超导转变温度的测量及超导块材的制备加工
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。
如何正确进行超导体的制备
如何正确进行超导体的制备超导体是一种具有零电阻和完全磁场排斥的材料，其独特的物理性质使其在科学研究和工业应用中具有广泛的潜力。
然而，要正确进行超导体的制备并不容易，需要精确的实验条件和复杂的工艺流程。
本文将探讨如何正确进行超导体的制备，并重点介绍超导体的材料选择、样品制备和性能测试等方面的内容。
一、超导体的材料选择超导体的材料选择是制备成功的关键之一。
目前，常见的超导体材料主要包括低温超导体和高温超导体两大类。
低温超导体通常是指在低于临界温度（一般为几十开尔文以下）时表现出超导性的材料，如铅、铝等。
而高温超导体则是指在相对较高的温度下（一般为几十开尔文至几百开尔文）表现出超导性的材料，如铜氧化物和铁基超导体等。
在选择超导体材料时，需要考虑其超导临界温度、临界电流密度、磁场响应等性能指标。
一般而言，超导临界温度越高、临界电流密度越大、磁场响应越强的材料更具应用潜力。
此外，还要考虑材料的制备成本、稳定性等因素。
因此，在超导体制备过程中，需要根据具体应用需求和实验条件选择合适的超导体材料。
二、样品制备超导体的样品制备是超导体制备过程中的关键环节。
样品制备的质量和工艺对最终超导体的性能有着重要影响。
以下将介绍几种常见的超导体样品制备方法。
1. 固相反应法固相反应法是最常用的制备超导体样品的方法之一。
该方法通常通过将超导体元素或化合物粉末按一定比例混合，并在高温下进行烧结或热处理，使其发生化学反应形成超导体样品。
这种方法制备的样品通常具有较高的纯度和均匀性。
2. 溶液法溶液法是一种制备超导体薄膜的常用方法。
该方法通常通过将超导体材料的前驱体（如金属盐溶液、有机金属化合物溶液等）溶解在适当的溶剂中，然后通过旋涂、溅射、蒸镀等方法将溶液均匀涂覆在基底上，最后经过热处理形成超导体薄膜。
3. 气相沉积法气相沉积法是一种制备超导体薄膜和纤维的常用方法。
该方法通常通过在高温下将超导体材料的前驱体蒸发或分解，使其在基底上沉积形成超导体薄膜或纤维。
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。
超导转变温度测量试验
电阻炉 接着氧气瓶的气压计
氧气瓶
超导转变温度测量实验-过程 (一)烘制钇钡铜氧样品
⑤第二阶段焙烧。
把
放进
C1
T1
C2
T2
C3
24
90
840
1200
840
T3
C4
T4
C5
T5
60
650
60
650
-121
当
上的温度升至350度时通
， 。
超导转变温度测量实验-过程 (一)烘制钇钡铜氧样品
⑤第二阶段焙烧。
超导转变温度测量实验-过程 (一)烘制钇钡铜氧样品
①根据反应方程式：0.5O2+Y2O3+4BaCO3+6CuO→2YBa2Cu3O7+4O2称取相应
质量的化学药品。
0.85g 2.96g 1.79g
5g
电子天平
超导转变温度测量实验-过程 (一)烘制钇钡铜氧样品
②仔细研磨混合均匀。
玛瑙研钵
超导转变温度测量实验-过程 (一)烘制钇钡铜氧样品
炉再次运行中……
>>>>>>>>>第3天>>>>>>>>>>>>
当
上的温度下降回300度时停止供
。
超导转变温度测量实验-过程 (一)烘制钇钡铜氧样品
⑤第二阶段焙烧。
炉继续运行中…… >>>>>>>>>第4天>>>>>>>>>>>>
样品出炉啦！
液氮高温超导实验报告
一、实验目的1. 了解高温超导材料的基本特性；2. 掌握液氮冷却方法，实现对高温超导材料的低温处理；3. 通过测量电阻温度曲线，确定超导转变温度；4. 通过超导磁悬浮实验，验证超导材料的超导特性。
二、实验原理超导现象是指某些材料在温度降低到某一临界值以下时，电阻突然消失的现象。
这种材料被称为超导体，具有完全抗磁性和宏观量子隧穿效应。
高温超导材料是指在相对较高的温度下（通常低于液氮温度77K）表现出超导特性的材料。
本实验采用液氮冷却方法，将高温超导材料降至超导转变温度以下，通过测量电阻和温度的关系，确定超导转变温度。
同时，通过超导磁悬浮实验，验证超导材料的超导特性。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：高温超导材料YBaCuO；2. 实验仪器：液氮罐、铂电阻温度计、电压表、实验台、磁悬浮装置等。
四、实验步骤1. 准备实验装置，将高温超导材料YBaCuO放置在实验台上；2. 使用液氮罐对高温超导材料进行冷却，使其温度降至超导转变温度以下；3. 使用铂电阻温度计测量温度，并记录温度变化；4. 使用电压表测量超导材料的电阻，并记录电阻随温度的变化；5. 进行超导磁悬浮实验，验证超导材料的超导特性；6. 对实验数据进行处理和分析。
五、实验结果与分析1. 电阻温度曲线实验得到的高温超导材料YBaCuO的电阻温度曲线如图1所示。
从图中可以看出，当温度降低至93.75K时，超导材料的电阻突然下降至接近零，表明此时超导材料已进入超导态。
图1 电阻温度曲线2. 超导磁悬浮实验通过超导磁悬浮实验，验证了高温超导材料YBaCuO的超导特性。
实验中，将超导材料放置在磁悬浮装置上，施加一定的磁场，超导材料在磁场中悬浮，证明了其具有完全抗磁性。
六、实验总结1. 通过本实验，成功实现了高温超导材料YBaCuO的液氮冷却，并测量了其电阻温度曲线；2. 确定了高温超导材料YBaCuO的超导转变温度为93.75K；3. 通过超导磁悬浮实验，验证了高温超导材料YBaCuO的超导特性；4. 本实验为高温超导材料的研究和应用提供了实验依据。
超导材料的制备与测试技术
超导材料的制备与测试技术引言：超导材料是指在低温下具有零电阻的特殊物质，具有广泛应用前景。
为了实现超导材料的商业化应用，科学家们一直致力于探索更易制备且性能更好的超导材料。
本文将介绍目前常用的超导材料制备技术以及测试技术的发展。
一、超导材料的制备技术1. 化学方法：化学方法是制备超导材料的一种主要方法。
通过溶液中的水合物离子沉积、凝胶法、高温固相反应等化学过程，可以制备出高温、低温超导材料。
其中，高温超导材料的制备技术研究较为成熟，如采用金属有机化合物沉积法可得到高温超导材料YBa2Cu3O7-x。
而低温超导材料则通常采用冶金和磁控溅射等技术。
2. 激光脉冲沉积：激光脉冲沉积是一种高效制备高温超导材料的方法。
通过激光束将材料蒸发并沉积于基底上，可以得到均匀且高结晶度的超导薄膜。
利用这种方法制备的超导材料，具有较高的超导转变温度和丰富的物理性质。
3. 生长和外延技术：生长和外延技术是另一种常用的超导材料制备方法。
生长技术包括熔体生长法和气相生长法，通过控制温度和形成条件，可以使超导材料在晶体中长出。
外延技术则是将超导材料沉积在晶体衬底上，形成薄膜状结构。
二、超导材料的测试技术1. 临界温度的测量：超导材料的临界温度是指从正常态转变为超导态的温度。
测量临界温度的方法主要有电阻测量法和磁化率测量法。
其中，电阻测量法是通过测量超导材料在不同温度下的电阻变化来确定临界温度；磁化率测量法则是通过测量超导材料在外磁场作用下的磁化率变化来确定临界温度。
2. 电输运性质测试：电输运性质测试是评估超导材料性能的重要手段。
常见的测试方法有电阻和电流密度的测量。
电阻测试可以用于评估超导材料的电子传输能力，而电流密度测试则是衡量超导材料承载电流的能力。
3. 结构与相变测试：超导材料的结构和相变性质对其性能有重要影响。
测试方法包括X射线衍射、扫描电子显微镜和拉曼光谱等。
通过这些测试方法，可以了解超导材料的晶体结构、晶格缺陷以及晶格振动等信息。
超导材料的制备与加工
~9.5
金 Nb-Zr
~10 化
Nb-Zr-Ti
~9.8
化 Nb3Sn
18.05 合
合 V3Ga 物 V3Si
16.8
18
物
Nb3Ga
20.3
名称
Nb3(Al0.75Ge0.25) Nb3Ge NbN Pb1.0M0.51S6 (Pd0.55Cu0.45)H0.7 Li0.3Tb1.1S2 (YTh)2C3
1980s以前，超导材料的研究集中在合金和化合物
目前已发现的金属系超导材料，对于元素有27种， 对于合金和化合物已达近万种 由于其超导的临界转变温度仍然很低，需液氦冷却 才能实现，使其应用范围受到了一定的限制。
在1986年以前的75年的时间里，超导转变 温度仅提高了20K左右
2.1 超导材料的特性
8
自1986年起，超导材料的研究 出现了新的突破
1986年4月设在瑞士苏黎世的IBM研究所学者J.G.Bednorz
和K.A.Müller送出一篇题为“Possible High Tc Supper Conductivity in the Ba-La-Cu-O System”的论文：
在Ba-La-Cu-O系统中可能有高温超导电性，超导转变温度
2.1 超导材料的特性
15
（4）临界曲面
临界电流
临界曲面
临界温度
2.1 超导材料的特性
临界磁场
16
（5） 迈斯纳(Meissner)效应
完全导体的磁性质
超导体的磁性质
2.1 超导材料的特性
17
完全导体的磁性质
对于完全导体 由于 ，所以 T>Tc，H=0 E 0
T≤Tc，(aH)=T0<Tc时B加T磁 ≤场T的c， 情HE况 ≠0 0
实验报告_高温超导材料临界转变温度的测定
高温超导材料临界转变温度的测定一．实验目的1．通过对氧化物超导材料的临界温度T C 两种方法的测定，加深理解超导体的两个基本特性；2．了解低温技术在实验中的应用；3．了解几种低温温度计的性能及Si 二极管温度计的校正方法； 4．了解一种确定液氮液面位置的方法。
二．实验原理1．超导现象及临界参数1）零电阻现象 图1 一般金属的电阻率温度关系在低温时，一般金属（非超导材料）总具有一定的电阻，如图1所示，其电阻率 ? 与温度T 的关系可表示为：50AT +=ρρ （1） 式中?0是T ＝0K 时的电阻率，称剩余电阻率，它与金属的纯度和晶格的完整性有关，对于实际的金属，其内部总是存在杂质和缺陷，因此，即使使温度趋于绝对零度时，也总存在?0。
图2 汞的零电阻现象??电 阻 ︵ ? ︶ T (K)零电阻现象，如图2所示。
需要注意的是只有在直流情况下才有零电阻现象，而在交流情况下电阻不为零。
2）完全抗磁性当把超导体置于外加磁场中时，磁通不能穿透超导体，超导体内的磁感应强度始终保持为0，超导体的这个特性称为迈斯纳效应。
注意：完全抗磁性不是说磁化强度M 和外磁场B 等于零，而仅仅是表示M = ?B / 4?。
超导体的零电阻现象与完全抗磁性的两个特性既相互独立又有紧密的联系。
完全抗磁性不能由零电阻特性派生出来，但是零电阻特性却是迈斯纳效应的必要条件。
超导体的完全抗磁性是由其表面屏蔽电流产生的磁通密度在导体内部完全抵消了由外磁场引起的磁通密度，使其净磁通密度为零，它的状态是唯一确定的，从超导态到正常态的转变是可逆的。
3）临界磁场把磁场加到超导体上之后，一定数量的磁场能量用来建立屏蔽电流以抵消超导体的内部磁场。
当磁场达到某一定值时，它在能量上更有利于使样品返回正常态，允许磁场穿透，即破坏了超导电性。
致使超导体由超导态转变为正常态的磁场称为超导体的临界磁场，记为H C 。
如果超导体内存在杂质和应力等，则在超导体不同处有不同的H C ，因此转变将在一个很宽的磁场范围内完成，和定义T C 样，通常我们把H = H 0/2相应的磁场叫临界磁场。
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钇钡铜氧超导块材的制备加工
第二阶段焙烧中 何时通氧气？
磁悬浮现象及解释
结束
谢谢
T2
C3
T3
24
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770
600
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钇钡铜氧超导块材的制备加工
烘焙进行了4次， 分别为5g、10g、 10g、5g。 原因有？
钇钡铜氧超导块材的制备加工
第二阶段焙烧程序设定，C表示炉温温度（C），T表示焙烧时间（分））
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钇钡铜氧超导转变温度测量
为何两曲线不 重合？
钇钡铜氧超导转变温度测量
图像分析
钇钡铜氧超导块材的制备加工
将纯度为99.99%的Y2O3 、化学纯的 BaCO3 及化学纯的氧化铜以Y：Ba： Cu = 1：2：3的摩尔比粉末充分混 合并研磨，之后进行第一阶段粉末 的焙烧，而后用压片机压成小长方 形，再进行第二阶段块材的焙烧。
超导转变温度的测量及 超导块材的制备加工
目录
钇钡铜氧超导转变温度的测量 钇钡铜氧超导块材料的制备加工 磁悬浮实验现象及解释
超导现象及其特性
1.零电阻特性：指温度降低 到区域后，金属或合金内的 电阻突然减小到一个很小的 值
I(t)=I(0)exp(-t/τ）
超导现象及其特性
2.完全抗磁性 当把超导体置于外磁场中时，磁通 不能穿过超导体，使得超导体内部 的磁感应强度始终保持为零
钇钡铜氧超导块材的制备加工
O2 + Y2O3 + 4BaCO3 + 6CuO === 2YBaCuO + 4CO2
钇钡铜氧超导块材的制备加工
钇钡铜氧超，具体的程序升温如下： 第一阶段升温程序，C表示炉温温度（C），T表示焙烧时间（分）
C1
T1
C2
超导现象及其特性
钇钡铜氧超导转变温度测量
实验仪器主要是R-T测试装置
钇钡铜氧超导转变温度测量
钇钡铜氧超导转变温度测量
超导现象及其特性
A B C
钇钡铜氧超导转变温度测量
升温曲线
钇钡铜氧超导转变温度测量
钇钡铜氧超导转变温度测量
经过计算 升温时测得的超导转变温度 约为102K 降温时测得的超导转变温度 约为80K