3.2 超导材料-教学课件.pdf

1、金属功能材料

【定义】具备功能材料特性的金属材料。

【组成】

Ø超导材料、电性材料、磁性材料等；

Ø绿色工程材料（节能、少污染）——非晶和纳米晶功能材料；

Ø减震阻尼材料、梯度材料、磁电、电磁干扰抑制材料、储氢合金。

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2.超导材料

【定义】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。

超导现象——材料在低于某一温度时，电阻变为零的现象。

超导体——能够发生超导现象的物质。

转变温度——超导体由正常态转变为超导态的温度，称为转变温度(或临界温

度)T。

C

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2.超导材料

超导现象的特征是零电阻和完全抗磁性。

完全抗磁性是指磁场中的金属处于超导状态时，体内的磁感应强度为零的现象。

也就是超导材料处于超导态时，只要外加磁场不超过一定值，磁力线不能透入，

超导材料内的磁场恒为零。

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2.超导材料

现已发现大多数金属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。

超导体得天独厚的特性，使它可能在各种

领域得到广泛的应用。但由于早期的超导

体存在于液氦极低温度条件下，极大地限

制了超导材料的应用。

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3.超导材料的分类

【分类】

超导材料按其化学成分，分为：元素材料、合金材料、化合物材料和超导陶瓷。

（1）超导元素常压下有28种元素具超导电性铌Nb的Tc=9.26K，电工中实际应用的主

要是铌和铅，Pb的Tc=7.201K，已用于制造超导交流电力电缆等。

（2）合金材料铌锆合金Nb-75Zr，Tc=10.8K；铌钛合金Nb-33Ti，Tc=9.3K；铌钛合

金再加入钽的三元合金Nb-60Ti-4Ta，性能进一步提高。

（3）超导化合物超导元素与其他元素化合常有很好的超导性能。如已大量使用的Nb3Sn，

其Tc=18.1K。其他重要的超导化合物还有V3Ga，Tc=16.8K。

（4）超导陶瓷镧—钡—铜—氧化物，Tc=35K的超导电性；钡—钇——铜氧化物，Tc

处于液氮温区有超导电性，使超导陶瓷成为极有发展前景的超导材料。

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4.超导材料的发展历程

1908年，荷兰科学家昂内斯教授成功将氦气液化，并通过降低液氦蒸汽压的方法，获得

1.15~4.25K的低温。

1911年，荷兰物理学家昂内斯发现，温度降到4.15K附近时，汞的电阻突然降到零，超导现象。

1986年，掀起了以研究金属氧化物陶瓷材料为对象，以寻找高临界温度超导体为目标的“超导热”。

1986年，柏诺兹和缪勒，首先发现钡镧铜氧化物是高温超导体，将超导温度提高到30K。

1986年，日本东京大学工学部又将超导温度提高到37K。

1986年，美国休斯敦大学宣布，美籍华裔科学家朱经武又将超导温度提高到40．2K。

1987年1月，日本综合电子研究所又将超导温度提高到46K和53K。

1987年2月，美国报道朱经武、吴茂昆获得了98K超导体，钇钡铜氧。

1987年3月，中国北京大学成功地用液氮进行超导磁悬浮实验。

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4.超导材料的发展历程

钇钡铜氧是首个超导温度在77K以上的材料，其超导转变温度高于液氮的沸

点（77K），用相对便宜的液氮