级放大器
低温液氮 杜瓦
测量仪主机
（二）底部样品室的结构
1、样品室外壁和内部样品架均由 紫铜块加工而成，通过紫铜块外壁
超导材料的超导转变温度测量与分析技巧
超导材料的超导转变温度测量与分析技巧引言超导材料是一类具有特殊电性质的材料，其在低温下能够表现出零电阻和完全抗磁性的特点。
超导转变温度是指材料从正常态转变为超导态所需的温度，是评价超导材料性能的重要指标。
本文将介绍超导转变温度的测量方法和分析技巧，帮助读者更好地理解和研究超导材料。
一、电阻法测量电阻法是最常用的测量超导转变温度的方法之一。
该方法基于超导材料在超导态下电阻为零的特性，通过测量材料的电阻随温度的变化来确定超导转变温度。
在电阻法中，通常采用四探针测量法来减小接触电阻的影响。
通过在超导材料上附加四个电极，两个电极用于注入电流，另外两个电极用于测量电压。
通过改变温度，记录电压随温度的变化曲线，当电阻突然减小到零时，即可确定超导转变温度。
然而，电阻法测量存在一些局限性。
首先，由于电极接触电阻的存在，超导转变温度的测量结果可能会受到一定的误差影响。
其次，电阻法只能测量到零电阻状态的超导转变温度，对于非零电阻的超导材料来说，该方法并不适用。
二、磁化率测量磁化率测量是另一种常用的测量超导转变温度的方法。
该方法基于超导材料在超导态下完全抗磁性的特点，通过测量磁化率随温度的变化来确定超导转变温度。
在磁化率测量中，通常采用交流磁化率测量法。
该方法通过在超导材料周围施加一个交变磁场，测量材料的交流磁化率随温度的变化。
当超导转变温度达到时，材料的交流磁化率会突然从负值跳变为正值。
然而，磁化率测量也存在一些限制。
首先，该方法对于非零电阻的超导材料并不适用。
其次，磁化率测量需要使用复杂的实验装置和精密的测量技术，对实验条件要求较高。
三、其他测量方法除了电阻法和磁化率测量法，还有一些其他的测量方法可以用于测量超导转变温度。
例如，热容法通过测量材料的热容随温度的变化来确定超导转变温度。
该方法适用于各种超导材料，但需要较为复杂的实验装置和精确的温度控制。
此外，还有一些新兴的测量方法正在被研究和发展，如超导量子干涉仪和扫描隧道显微镜等。
高温超导转变温度测量及样品制备实验.ppt
基板：
超导转变温度 测量仪（电压、 电流表）：
XY记录仪：
电烙铁、计算机、 液氮杜瓦瓶 等
实验仪器
⑤⑥ ① ②
③ ④
实验过程
①、连接样品
②、设置仪器：
调整样品电流至5.00mA、温度计电流至1.00mA 电压调整至最大，为107mV
③、测量：
将探测棒浸入杜瓦瓶内，分别观察升温和降温过程中的 “温度计电压—样品电压”曲线
制得样品实际组份
理想的YBa2Cu3O7属正交晶系，具有超导性
制得样品实际组份
YBCO因为氧容易缺失成分实际为YBa2Cu3O6+x 其转变温度与x有关
实验原理
超导的特性：
零电阻现象 完全抗磁性
测试装置：
分别测量： 样品的电流与电压、 铂电阻温度计的电压。
实验原理
四极引线法：
实验仪器
样品：
Y：Ba：Cu=1：2：3
设备
烧结炉
液压机
制备中遇到的问题
1.材料从液压机中压过取出后，没有压入整块样品的散 料较多。
2.材料的分层明显。
3.材料疏松不能受力。
原因分析
1.研磨时间过长 料中细粉比例过多，容易出现叶状或者层状缺陷 ①比表面积大 ②疏松松散、含空气量大
2.粉料水分不足 ①颗粒间摩擦阻力大，易分层 ②强度低，易掉角
简介
超导体 （1911） 零电阻、完全抗磁性 液氦温区，高成本，难以广泛使用
YBCO是首个转变温度大于77K，即液氮温度的超导材 料，开创了高温超导的新领域。 （1987）
YBa2Cu3O7
YBCO材料制备
1.配料 Y2O3、BaCO3、CuO 2.研磨 3.初次烧结 770℃ 10h 4.压片 压力是关键因素 5.二次烧结 400℃之后通氧 6.打孔
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查 表
直接测量：
U样品，I0
U温度计
U样品=0瞬间， U温度计=？
注：铂电阻温度计在室温到液氮温区内，满足：
R(T ) AT B
二、实验仪器
（1）低温液氮杜瓦
盛放液氮的容器
（2）实验探棒和前级放大器
探棒：安装超导样品和温度计供 插入低温杜瓦实现变温．
（3）测量仪主机
测量：U样品，I0， U温度计
（一）高温超导转变温度测量仪结构以及连线示意图：
实验探棒和 前级放大器
低温液氮 杜瓦
测量仪主机
（二）底部样品室的结构
1、样品室外壁和内部样品架均由 紫铜块加工而成，通过紫铜块外壁
与液氮的热接触，将冷量传到内部
紫铜块样品架中。 2、超导样品为常规的四引线接头 方式，其电流、电压引线分别连 接到样品架的相应接头上。 3、样品架的温度由装于其块体 内的铂电阻温度计测定。 4、样品电阻的四引线和铂电阻的四引 线通过紫铜热沉后接至探棒上端，再 分别接至各自的恒流源和电压表。
2、转变温度TC ：R突变为0时的温度。 即：T=TC瞬间，R=0
R
一般导体 汞（超导体）
3、超导产生条件： （1） 样品中通以直流电
(2) T样品 TC
(3) j样品 jC (4) H样品 HC
0
4.2k
T
R样品=0瞬间， T=TC
间接测量：
U样品=I0R
R
样品
T
数字电压表
U温度计 R T
四、实验步骤：
１、灌注液氮：注意掌握液氮的高度。其高度可用所附
的碳棒探测估计。 ２、连接电路：将放大器上的航空头分别接到主机上对 应的航空插座上。 ３、记录数据：通过主机面板上两数字电压表的显示值，
记录下某一时刻的样品电压和温度计电压。
４、处理数据：求样品的阻值Ｒ和对应的样品温度Ｔ。 做出Ｒ－Ｔ曲线。并确定转变温度。
超导材料的电阻测量方法：四引线测量法
即每个电阻原件都采用四根引线，其中两根为电流引线，两根为电压引线。 由于低温物理实验装置的原则之一是 必须尽可能减小室温漏热。
恒流源
_
UX
+
测量引线通常是又长又细，其电阻 值有可能远远超过待测样品（如超 导样品）的阻值。
-
ΟΟ
ΟΟ
I-
I+
四引线法测电阻原理图
为了减小引线和接触电阻对测量的 影响，通常采用“四引线测量法”，
前级放大器框图
（四）测量仪主机
１. 数字电压表：显 示温度计电流和经放 大后的样品电压值， 只要除以已知的放大 倍数 (通过放大倍数 切换开关来获得)， 就可以得到样品的原 始电压值，样品的阻 值由原始电压值除以 样品电流值得到。
４.
数字电压表： 用于显示样品电流和 经放大后的温度计电 压值，只要除以已知 的放大倍数(40倍)就 可以得到温度计的原 始电压值，通过查表， 就可以得出其对应的 温度值； 5. 样品电流调节电位器：用来调节样品所需要的电流大小，电流范围为 1.5mA到33mA，连续可调。
样品Ｒ－Ｔ曲线图：
五、思考题
1. 为什么采用四引线法可避免引线电阻和接触
电阻的影响？ ２、用液氮制冷技术应该注意哪些事项？
（三） 前级放大部分
1、样品上的电压经放大器放大10000 倍后的输出，其与主机的连接线在5 芯航空头上。
2、是样品电流的测量端，其与主 机的连接线也在5芯航空头上。 3、两个插座为样品两电压端的 直接引出点，未经放大，此处 也可直接连到记录仪的X－Y端 。 4、两个插座是铂温Байду номын сангаас计的电压 输出端，
高温超导转变温度的测定
高温超导转变温度的测定
实验目的：
1、了解FD-TX-RT-II高温超导转变温度测定仪的结构 及使用方法；
2、掌握液氮低温技术；
3、利用FD-TX-RT-II高温超导转变温度测定仪，测量 氧化物超导体YBaCuO的超导临界温度
一、高温超导转变温度测量原理
1、零电阻现象：在一定低温下，导体的直流电阻突变为零的 现象。