高温超导材料的研究及展望

1、高温超导材料的研究及高温超导材料的研究及展望展望年级：2015级学号名：闫环宇论文展示报告内容报告内容l 前言l 高温超导材料的发展历史l 高温超导体的发展现状l 影响高温超导材料研究的因素l 高温超导材料的研究及制备方法l 高温超导材料的发展前景l 参考文献前言前言l超导现象的发现与极低温度的探索有着密切的联系，而极低温度的获得是从气体液化技术开始的。热力学的发展使人们对低温的获得和存在绝对温度的思想产生了重大的影响。此时人们注意到纯金属的电阻随温度的降低而减少的现象。1 高温超导材料的发展历史高温超导材料的发展历史1911年，荷兰莱顿大学的卡末林昂尼斯意外地发现，

2、将汞冷却到-268.98C时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，卡末林昂尼斯称之为超导态，他也因此获得了1913年诺贝尔奖.1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质，当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导状态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。2高温超导体的发展现状高温超导体的发展现状l2.1目前的高温超导材料l目前，高温超导材料

3、指的是：钇系(92 K)、铋系(110 K)、铊系(125 K)和汞系(135 K)以及2001年1月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)。2.2高温超导材料在其他方面的一些进展目前高温超导可以分为四类：即稀土类123系（以YBa2Cu3Oy为代表）、铋系、铊系和汞系。稀土类123系各向异性最小，但它具有很高的临界电流密度Jc；铋系各向异性最大；铊系，汞系居于前两者之间，临界温度Tc高达130k，但是易挥发而且有毒，所以开发较少。这四种高温超导的实用材又可以分为丝材，大块材和薄膜。铋系的丝材开发最好，其中铋系的2223相的材料是丝

4、材的主要产品。在高的静液压力下，铜氧化物曾出现过164K温度，钙锶铜氧曾出现过150k-170k之间的高温，钇钡铜氧出现过240k-340k之间的温度，但到目前为止，试验中仍不能逾越134k的这个温度点22，所以更多的困难还摆在我们的面前。3影响高温超导材料研究的因素影响高温超导材料研究的因素3.1交流损耗是一个影响高温超导材料应用的重要因素绕制磁体所用的超导带材自身的均匀性也是影响其临界电流的一个重要因素，所以减小运输过程中的电流的损耗是一个必须要注意的问题。3.2磁场是影响高温超导材料研究磁场是影响高温超导材料研究的一个重要因素的一个重要因素l高温超导磁体的临界电流被定义成引发该磁体失超的

5、最小电流，高温超导磁体的自场比单根超导带材的自场要大得多，磁体各个位置的磁场大小和方向各不相同，所以很难用理论的方法准确计算磁体的临界电流，所以对于高温超导磁体而言，磁场是影响高温超导的一个关键因素。3.3量子限制效应对超导薄膜性质量子限制效应对超导薄膜性质的影响的影响赵忠贤院士小组与物理所表面实验室合作，研究了超导Pb薄膜的尺寸量子限制效应对超导转变温度和其他物性的调剂作用23。这个结果说明，只要很好的控制与厚度相关的量子尺寸效应，可以调制薄膜的超导性质和其他物理性质。3.4薄膜表面等离子激元和增强透薄膜表面等离子激元和增强透射效应射效应l对MgB2、NbN等薄膜远红外光学性质的研究发现表面

6、等离子和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。4高温超导材料的研究及制备方法高温超导材料的研究及制备方法l4.1高温超导材料的一些研究方法4.1.1磁控溅射（MS）法 磁控溅射（MS）法是在二极溅射中增加一个平行于靶表面的封闭磁场，借助于靶表面上形成的正交电磁场，把二次电子束缚在靶表面特定区域来增强电离效率，增加离子密度和能量，从而实现高速率溅射的过程。4.1.2脉冲激光沉积法 脉冲激光沉积（Pulsed Laser Deposition，PLD），也被称为脉冲激光烧蚀（pulsed laser

7、ablation，PLA），是一种利用激光对物体进行轰击，然后将轰击出来的物质沉淀在不同的衬底上，得到沉淀或者薄膜的一种手段。4.1.3金属有机物化学气相沉积法（MOCVD）金属有机物化学气相沉积(metal organic chemical vapour deposition) ，又称有机金属化合物气相淀积法。一种利用有机金属热分解反应进行气相外延生长薄膜的化学气相沉积技术。4.2高温超导材料的一些制备方法高温超导材料的一些制备方法4.2.1稀土REBCO块材的制备高温超导的REBCO块材，出了具有大尺寸外，还具有很高的高性能，它是采用顶部籽晶熔融织构生长法来完成所有的加工程序，还在其中加入

8、了Cu，Ga，Zn，Sn等一些金属原色的掺杂对比来研究。4.2.2 YBCO块材的制备目前，已有两种可行的制备技术可以应用于制备高温YBCO大块材材料：一、采用高温超导的技术直接粘合两块YBCO样品；二、直接在高温下将两块压接在一起；三、可以利用改进PLD系统可以制备出大面积的YBCO薄膜；用这种方法制造出的YBCO薄膜，具有均匀的厚度和电性能。四、可以采用将具有单晶硅辐射基片加热器和活性氧发生器的激光沉积系统，制备出双面积的YBCO超导薄膜，它能达到很高的临界温度和临界电流，美国的专家们就是利用改进的PLD方法，制造出了YBCO超导层，所以说，这一技术的应用，将会导致在高温超导材料的研究上都

9、是一个很大的突破。5高温超导材料的发展前景高温超导材料的发展前景l高温超导材料有着很广泛的应用前景，人们生活的社会的方方面面都离不开高温超导材料的应用，回顾1986年高温超导体的发现到现在，人们的生活大大改善了，都离不开这些材料的开发应用，但也让我们看到了一些有志之士走过的艰辛历程，他们开发出来的东西，让我们的社会发生翻天覆地的巨变，为改善我们的生活环境，为我们的后代，他们还在努力着。回望我们的身边，到处都可以看到超导材料的应用：输电电缆、变压器、故障电流限制器（FCL）、大气流引线、电机、飞轮储能、磁共振成像仪（MRI）、磁悬浮列车泡沫铝板（可做吸声材料）数字集成电路、制冷机、探伤的RFSQ

10、ID、卫星通讯用高温超导滤波器等。超导材料广泛应用于能源、交通、医疗社会福利、电子通信、科学仪器、机械加工、重大科技工程、国防等不同的领域，它是一项具有巨大开发价值的高新工艺。美国维吉尼亚州亚历山大港的BL市场调查报告“高温超导电性：产品及其效益”估计：高温超导进入市场的年代分别为：故障限流器在2003年2004年，变压器和电缆在2005年，马达在2006年，发电机在2011年；占市场50%的年代：地下电缆在2013年，变压器和电缆在2015年，马达在2016年，发电机在2021年。美国根据自己的研制开发情况，分期投入了大量的资金在高温超导材料的应用方面。参考文献参考文献 l1 邱祥冈，郑东宁，何豫生，周兴江，闻海虎.高温超导材料、物理、应用和试验方法研究进展J.中国科学院物理研究所 超导国家重点实验室,2008,37(6):377-383.l2Fang X et al.Phys.Rev.Lett.,2007,99；066805.l3Wu KH et al.Appl.Phys.Lett,1996,69(3):421