高温超导实验PPT
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高温超导材料 ppt课件
二、高温超导体的研究现状
4.铊系超 导体
5.汞系超 导体
1988年，第三种高温超导体—铊系高温超导体被发 现，铊的主要缺点是有毒，吸入、注射和皮肤接触 都会危害健康，90年代以后，人们才对铊系材料的 超导性能有所了解。铊系超导体是具有高转变温度 的超导材料之一，具有多种工艺制备方法，其中Tl2223相超导体具有最高Tc 值(1215K)。
2.铋系超 导体
铋系超导体是仅次于钇系、第二个研究较为透彻的高 温超导体。
2.铋系超 导体
MgB2 是一种新发现的超导材料，2001 年MgB2 超 导体被日本教授秋光纯发现，其晶体结构简单、原 料成本低，超导转变温度为39K，且没有“晶界弱连 接性”，被认为是应用于20～40K磁场适中条件下的 最佳超导材料。MgB2超导体是近年来超导材料领域 的研究热点之一。
1993 年，人们发现汞系超导体，和铊系超导相同， 汞的毒性同样也影响了HBCCO 的发展。1995年， 名古屋工学院采用溶液纺丝法(Solution spinning)制 备出Hg-1223(HgBa2Ca2Cu3Ox)的超导丝 (Φ250μm)，Tc值达127k，Jc(77k,0T)达103A/cm2， 开辟了汞系超导体的制备新途径。
三、高温超导体的制备技术
3.ห้องสมุดไป่ตู้续工艺
早期大多数的第二代线材是短样，从静态到连续工艺是一个 挑战。必须改进所有材料的质量和工艺环境，控制沉积缓冲层 时对线材的加热，掌握在线的拉力，处理好由于层间不同热收 缩产生应力造成的拱形和卷曲。分解和热处理炉，需用多段炉。
AMSC采用RABiTS／MOD工艺制造的10 m长第二代高温超 导带材的性能最近已达到250 A／cm宽，这是工业规模连续生 产线材的世界纪录，已接近商品化电缆应用的300 A／cm宽的 要求。电缆应用感兴趣的4 mm宽带，最新结果为272 A／cm 宽，几乎相应为100A，采用双面结构会加倍到220 A，刚高于 目前第一代导体达到的性能。更为重要的是这种带材的均匀性 (标准偏差<4％)和4卷连续运行的重复能力。
高温超导材料的研究进展-PPT精品共22页文档
高温超导材料的研究进展-PPT精品
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以向荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美 池桑竹 之属， 阡陌交 通，鸡 犬相闻 。
谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
2019《基础物理实验课件》高温超导材料特性测试和低温温度计.ppt
图5 低温恒温器和杜瓦容器 的结构
+ -
恒流源 (1mA)
直流数字电压表 (10V) 转换开关 Pt电压
+ -
恒流源 (100A) SiD电流 10k
直流数字电压表 (100V) 转换开关 SiD电压
Pt电流 100 标准电阻
铂电阻温度计( Pt) 直流稳压电源 (0-5V) V
标准电阻 恒流源 (-100mA)
五．实验内容
1.电路的连接
按面板上虚线连接导线，并将PZ158型直流数字电压表与 面板上的“外接PZ158”相连。
2.室温检测 打开外接电压表的电源开关（量程选200 mV）及电源盒的 总开关，并依次打开铂电阻、硅二极管和超导样品的分电 源开关，调节温度计的工作电流，测量并记录其室温电流 （电压示值分别为100.00 mV、1.0000 mV）和电压值。 3. 恒温器降温速率的控制及低温温度计的比对
3．应
用
基本分类：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——超导发电、超导输电和储能，如超导电动 机、高温超导电缆、超导储能装置等。
电子学应用——超导计算机、超导天线、超导滤波器等。
抗磁性应用——超导磁体、超导磁悬浮、热核聚变反应 堆等。二．实Fra bibliotek目的和教学要求
1 ．了解高临界温度超导材料的基本特性及其测试方法。 2．学习三种低温温度计的工作原理和使用以及进行比 对的方法。 3．了解液氮的使用和低温温度控制的一些简单方法。
三．实验原理
1. 高临界温度超导电性
Tc————临界温度 Bc————临界磁场 jc————临界电流密度
常引进Tc,onset、Tc0和Tcm三个物理量，一般超导转变温度Tc 是指Tcm。超导体的电阻－温度转变曲线见图1。
高温超导实验
几种常用的温度计
温度计 测温属性 定容气体温度计 压强 定压气体温度计 体积 铂电阻\半导体温度计 电阻 热电偶温度计 热电动势 液体温度计 液柱长度
液体温度计测温范围
液体 水银 酒精 甲苯 乙醇 煤油 石油醚
温度测量范围 -30~+300 -80 ~80 -80~+110 -80~+80 0~+300 -120+20
作业:
1.金属低温超导理论中,最基本的出发点是什么? 试用BCS理论及二流体模型解释超导电性. 2.超导磁悬浮是什么效应的直接结果?试描述上 海磁悬浮列车工作原理. 3.超导样品的国际与国内研制近况如何？
超导应用:
一.强电磁方面的应用 (1)磁悬浮列车(2)磁流体发电(3)超导磁分离技术 二.弱电磁方面的应用 (1)超导磁梯度计对人脑功能的研究(2)超导计算 机(3)超导重力仪
构造：1.感温泡.2.压力传 感器.3.连结毛细管(抽真 空:10-1帕,充氦气) 测量原理:PVm=RT
T p (VT0 ) V ' ( 1 1
0T PT 0 P a 0 )T (P P
T
0 P (1 a ) P a T0 P
T0 T T0 T0 0 0 n R 常数 PV ' PV PV ' PV
热电偶温度计
汤姆孙效应：同一种金属，两端有温度差，电子 云在温度不均匀时的热扩散形成电动势。外加电 流，可有吸热与放热 珀耳帖效应：两种不同金属接触面处，由不同金 属的自由电子的数密度不同形成电动势。 塞贝克效应：由两种不同金属连接，两接点在不 同温度下，形成热电偶电动势。
高温超导材料的研究与应用进展-研究生课程PPT
高温超导材料
高温超导材料的研究与应用进展
汇 报 人： 学 号： 汇报时间：2017年1月8号
1 2 3
高温超导材料的概念 高温超导材料的研究现状
影响高温超导材料研究的因素
高温超导材料的制备工艺 高温超导材料的应用和发展前景
4
5
1、高温超导材料的概念
超导材料：是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻 等于零以及排斥磁力线的性质的材料。现已发现有28种 元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。 高温超导材料：是指具有高临界的转变温度(Tc)，并 且能在液氮温度条件下工作的一种超导材料，这种材料 性能非常好，用途非常广泛。这是一种氧化物材料，多 以铜为主要元素，具有陶瓷的性质。同时，也有不含铜 的高温超导材料，主要是钡钾铋氧体系。 高温超导材料有着其他普通材料不具有的特性，零电 阻、完全抗磁性、高临界转变温度等特殊性质，将使高 温超导材料在生活生产各个领域得到广泛的应用。
2、高温超导材料的研究现状
目前的高温超导材料 目前高温超导材料主要是：钇系(92 K)、 铋系(110 K)、铊系(125 K)和汞系(135 K) 以及新发现的新型超导体二硼化镁(39 K)。 其中最有实用价值的是铋系、钇系(YBCO) 和二硼化镁(MgB)。 近年来，超导材料和超导应用技术已经取 得了重大进展，铋系氧化物(铋锶钙铜氧， BSCCO)和钇系氧化物(钇钡铜氧，YBCO)材 料的发现使高温超导材料走入实用化阶段。 基于高温超导材料的交流损耗低及高载流 能力等特点，其在电力、通信、工业、国 防等诸多领域具有广阔的应用前景。
薄膜表面等离子激元和增强透射效应
体现象和增 强透射现象；用超导体做成的人造材料的增强透射谱随着超导体进入超导态 而发生改变。这可能将为研究物质的特性找到了一种新的研究方法。
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
高温超导课件ppt
涨落与关联：涨落与关联是高温超导物理机制中的重 要概念，涨落是指系统中的随机波动，而关联则是指 这些波动之间的相互作用。在高温超导中，涨落与关 联会影响电子的行为，促使它们形成库珀对。
涨落与关联
涨落
涨落是指系统中的随机波动，这些波 动可以影响电子的行为。在高温超导 中，涨落会影响电子的分布和运动状 态，促使它们形成库珀对。
高温超导机理的研究
深入理解高温超导的机理是推动其应用的关键，科研人员正在从微 观角度揭示高温超导的奥秘。
高温超导技术的应用研究
科研人员正在积极探索高温超导材料在不同领域的应用，以推动其 产业化进程。
THANKS
高温超导的特性
总结词
高温超导材料具有高临界温度、高载流能力、低能耗等特性。
详细描述
高温超导材料在临界温度以上表现为正常导体，而在临界温度以下则转变为超导体，实现零电阻状态。由于其高 载流能力，高温超导材料可以传输大电流而不会产生显著的能量损失。此外，由于其低能耗特性，高温超导材料 在电力传输和磁悬浮等领域具有广阔的应用前景。
传输的损耗。
医疗设备
高温超导材料在医疗设备领域也有 广泛应用，如核磁共振成像仪等， 可以提高设备的性能和精度。
交通领域
高温超导材料在交通领域的应用前 景广阔，如磁悬浮列车、高速列车 等，可以提高交通工具的运行速度 和稳定性。
高温超导的研究动态
新型高温超导材料的研发
科研人员正在不断探索新型的高温超导材料，以提高其超导温度 和稳定性。
高温超导课件
目录
• 高温超导简介 • 高温超导的物理机制 • 高温超导材料 • 高温超导的应用前景 • 高温超导的挑战与前景
01
高温超导简介
高温超导的定义
超导体(共7张PPT)
而 YBCO具有更为优异的磁场下性能，是真 第二代YBCO高温超导带材：
其中最有实用前途的是铋系、钇系（YBCO）和二硼化镁（MgB2）。 想得到性能优良的高温超导器件就必须有质量很好的薄膜，但由于种种因素使制备高质量高Tc超导薄膜具有相当大的困难。
正的液氮温区下强电应用的超导材料。 研究YBCO超导块材的目标之一是利用它在超导态下的迈斯纳效应及磁通钉扎特性导致的磁悬浮力，应用于超导轴承、贮能以及磁浮列车等。
有较好晶体取向的Bi系线带材,即把Bi（Pb）-Sr-Ca-CuO粉装入金属管（Ag或Ag合金）中进行加工和热处理的
方法。
• B. 第二代YBCO高温超导带材：
由于第一代Bi系带材 的高成本以及它的一些性能
问题如磁场下临界电流的急剧衰减等，使得基于 想得到性能优良的高温超导器件就必须有质量很好的薄膜，但由于种种因素使制备高质量高T系、钇系（YBCO）和二硼化镁（MgB2）。 其中最有实用前途的是铋系、钇系（YBCO）和二硼化镁（MgB2）。 高温超导体属于非理想的第II类超导体，且具有比低温超导体更高的临界磁场和临界电流，因此是更接近于实用的超导材料
• C. 新型MgB2超导线带材： 2001年1月，日本科学家发现了临界转变温度 为39 K的MgB2超导体。
3.薄膜
• 想得到性能优良的高温超导器件就必须有质量 很好的薄膜，但由于种种因素使制备高质量 高Tc超导薄膜具有相当大的困难。
高质量的外延YBCO薄膜的Tc在90K以上，零 磁场下77K时，临界电流密度已超过 1×106A/cm2，工艺已基本成熟，目前有了一 批高温超导薄膜电子器件问世。
综合制冷成本和材料成本，MgB2超导体在
20~30 K，低场条件下应用具有明显的价格优势，
其中最有实用前途的是铋系、钇系（YBCO）和二硼化镁（MgB2）。 想得到性能优良的高温超导器件就必须有质量很好的薄膜，但由于种种因素使制备高质量高Tc超导薄膜具有相当大的困难。
正的液氮温区下强电应用的超导材料。 研究YBCO超导块材的目标之一是利用它在超导态下的迈斯纳效应及磁通钉扎特性导致的磁悬浮力，应用于超导轴承、贮能以及磁浮列车等。
有较好晶体取向的Bi系线带材,即把Bi（Pb）-Sr-Ca-CuO粉装入金属管（Ag或Ag合金）中进行加工和热处理的
方法。
• B. 第二代YBCO高温超导带材：
由于第一代Bi系带材 的高成本以及它的一些性能
问题如磁场下临界电流的急剧衰减等，使得基于 想得到性能优良的高温超导器件就必须有质量很好的薄膜，但由于种种因素使制备高质量高T系、钇系（YBCO）和二硼化镁（MgB2）。 其中最有实用前途的是铋系、钇系（YBCO）和二硼化镁（MgB2）。 高温超导体属于非理想的第II类超导体，且具有比低温超导体更高的临界磁场和临界电流，因此是更接近于实用的超导材料
• C. 新型MgB2超导线带材： 2001年1月，日本科学家发现了临界转变温度 为39 K的MgB2超导体。
3.薄膜
• 想得到性能优良的高温超导器件就必须有质量 很好的薄膜，但由于种种因素使制备高质量 高Tc超导薄膜具有相当大的困难。
高质量的外延YBCO薄膜的Tc在90K以上，零 磁场下77K时，临界电流密度已超过 1×106A/cm2，工艺已基本成熟，目前有了一 批高温超导薄膜电子器件问世。
综合制冷成本和材料成本，MgB2超导体在
20~30 K，低场条件下应用具有明显的价格优势，
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FD-TX-RT-Ⅱ软件的校准
在操作中发现，温度 降到最低点时，软件 采集点显示69.19K， 而液氮温度为77K。 校准：记录纸上采集 点位置所占方格数乘 以3.91，再查表即可 得温度的数值。将标 准样品进行测量并用 该方法校准，验证了 软件确实存在误差， 校准方法是正确的。
五、思考题
1、为什么采用四引线法可避免引线电阻和接
常规超导材料和高温超导材料
超导研究需要解决的问题
• 超导现象产生的微观机制？
• 获得具有更高超导温度的材料？
• 超导材料的制备和应用技术？
高温超导转变温度的测定
实验目的：测量超导材料的转变温度Tc R-T曲线 测物理量：电阻 R、温度 T
实验方法：标准 V-I 四引线法，伏安法
实验仪器：FD-TX-RT-Ⅱ高温超导转变温度测定仪
2. 测量仪主机部分
温度计电压：放大40倍
样品电压：放大1000倍 可调
样品电流：1.5～33mA
可调
温度计电流:1.00mA
固定
3. 测量仪连线示意图
实验探棒和 前级放大器
低温液氮杜瓦
测量仪主机
R-T曲线测试流程
R
计 算
U样品=I0R
样品
T
U温度计 R T
查 表
U样品，I0
U温度计
三、实验步骤
YBa1Sr1Cu3O7-δ 的R-T曲线
所制得的样品具有超导性，样品较稳定、性征明显
超导零电阻温度Tc为 84.5 K；
YBa1.8Sr0.2Cu3O7-δ 的R-T曲线
样品明显失超，降温与升温曲线呈现非金属性 且不重合。初步认为样品质量存在问题。
紫外线照射后YBCO的R-T曲线
试图观察紫外线能否改变其超导性能。但 效果不显著 ，未能进行对比实验 。
近代物理实验
超导转变温度测量
问题
• 1.什么是超导材料，超导材料的转变温度 是指什么？ • 2.实验中如何测电阻？ • 3.实验中如何测温度？
超导材料的特性
完全导电性：零电阻，可制造无损耗或 者损耗极小的高强磁体，用于加速器、 核聚变装置、核磁共振和磁分析仪等节 省能源，制造超导电缆材料
完全抗磁有可能远远超过待测样品的阻值。
_
UX
+
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”，
I+
-
I-
ΟΟ
ΟΟ
四引线法测电阻原理图
U 样品 R样品 I 样品
二、实验仪器
FD-TX-RT-II高温超导转变温度测定仪
（1）低温液氮杜瓦：
盛放液氮的容器
（2）探棒和前级放大器：安装样品和温度计，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
1.探棒及样品架
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。
触电阻的影响？
2、用液氮制冷技术应该注意哪些事项？ 3、Pt100电阻温度计 的主要测温原理？
△
Tc 。
FD-RT-II超导转变温度测试软件
四、结果分析
样品Ｒ－Ｔ曲线图：
Tc (onset) 开始偏离正常态温度 Tc (mid) 中点温度，超导体临界温度 Tc0 零电阻温度
超导体从正常转变为超导态的转变曲线
YBa2Cu3O7-δ 的R-T曲线
所制得的样品具有超导性，样品较稳定、性征明显 超导零电阻温度Tc为 90.5 K；
温度计电压：
UT= I ·R
随温度变化
放大40倍
R(T ) aT b
温度计电压显示：U =40 UT
注：铂电阻温度计在室温到液氮温区内，满足: 根据UT查表或软件转换即可得到T的大小
电极制作：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。
I+ V+ V- I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。
一、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。 2、转变温度TC ：R突变为0时的温度。 即：T=TC 时，R=0
3、超导产生条件：
(1) 样品中通直流电
R
一般导体 超导体
(2) T样品 TC (3) j样品 jC (4) H样品 HC
0
4.2k
T
样品电阻 R 的测量
U 样品 伏安法： R样品 I 样品
样品电流： I = 1.5～33 mA 取10mA
样品电压: U 样品
样品电压显示： U 默认放大1000倍 可选放大倍数 2000 6000 10000
样品温度 T 的测量
样品架的温度由铂电阻温度计测定
铂电阻温度计： 电阻R随温度变化 温度计电流： I = 1.00 mA 固定
1、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。 2、记录数据：开启电源，设置样品电流10mA，打开软件自动 采集R-T数据，并手动记录主机面板上温度计电压和样品电压。 3、插入探棒：降温（室温-液氮77K）探棒插入液氮深度影响 温度变化速度，注意深度。取出探棒时即为升温过程。
4、处理数据：求样品的阻值Ｒ和对应的样品温度Ｔ。 做Ｒ－Ｔ曲线，并确定超导转变温度Tc
超导材料的发展
1911年 昂纳斯 发现Hg的超导电性 4.2K 0.3K/year
1959年 BCS理论 预测最高超导温度限值 约40K
1973年 Ni3Ge 约23K 保持记录近13年 1986年 IBM实验室Bednorz和Mü ller Ba-La-Cu-O 35K 1987年 开启液氮温区(>77K)超导体的新时代-大跃进 达93K 七大氧化物系列超导体 最高纪录 HgBa2Ca2Cu3O8-x 常压134K 高压165K