现代科学知识的运用

第八章材料现代科学知识的运用，使人们对材料的认识从表面的、经验性的认识，发展到了依据基础学科（主要是物理学和化学）提供的普适性知识，从材料的微观结构去认识材料，在理论的指导下优化材料，改造材料，创造新材料,形成了专门研究材料的材料科学。物理学提供的知识是材料科学赖以建立的基础之一。在本章中将从物理结构讨论材料，并对一些常用的和新发现的材料作初步的介绍。§8-1物理结构与材料性能

一．材料的物理结构在实际生产、生活中使用的材料都是宏观物体。它们都能被分割为若干微小的颗粒，这些颗粒靠拢成一个整体就形成了生产生活中使用的材料。材料的颗粒虽然很小仍是由许多原子团（分子）或原子构成的。相应分子或原子几乎可以看成是一些点。点与点之间有着相对稳定的、大小不等的距离，从而使它们在颗粒中的空间分布形成各种形状的点阵。已知原子虽小，仍有内部结构。

1.材料的共有层次

原子之间、原子团之间、颗粒之间的相互作用，归根到底主要都是相距比较近的那些原子核、电子之间的相互作用的综合表现。

2．材料在物理结构上的差别依据上述对材料物理结构层次的认识，可以看出材料在结构上的差别在于：①构成材料的颗粒大小和结合的紧密程度的差别。②分子、原子在颗粒中形成的空间点阵形状的差别及构成材料颗粒的原子间结合紧密程度的差别。③材料颗粒中亚原子层次的结构和运动的差别。主要是颗粒中电子受束缚状况的差别。④构成材料颗粒的原子种类的差别（即元素的差别）。二.物理结构与材料性能

1．颗粒大小对材料性能的影响纳米材料(1)颗粒大小对材料性能的影响化学组成、化学键决定材料的化学性质。物理结构的差别将导致材料在机械、热、光、电磁诸方面的性能发生相应的变化。用在差别发生层次上的理论讨论

①颗粒越小颗粒的表面积与其体积的比越大，因而处于表面处的原子数所占的比例越大（比表面积大）如：设颗粒是球形4πR2/πR3=颗粒越小颗粒的表面积与其体积的比越大于是处于表面处的原子数所占比例大,在物理现象中表现为吸附能力增强，电磁作用增强等等。在机械性能上表现为材料的韧性增大，以至通常情况下很脆的陶瓷，当其颗粒线度已近纳米数量级时，可具有良好的韧性。在化学现象中则表现为化学活性增强，化学反应进行得更为激烈。②颗粒越小，颗粒间的空隙越小，其它物质越难进入颗粒间隙。

③当颗粒线度在几十纳米以下时，原子层次的相互作用，成为支配材料性质的重要因素，使材料表现出与通常情况下不同的宏观性质。例如导电的金属可变为绝缘体，比热出现反常变化等等。这些现象是经典理论不能预言和加以解释的。

(2)纳米材料

1nm=10-9m。原子的线度约为10-10m。当材料由线度为100-102nm的颗粒构成时，与通常使用的材料相较，将因上面已指出的①②③项因素起作用，而具备若干新的可利用的特性，因此把线度为100-102纳米的颗粒构成的材料称为纳米材料,一般呈球型或类球型。无意识地制造和应用纳米材料则是由来已久。经检测1000多年前中国的优质松烟墨，就是用燃烧松香形成烟雾的碳纳米颗粒制成；一些染料也是纳米颗粒构成；古代铜镜的防锈层是氧化锡（SnO2）纳米颗粒构成的薄膜。甚至生物体的某些构件（如动物的牙齿）是一种性能结构优异的纳米材料。1984年，联邦德国的物理学家施耐德，率先制备了铅、铜、铁的纳米晶体，这才开始了纳米材料研究的新浪潮。目前纳米材料的应用已进入工业化生产阶段，21世纪将是真正的全面应用纳米材料的世纪。

应用：

①磁性功能纳米材料的尺寸小，一旦被磁化较难失去磁性（矫顽力大），因而适于制作小尺寸高密度的磁记录器件。制作光快门、复印机墨粉、磁墨水、磁钥匙、磁性票证等。②纳米传感器制作传感器是纳米材料最有前景的用途之一，但目前与传统的传感器还无竞争能力。现已用SnO2

的纳米薄膜制成气体传感器，由于纳米材料的比表面积大，因而灵敏度高。

③信息技术上由于纳米材料的第②③特性，它具有常规材料所不具备的特性。现用SnO2

的纳米材料制作的光纤，大大降低信号传输中的能量损耗。用纳米材料可制作良好的红外反射材料和紫外吸收材料。纳米材料尺寸小，电子传输速度快，可把纳米尺寸的半导体材料做成晶体管，从而在一块芯片上容纳更多的晶体管。

④生物工程上纳米颗粒尺寸比生物体内的细胞小得多，且具有发光功能，因而可用来进行细胞分离、细胞染色、跟踪生物体内的活动等。目前用来跟踪查找艾滋病毒，癌细胞在人体中的活动。还发现癌细胞特别喜欢吃纳米颗粒，这或许为治疗癌症提供途径。制造纳米颗粒材料的程序是，先把材料粉碎成超微的纳米颗粒，最初主要采用机械粉碎法来制备颗粒，近年来采用高能球磨法，也就是用球磨机的转动或振动使硬球撞击、研磨原材料，把金属或合金粉碎成纳米颗粒，然后通过高压压制成形或烧结成陶瓷的方法，使纳米颗粒成型为纳米固体。近来又发展了气相沉积、液机沉积、溶胶—凝胶等方法来制备纳米块体或薄膜。

2．从原子（或分子）的排列来认识和区分材料材料的性能随材料中原子（或分子）的排列情况而变，大体上可分为以下几类。

(1)晶体原子（或分子）在空间中按某一规则周期性地排列而成的材料称为单晶体。由若干（往往是许多）微小的单晶体，杂乱地结合而成的材料称为多晶体。由于晶体中的原子（或分子）作有规则的排列，原子（或分子）只能在某一固定位置附近作微小振动，因而晶体表现为固态，具有规则的外形，具有确定的熔点。据此，很容易判定常见的石英、云母、明矾、方解石、海盐、雪花（即冰晶）是晶体；玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶都不是晶体。常用来制作各种工具的金属材料则是多晶体。晶体具有各向异性的性质。组成晶体的基本颗粒在空间各个方向上的排列并不完全一样的，这就必然导致晶体材料的机械强度，导热性能，导电性能，透光性能等宏观物理性质随方向而变。多晶体材料中晶粒的混乱排列将对各向异性起到削弱的作用，直至使它消失。由同一种元素构成的材料，在化学性质上是完全一样的，但随元素排列方式的不同，将形成具有不同物理性质的材料，称之为同素异形体。都由碳元素构成的非晶态的煤、晶态的石墨、晶态的金刚石，在物理性质上就有极大的差别。除石墨和金刚石而外，在1985年发现了碳的第三种稳定的同素异形体富勒烯——C60。1985年美国莱斯大学的斯莫利和科尔与来访的英国人克罗托，用大功率的激光轰击石墨作碳的汽化实验，发现由60个碳原子组成的大分子特别稳定。当时他们得到的样品太少，不足以进行结构分析，他们只能猜想这种60个碳原子组成的大分子结构很像足球。故而命名为富勒烯----Ｃ60。实验已经证实，C60分子直径约0.71纳米，60个碳原子放在60个顶点上。C60被发现后发展迅速，1990年已经能小批量生产。斯莫利、科尔、克罗托三人共同获得1996年诺贝尔化学奖。这种封闭式的C60分子，本身的化学键已经饱和,没有空键，由C60分子构成的固体不需要其它原子来填补其表面化学键。所以富勒稀是纯碳结构。另外两种同素异形体石墨和金刚石的表面碳原子的键没有全部饱和，会吸附许多杂质原子。C60晶体不导电。C60是一种新型的半导体材料。1992年已有报道，在C60中掺硼和磷可制成杂质半导体。实验表明，C60可以承受各向同性的静态压力达203个大气压。若在室温下快速施以20万个大气压的非静压，可将C60转变为人造金刚石。在C60晶体中掺入碱金属形成的晶体具有超导电性，其最高临界温度已达48K。有人预测，随着碳分子族的进一步加大，通过掺杂有可能发现室温超导体。C60超导体是有机物，比起陶瓷材料的高温超导体具有更好的加工性能，1991年发现的巴基管，是由一些同轴的圆柱形管状碳原子层层叠套，原子层数从二到几十不等，碳原子在管壁上形成六边形结构，并沿管壁方向呈螺旋状，管长度在几纳米到几十纳米之间，故又称为碳纳米管。这种纳米管具有一些奇特的力学性质和电子性质，如高抗张强度以及高度热稳定性等。

(2)非晶固态材料前面谈到晶体的重要特征是有排列有序的、规则的几何形状。但是像玻璃、塑料、沥青、玛瑙等不具备这样的特征，有着不同程度的无序，但又区别于液体。非晶固态是介于晶体和液体间的状态。

①玻璃玻璃是通过速冷的办法将熔融状态的SiO2等材料转变成固态。新型的玻璃是现在广泛采用的镀膜玻璃。

②合金合金也可看成一种溶液，由于它处在固态，故叫固态溶体。其中一种金属可作溶剂，其它较少的元素便是溶质。通常所用的钢实际是铁与碳的合金，铁可看作溶剂，碳元素是溶质。

金属玻璃某些熔融贵金属以100°C/s速度急剧冷却而得。耐磨、耐腐蚀。

记忆合金。

③有机高分子一切有机物的最根本的特征是含有碳原子。虽然不能说凡是含有碳的物质都是有机物，但由碳、氢、氧、氮、硫等元素组成的有机物中，碳是主角。几十年以前就发现，酒精、乙醚之类的有机物中，分子所包含的原子数目不多，叫低分子有机物。而蛋白质、纤维素等有机物的分子所包含的原子，少则几千，多则上百万，故称为高分子有机物。在五千多年，我国就会养蚕缫丝，这也许是人类最早利用天然高分子化合物的例子，汉代发明的造纸术也是利用天然高分子物质的例子。19世纪出现对天然高分子物质进行“改性”的技术。如1839年，古德伊发现在天然橡胶中利用热处理加入少量的硫（称为橡胶硫化），则天然橡胶的弹性、抗老化等性能大为改善。四十年代实现人工合成高分子，最重要的标志是1824年用无机物合成草酸（一种有机酸），1828年德国化学家维勒对无机物氰酸铵加热得到尿素。高分子物质比起低分子物质，不仅原子数目起了量的变化，而且在性质上也发生了变化。少数高分子物质如尼龙、聚乙烯等内部分子排列比较有序，叫塑性晶体；但大多数高分子物质，内部分子排列无序，称为无定形聚合物。现在人工合成高分子已进入到人们吃（人工合成维生素B12、各种动植物生长激素、除草剂、杀虫剂、果蔬催熟剂等）穿、用的方方面面，甚至用高分子材料制作的假牙、血管、心脏瓣膜等。至于高分子的结构如何，又怎样使分子聚合成高分子，那就是溶合了有机化学、物理化学、固体物理的一门新学科高分子学研究的了。

④陶瓷陶瓷是一种最古老的材料，陶器由粘土烧制而成，质地较粗糙，且不透明，中国大约是在新石器时代大量出现。瓷器由高岭土、长石、石英混合成型后烧制而成，质地较细密较薄者呈半透明状态。中国人最早使用瓷器，一说始于东汉，一说始于商代。现在用烧制陶瓷的方法把无机非金属材料粉末经过成型高温烧结而成的多晶固体也称为陶瓷，也有人用陶瓷泛指一切经过高温处理的无机非金属材料，如可以制成压电陶瓷、金属陶瓷等。后面我们将看到80年代开始出现了陶瓷材料类的高温超导材料。

(

3)液晶我们的电子表、计算器、手机、笔记本电脑等的显示屏用的是一种奇妙的在电场的作用下发光的材料。这种材料的力学性质与通常的液体相似，具有流动性，而其光学性质则呈现各向异性，与晶体相似。是介于液态与晶态之间的一种各向异性凝聚液体，故得名液晶。1888年奥地利植物学家赖尼莱尔首先发现了液晶。他将胆甾醇苯甲酸酯这种有机物晶体加热到145.5℃,晶体熔解，并变为混浊状态，到178.5℃混浊的液体突然变成清亮的液体。在145.5-178.5℃之间，这种物质既具有流动性像液体，又具有光学上的各向异性像晶体。德国物理学德曼对此现象进行了系统研究，发现许多有机化合物都具有此性质，一个世纪以来发现或人工合成的液晶材料已有五千多种，但都是有机物质，液晶分子总是呈棒状、板状或圆盘状，且每个分子都有极性。有趣的是科学家发现人体中的大脑、肌肉、神经髓鞘、眼睛的光感受网膜等都可能存在液晶组织，细胞膜和细胞器膜都是处在液晶相，膜的液晶相结构允许离子传递和分子运动，而这二者正是所有有生命功能的体系所必备的条件。膜的液晶相是细胞和细胞器成为开放系统的必备条件，因而细胞膜和细胞器膜只有处在液晶相才有可能是具有生命的细胞，以此发现细胞膜癌变的物理机制与细胞膜从液晶态转变为液态密切相关。动脉硬化、胆结石此类疾病都可以从液晶的角度讨论，研究细胞中、组织中、细胞器中的液晶结构，发现致病的机理和治疗的有效方法是现在物理、生物、化学等学科交叉研究的热门课题。

3．亚原子层次的结构与材料的电性能

(1)依据宏观电性能对材料分类——导体、绝缘体、半导体、超导体从实践中人们早就认识到不同的材料传导电流的本领不尽相同。用电阻率ρ(Ω·m)的物理量来表示材料阻碍电流的性质。电阻率数值越大，表示材料阻碍电流的本领越大。按材料导电的难易，分为电的导体(ρ≈10-8-10-6)和电的绝缘体(ρ≈108-1020)

。人们还发现，导体的电阻率随其温度的升高而逐渐增大，绝缘体的电阻率随温度的升高而逐渐降低。后来人们又发现锗、硅等元素以及一些化合物（如砷化镓）的晶体，具有奇怪的导电性质，其电阻率介于导体与绝缘体之间（约10-2～108）且随温度的升高而迅速降低。于是又把这类材料归为一类，称为半导体。1911年荷兰物理学家昂纳斯发现当水银的温度下降到4.2K附近时，水银的电阻突然下降到零。这种物体在低温下发生的零电阻性质称为超导电性，发生超导电性的温度称为该金属的临界温度TC，具有超导电性的物体称为超导体。物体具有超导电性的状态称为超导态。在昂纳斯之前,人们通过液化空气得到78.8K,

液化氮气得到56.8K。昂纳斯长期致力于低温物理的研究,1980年在他领导的莱顿大学低温实验室终于实现氦气液化，获得4.2K的低温，如果降低液氦的蒸汽压，还可获得更低温度。昂纳斯由于液氦的制备和超导现象的研究，获1913年诺贝尔物理学奖。现在已经发现，在常压下有28种元素，近5000种合金和化合物具有超导电性。超导态实际上是一种高度有序的状态。当温度超过该金属的临界温度时，金属原子运动加剧，这种有序状态被破坏，金属回到正常状态。

(2)材料电性能与亚原子层次结构的关系材料的电性能必是由它所包含的原子核和电子的行为决定。

①材料的电性能取决于原子核和电子原子核、电子都是亚原子层次的粒子，研究它们的行为必须运用量子理论。

②原子核影响材料电性能的方式晶体材料中的原子核构成空间点阵，它只能在其平衡位置附近作微小的振动，这种振动不可能在晶体中形成电流，也不可能造成晶体中电荷分布状况的明显变化。原子核的行为不能直接决定材料的电性能。但是原子核的运动，必然影响到它附近的可在晶体中移动的那些电子的行为，从而间接地影响材料的电性能。而直接影响材料电性能的是电子的行为。

③电子在材料中的运动能带原子的量子理论告诉我们，被原子核束缚在孤立原子中的电子，只可能处于其能量恰好等于某些能量值的状态（通常把每个这样的能量值叫做原子的一个能级）。这些能量值是断续分布的，能量值越高，相邻两值之差越小。当电子的能量高到能脱离原子核的束缚时，它就成为自由电子。自由电子的能量可连续地变化。原子中的电子可按其被原子核束缚的程度分为两类。一类是能量较低被紧紧束缚在原子核周围很难脱离该原子核的那些电子。另一类是能量较高，原子核对它的束缚不太紧，因而能够在原子与原子靠得很近时，活动于两原子之间的电子，称为价电子。若干原子结合成晶体之后，真正能够摆脱某一确定原子核的束缚，在晶体中实现导电的只可能是价电子。在晶体中，原子核间距离甚近（一般只有几个埃），原来只受某个原子核约束的电子，还要受到其他原子核的作用，因此这些电子，特别是价电子，都应该看作是属于整个晶体的电子，称为电子共有化。理论和实验都证明，由于电子共有化，使原子中电子的能级分裂为许多与原来能级很接近的能级，形成能带。不同晶体的能带的数目、宽度，各能带中包含的能级数互不相同。Edd0能带能带禁带分立能级如图，纵坐标表示能量E，横坐标表示原子间距d。当原子间距大时，晶体中的能级与单个原子同，随着原子间距的减小，d=d0时能级分裂成能带。

相邻两能带间的能量间隔称为禁带。晶体中的电子不可能具有禁带中的能量。晶体中的电子在能带中按能级由低到高，每个能级最多填充自旋方向相反的两个电子规则逐一填充。各能级都被填满的能带称为满带，满带中的电子不会导电。已有一部份能级被填满，另一部份能级尚未被电子填满的能带，称为导带，导带中的电子能够导电。完全没有电子填入的能带叫做空带。

一般来说，原子内部的能级都是被电子填满的，因此由内层能级引起的能带是满带。晶体中由价电子填充的能带是价带，价带可能是满带也可能不是满带。综合上述，对材料电性能起决定作用的是价带，价带是晶体中已被填充的能量最高的能带。

(3)从晶体的能带结构看导体、半导体、绝缘体①导体

价带是导带,是电的良导体。②非导体

价带是满带，是电的非导体。③绝缘体

非导体中已填满的价带与其相邻的空带间的禁带甚宽，满价带中的电子很难被激发到空带中去，因而极难使之导电，属于这种情况的晶体是绝缘体。

④半导体本征半导体杂质半导体非导体中已填满的价带与其相邻空带间的禁带较窄，满价带中的电子，比较容易受到激发而进入空带中，使空带和价带都变为导带，从而实现导电，属于这种情况的晶体是半导体。

不含杂质的半导体称为本征半导体。在温度接近0K时，价带被电子填满，空带中没有电子。由于半导体的禁带较窄，随着温度升高，价带中少数电子被激发，越过禁带进入上面的空带形成导带。这导致半导体的两种导电方式：一是进入导带的电子有许多空能级可以跃迁，在电场作用下可以导电，如同导体中的电子流一样，称为电子型导电，记为n型导电；二是电子被激发进入导带后，在满带中留出一些空的状态，称之为空穴。在外电场的作用下价带中的其它电子可跃迁进入空穴，同时又留下新的空穴，所以当电子沿与外电场方向相反的方向移动时，空穴便沿与外电场相同的方向移动。空穴的移动相当于正电荷的移动，称为空穴导电，记为p型导电。本征半导体中同时存在两种导电机制：导带中的载流子是电子，形成电子流；价带中的空穴是正载流子，形成空穴电流。总电流是电子电流与空穴电流之代数和。掺有杂质的半导体是杂质半导体，掺入一定类型的微量杂质，将极大地改变半导体的电性能。

从上述对导体、半导体、绝缘体的讨论可知，它们之间并没有不可逾越的鸿沟，可以用改变其内部状况或改变其外部条件的办法来促成它们的转化。按量子理论，在极低的温度（几个K）下，导体电子中那些动量相反同时自旋也相反的一对电子，吸引束缚在一起形成电子对，称为库柏对。库珀对倾向于聚集到可能的最低能态，而成为一种高度有序的聚集态，从而使金属实现由导体向超导体的相变。提出这一理论是1957年美国的巴丁、库珀、施里弗，简称BCS理论。他们因此而获得了1972年诺贝尔物理学奖。

(4)导体转变为超导体的机理

§8-3半导体的应用

概括地说，半导体的应用主要是制成具有特殊功能的元器件，如晶体管、集成电路、整流器和可控整流器、半导体激光器、发光二级管以及各种光电探测器件、太阳能电池等等。在此只对其中最基本的几方面作初步的介绍。

一.半导体材料制作半导体器件的前提是获得所需的半导体材料。半导体依靠导带中的电子或价带中的空穴导电。本征半导体不含杂质参与导电的电子和空穴数目相等。改变半导体导电性的常用办法是在本征半导体中掺入杂质原子。掺入的杂质原子如果比原来的原子多一个价电子（如在硅或锗中掺入V族元素磷、砷、铋等，称为施主杂质），则产生电子导电，使之变成n型半导体。掺入的原子如果比原来的原子少一个价电子（如在硅或锗中掺入Ⅲ族元素硼、镓、铟等，称为受主杂质），则产生空穴导电，变成p型半导体。实际应用的半导体材料多为掺杂的单晶体，有时也用多晶体（如多晶薄膜）。近些年，非晶态半导体也有较大发展。

二．p-n结晶体管使p型半导体n和型半导体接触，或在本征半导体两边分别掺入施主杂质和受主杂质，这两种类型半导体的交界层就是p-n结。p-n结很薄，厚约10-7m。空穴电子p区n区(a)图p区载流子多是空穴，n区载流子多是电子。空穴和电子分别向对方扩散。

(a)n区p区（+）（-）

(b)（-）（+）

(b)图

扩散的结果，使p型一边带负电，n型一边带正电。形成电势差，方向从n区指向p区。p-n结内电场方向n区p区+p-n结内电场方向-二极管是一个p-n结。p端引线为正极，n端引线为负极。加正向电压，阻挡层变薄，正向电流较大。n区p区p-n结内电场方向正向电流较大n区p区p-n结内电场方向反向电流很小加反向电压，阻挡层变厚，反向电流很小。加正向电压，阻挡层变薄，正向电流较大。加反向电压，阻挡层变厚，反向电流很小。二极管有单向导电性能，用作整流。当具有p-n结的半导体受到光照时，其中电子和空穴的数目都增多，在结的局部电场作用下，p区的电子移到n区，n区的空穴移到p区，这样在结的两端就有电荷积累，形成电势差。称为p-n结的光生伏特效应。将两个二极管作成p-n-p结构或n-p-n结构，引出三个电极是晶体三极管。三极管有放大、振荡、开关作用。与电子管相比，晶体管具有体积小、重量轻、耐振动、寿命长、耗电少的优点，缺点是性能受温度影响大（热稳定性差）。缺点可在线路设计、制作工艺方面努力克服。二极管用作整流、光电池。在p-n结两边各自焊上引线，加上外壳作成二极管。集成电路的生产首先要出生产纯度达99.99…%以上的单晶硅。把单晶硅切成厚度不到1mm的薄片，将电子线路图样用紫外线照相的方法印在薄片上（光刻），用真空高温气相扩散的方法掺杂，高纯度的单晶硅便做成p型或n型半导体。经多次光刻和扩散，薄片上拥有了大量的p-n结、n-p-n

p-n-p结构、电容、电阻、电感元件，再用真空镀膜或溅射的方法镀一层铝，再次用光刻图样方法完成元件互连。最后将薄片恰当地分割成指甲盖大小的小晶片称为芯片。小芯片封装在具有多个插脚的管壳内，成为具有完整电路功能的微型结构，这就是集成电路。三．集成电路集成电路的应用，使电子器件在微型化，低功耗，高可靠的道路上迅速迈进。目前已经可以做到在10mm×20mm的芯片上集成1.4亿个元件，而且能长期稳定地工作。

一．超导体前面提到，物体发生零电阻性质称为超导电性，物体具有超导电性的状态是超导态。也可以用外加磁场的办法破坏其超导电性态。破坏超导电性所需的最小磁场强度HC

，称为该金属的临界磁场强度。§8-4超导体的研究和应用正常态正常态加磁场降温降温超导态加磁场超导态1933年迈斯纳发现，置于磁场中的超导体，磁感线会被完全排斥到超导体之外，超导体内的磁感强度变为0。这表明超导体是完全抗磁体。此现象称为迈纳斯效应现在人们已把是否同时具有近于零的电阻和完全抗磁性，作为判断一个物体是否已成为超导体的标准条件。

二．寻求高温超导体自1911年发现超导现象以来，物理学家寻找到的临界温度最高的合金铌三锗（Nb3Ge）的临界温度为23.2K，还是未能跳出液氦温区。物理学家一直在苦苦地寻找临界温度高的超导体，称为高温超导体。1986年在瑞士苏黎世IBM公司工作的贝德诺兹和谬勒发现镧钡铜氧陶瓷材料的临界温度是35K，这一发现使人们跳出在金属和合金中寻找高温材料的框框，开始从氧化物中寻找超导体。1986年底和1987年初，中科院物理所赵忠贤、美国休斯敦的美藉华裔物理学家朱经武、日本东京大学田中昭二等各自独立地重复并证实了贝德诺兹和谬勒的实验。1987年2月24日中国科学院宣布，赵忠贤领导的科研组已将钇钡铜氧材料的临界温度TC提高到92.8K以上，这就把超导转变温度提升到了液氮温区（液氮的沸点是77.3K）。由于液氮比液氦便宜100倍而冷却效率高63倍，且氮是一种十分安全的气体，因而大大拓展了超导应用前景，这使沉闷了半个多世纪的超导界一下子热闹起来。贝德诺兹和谬勒获1987年诺贝尔物理学奖。继而人们又发现铊钡钙铜氧系列的临界温度可达125K，寻找新的高温超导材料的工作正在进行。