(新)高tc_温度电阻_特性测量

1、外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反)的温度，以Tc表示。Tc值因材料不同而异。已测得超导材料的最低Tc是钨，为0.012K。到1987年，临界温度最高值已提高到100K左右。 1911年，荷兰物理学家昂尼斯(18531926)发现，水银的电阻率并不象预料的那样随温度降低逐渐减小，而是当温度降到4.15K附近时，水银的电阻突然降到零。某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻率突然减小到无法测量的现象叫做超导现象超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体超导体。超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度)TC。现已发现大多数金属

2、元素以及数以千计的合金、化合物都在不同条件下显示出超导性。如钨的转变温度为0.012K，锌为0.75K，铝为1.196K，铅为7.193K。卡茂林由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖。这一发现引起了世界范围内的震动。在他之后，人们开始把处于超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中流大的电流，从而产生超强磁场。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兴强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去

3、。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导态时，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”。20世纪80年代是超导电性的探索与研究的黄金年代。1981年合成了有机超导体，1986年缪勒和柏诺兹发现了一种成分为钡、镧、铜、氧的陶瓷性金属氧化物LaBaCuO4，其临界温度约为35K。由于陶瓷性金属氧化物通常是绝缘物质，因此这个发现的意义非常重大，缪勒和柏诺兹因此而荣获了1987年度诺贝尔物理学奖。 1987年在超导材料的探索中又有新的突破，美国休斯顿大学物理学家朱经武小组与中国科学院物理研究所赵忠贤等人先后研制成临界温度约为90K的超导材料

4、YBCO（钇铋铜氧）。 1988年初日本研制成临界温度达110K的Bi-Sr-Ca-Cu-O超导体。至此，人类终于实现了液氮温区超导体的梦想，实现了科学史上的重大突破。这类超导体由于其临界温度在液氮温度（77K）以上，因此被称为高温超导体。 自从高温超导材料发现以后，一阵超导热席卷了全球。科学家还发现铊系化合物超导材料的临界温度可达125K，汞系化合物超导材料的临界温度则高达135K。如果将汞置于高压条件下，其临界温度将能达到难以置信的164K。 自2007年12月开始，中国科学院物理研究所的陈根富博士已投入到镧氧铁砷非掺杂单晶体的制备中。2008年月18日，日本东京工业大学的细野秀雄教授和他

5、的合作者在美国化学会志上发表了一篇两页的文章，指出氟掺杂镧氧铁砷化合物在零下247.15摄氏度时即具有超导电性。在长期研究中保持着跨界关注习惯的陈根富和王楠林研究员立即捕捉到了这一消息的价值，王楠林小组迅速转向制作掺杂样品，他们在一周内实现了超导并测量了基本物理性质。 几乎与此同时，物理所闻海虎研究组通过在镧氧铁砷材料中用二价金属锶替换三价的镧，发现有临界温度为零下248.15摄氏度以上的超导电性。 2008年月日和月日，中国科学技术大学陈仙辉组和物理所王楠林组分别独立发现临界温度超过零下摄氏度的超导体，突破麦克米兰极限，证实为非传统超导。 2008年月日，中国科学院院士、物理所研究员赵忠贤领

6、导的小组通过氟掺杂的镨氧铁砷化合物的超导临界温度可达零下摄氏度，月初该小组又发现无氟缺氧钐氧铁砷化合物在压力环境下合成超导临界温度可进一步提升至零下摄氏度。 广阔的超导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。 超导磁悬浮列车利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高

7、速超导磁悬浮列车。 超导计算机高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列，但密集排列的电路在工作时会发生大量的热，而散热是超大规模集成电路面临的难题。超导计算机中的超大规模集成电路，其元件间的互连线用接近零电阻和超微发热的超导器件来制作，不存在散热问题，同时计算机的运算速度大大提高。此外，科学家正研究用半导体和超导体来制造晶体管，甚至完全用超导体来制作晶体管。 核聚变反应堆“磁封闭体”核聚变反应时，内部温度高达1亿2亿，没有任何常规材料可以包容这些物质。而超导体产生的强磁场可以作为“磁封闭体”，将热核反应堆中的超高温等离子体包围、约束起来，然后慢慢释放，从而使受控核聚变能源成为21世纪

8、前景广阔的新能源。 工作原理示意图如图13.1所示，低温恒温器用导热性能良好的紫铜制成，超导样品及铂温度传感器置于其上，并形成良好的热接触。加热器主要用于稳态法测量。当低温恒温器处于液氮中或液氮液面以上不同位置时，低温恒温器的温度将会发生变化。随着温度的不断变化，被测样品的电特性也将发生相应的变化。按典型的四端法连接的样品及温度传感器分别联接至各自的恒流源和放大器，以减小测量误差。数据经数据采集、处理传输系统送入电子计算机运算并在显示器上显示。仪器内还安装有自动控温系统。它由放大器、温度设定、PID控制器及加热功率控制器等部分组成。自动调整加热功率，使温度平衡 图13.1 HT288型高Tc超

9、导体电阻一温度特性测量仪原理示意图1. 超导样品2. 半导体温度传感器3. 加热器4. 标准电阻5.6. 恒流源7.8.9. 高增益高精密测量放大器10.比较器11.温度设定器12.PID控制器13.加热功率控制器14.微处理器实验器材：HT288型高 TC超导体电阻温度特性测量仪实验数据采集 R0.668 -0.004 127.7 0.749 -0.008 129.4 0.746 -0.012 130.8 0.745 -0.008 132.2 0.764 -0.004 133.5 0.791 0.000 135.1 0.812 0.004 136.7 0.823 0.008 138.4 0.

10、814 0.012 140.1 0.820 0.012 141.6 0.791 0.012 143.1 0.803 0.012 144.3 0.791 0.014 145.8 0.832 0.020 147.2 0.850 0.034 148.9 0.887 0.041 150.6 0.897 0.045 152.6 0.907 0.043 154.4 0.905 0.057 156.2 0.912 0.069 157.9 0.918 0.081 160.0 0.959 0.099 166.5 0.962 0.106 168.5 0.966 0.110 170.4 0.974 0.114 17

11、2.6 0.986 0.118 174.8 0.984 0.134 181.1 0.993 0.146 182.8 1.007 0.156 184.4 1.014 0.156 186.0 1.024 0.152 187.4 1.031 0.149 189.1 1.067 0.194 197.8 1.063 0.197 199.8 1.061 0.199 201.4 1.043 0.207 203.0 1.040 0.218 204.5 1.047 0.225 206.0 1.056 0.227 207.4 1.088 0.224 208.8 1.103 0.228 210.4 1.126 0.

12、232 212.1 0.579 -0.012 121.5 0.558 -0.024 120.6 0.535 -0.033 119.6 0.498 -0.033 118.6 0.445 -0.037 117.5 0.381 -0.053 116.3 0.321 -0.096 115.4 0.283 -0.148 114.5 0.264 -0.201 113.8 0.261 -0.238 112.8 0.258 -0.264 111.8 0.258 -0.277 110.6 0.255 -0.287 109.4 0.268 -0.287 107.8 0.291 -0.295 106.0 0.332

13、 -0.310 103.1 0.358 -0.342 98.0 0.377 -0.370 93.1 0.372 -0.384 89.5 0.372 -0.382 88.4 电阻数据共计207组 单位(m) （节）实验数据采集 U55.0 0.0 125.8 66.0 0.0 127.7 66.0 0.0 129.5 58.0 3.0 130.9 55.0 0.0 132.0 64.0 0.0 133.6 70.0 0.0 135.0 67.0 0.0 136.7 69.0 0.0 138.5 69.0 -3.0 139.9 71.0 0.0 141.8 59.0 0.0 143.0 70.0

14、-3.0 144.5 59.0 0.0 145.5 70.0 0.0 147.4 71.0 -4.0 148.6 77.0 -4.0 150.6 74.0 -5.0 152.5 77.0 0.0 154.6 75.0 -6.0 156.1 79.0 -8.0 170.5 80.0 -9.0 172.475.0 -39.0 235.5 79.0 -23.0 232.3 79.0 -25.0 228.7 93.0 -24.0 224.6 75.0 -24.0 221.7 73.0 -24.0 219.1 72.0 -25.0 216.3 88.0 -23.0 213.0 85.0 -23.0 20

15、8.9 85.0 -17.0 206.2 87.0 -20.0 203.1 89.0 -19.0 200.0 82.0 -18.0 197.4 85.0 -18.0 195.2 82.0 -16.0 192.4 83.0 -17.0 189.8 69.0 -16.0 188.1 79.0 -15.0 185.9 66.0 -15.0 184.5 78.0 -11.0 182.5 80.0 -13.0 180.1 78.0 -11.0 177.5 46.0 3.0 119.6 42.0 3.0 118.7 40.0 3.0 117.6 31.0 0.0 116.1 23.0 9.0 115.3 22.0 12.0 114.7 20.0