超导复合材料课件

1、超导复合材料超导复合材料composite superconductor1911年，荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes首次意外发现超导现象：将水银冷却到4.2K时，其直流电阻突然消失后来，他又发现许多金属如铝、锡和合金都具有与水银相类似的特性。由于它的特殊导电性能，Onnes称之为超导态发展历史发展历史金属Hg的电阻-温度变化曲线发展历史发展历史1911-1932年间，除Hg外，又发现了Pd、Sn、In、Ta、Nb、Ti等众多元素超导体1932-1953年间，发现了许多具有超导电性的合金、以及过渡金属碳化物和氮化物，临界转变温度TC得到进一步提高1953-1973年间，发

2、现了一系列A15型（如Nb3Sn，V3Ga，Nb3Ge）超导体，TC值上升至23.2K发展历史发展历史发展历史发展历史发展历史发展历史1986年，IBM研究室的物理学家Bednorz和Mueller发现了临界温度为35K的La-Y-Ba-Cu-O超导体。这一突破性的发现导致了一系列铜氧化物高温超导体的发现1987年，Bednorz和Mueller因此发现荣获诺贝尔物理学奖此后，铜基高温超导电性及其机理称为聚集态物理的研究热点，但其超导机制至今仍未解决基本原理基本原理什么是超导材料？超导材料是一种在一定条件下没有电阻没有电阻的导电材料既可以节约能量节约能量，还能把电流电流储存储存起来基本原理基本

3、原理超导材料的3个临界点三个重要的物理参数临界温度TC：超导体开始出现超导性时的温度临界电流密度JC：超导体开始出现超导性时的电流密度临界磁场HC：超导体开始出现超导性时的外加磁场基本原理基本原理超导材料的临界温度演变史超导材料的特性超导材料的特性零电阻性零电阻性 在较高温度下是导体、半导体，甚至是绝缘体的物质，当温度降到某一特定值TC时，它的直流电阻突降为零的现象MessnerMessner效应效应 当一个磁体和一个处于超导态的超导体相互靠近时，磁体的磁场会使超导体表面中出现超导电流。此超导电流形成的磁场，在超导体内部，恰好和磁体的磁场大小相等，方向相反。这两个磁场抵消，使超导体内部的磁感应

4、强度为零JosephsonJosephson效应效应 两块超导体通过一绝缘薄层（厚度为10埃左右）连接起来，绝缘层对电子来说是一势垒，一块超导体中的电子可穿过势垒进入另一超导体中基本原理基本原理基本原理基本原理两类超导体两类超导体第一类超导体第一类超导体 除钒、铌和锝外的其他元素均为第一类超导体，只存在一个临界磁场HC，当外磁场HHC时，呈现完全抗磁性，体内磁感应强度为零，此时符合迈纳斯效应第二类超导体第二类超导体 钒、铌和锝元素，及大多数超导合金和化合物属于第二类超导体，具有两个临界磁场，分别用HC1（下临界磁场）和HC2（上临界磁场）表示。当外磁场HHC1时，具有完全抗磁性，体内磁感应强度

5、处处为零；当外磁场HHC2时，超导体全部变为正常态BCSBCS理论理论BCS理论是以近自由电子模型为基础，是在电子-声子作用很弱的前提下建立起来的理论。该理论发明者以其巴丁（J.Bardeen）、库珀（L.V.Cooper）施里弗（J.R.Schrieffer）的名字首字母命名基本原理基本原理包覆复合材料包覆复合材料 高临界转变温度的氧化物超导材料脆性大，虽有一定抵抗压缩变形的能力，但其拉伸性能极差，成形性不好，使得超导体大规模实用收到了限制。用碳纤维增强锡基复合材料通过扩散黏结法（成形压力为4MPa，150-170，保温15min）将YBa2Cu3O7超导体包覆于其中，从而获得良好的力学性能

6、、电性能和热性能的复合材料化合物掺杂超导功能复合材料化合物掺杂超导功能复合材料 具有明显的层状二维结构，超导性能具有很强的各向异性。已发现的按成分分为含铜的和不含铜的，含铜超导材料有La-Ba-Cu-O体系、Y-Ba-Cu-O体系、Bi-Sr-Ca-Cu-O体系、Tl-Ba-Ca-Cu-O体系和Pb-Sr-Y-Cu-O体系，不含铜超导体主要是Ba-K-BI-O体系 美国杜克大学一科研小组发现一种”三明治”结构的Li-B化合物超导材料，其超导转变温度超过39K超导复合材料的分类超导复合材料的分类金属金属/ /化合物超导体和化合物超导体和CuCu等金属复合等金属复合 由于金属间化合物超导体自身力学

7、性能很差且不易加工成具有实用性的线材、带材，必须用Cu等金属元素包装支撑，才能加工成型，并使之具有一定的力学性能。Ni-Ti、Nb3Sn和V3Ga等金属间化合物的复合超导体已经实用化，但它们的临界温度TC均在20K以下，其成形过程采用固相扩散工艺。新型超导材料如Nb3(Al,Ge)和Nb3Al,其TC分别为20.7K和18.7K，而且采用的是一种新的带材制备方法硅橡胶硅橡胶/ /化合物复合材料化合物复合材料 将超导材料YBa2Cu3O7+与硅橡胶复合，制备了一种电阻对压力敏感的超导-高分子复合材料。这种材料的电阻率随压强的增加呈指数衰减，在10MPa压力作用下，材料的电阻率降低10个数量级，且其电阻率对压力的敏感性随组分的比例不同而变化，还可以通过添加第3种组分来有效调节；超导-金属-高分子复合材料的电阻率在150K以下有一个突然下降超导复合材料的分类超导复合材料的分类超导复合材料的应用超导复合材料的应用超导强电强磁应用超导强电强磁应用超导电缆超导复合材料的应用超导复合材料的应用超导强电强磁应用超导强电强磁应用超导托卡马克核聚变装置（人造太阳）主机超导复合材料的应用超导复合材料的应用超导强电强磁应用超导强电强磁应用超导磁