材料物理性能：材料物理性能09级07新

1、2.4.2 超导性1903年 荷兰人Onnes获得液氦（4.2K）1911年 他们发现水银在4.2K附近电阻检测不到了！在一定的低温下，物质突然失去电阻的现象超导电性1913年获诺贝尔物理奖Heike Kamerlingh Onnes（18531926）the Netherlands Leiden University Leiden, the Netherlands 12.4.2 超导性1960年前，超导体研究局限在金属和金属间化合物中。1957年BCS理论发表，成功解释当时已知的所有实验现象，并预言金属和金属间化合物Tc温度不会超过30K1960年后开始在氧化物中寻找超导体2 J. Geor

2、g Bednorz K. Alexander Muller 1/2 of the prize 1/2 of the prize Federal Republic of Germany Switzerland IBM Research Laboratory Rechlikon,Switzerland b. 1950 b. 1927在陶瓷（金属氧化物）中发现超导现象，超导研究取得重大突破诺贝尔物理奖获得者 1986年，32.5 超导体超导电性的金属和合金 Tc 30 K 钛、钒、锆、铌、钼、钽、钨、铼、铋、铝、锡、镉等28种。 二元合金NbTi，Tc810K； NbZr，Tc1011K。三元系合金

3、有铌-钛-锆，Tc=10 K；铌-钛-钽，Tc=910K。超导化合物 Nb3Sn，Tc=1818.5K； Nb3Ge，Tc23.2K，Nb3（AlGe），Tc20.7K等 超导电性的金属氧化物 1960s Ba-Cu-O系，35K, 1986, Bednorz, Muller Ba-Y-Cu-O系, 100 K, 1987, 我国赵忠贤等 Hg-Ba-Cu-O系，140 K42 、超导体的两种特性：完全导电性完全抗磁性磁感应强度始终为零3 、三个性能指标超导转变温度Tc 愈高愈好 临界磁场Hc 破坏超导态的最小磁场。 随温度降低，Hc将增加； 当TTc时, Hc=Hc01-（T/Tc)2 临界

4、电流密度Jc 保持超导状态的最大输入电流 (与Hc相关）5FIGURE Critical temperature, current density, and magnetic field boundary separating superconducting and normal conducting states62.5 超导体第二类超导体存在两个临界磁场Bc1和Bc2，磁感应强度介于两个磁场之间时，有部分区域允许磁力线通过（正常态），材料整体还处于零电阻态。Bc1往往很大！迈斯纳相正常相混合相72.5 超导体超导体的应用利用零电阻效应导线，超导磁体利用超导隧道节（约瑟夫森节）测量磁场（超灵

5、敏生物磁场变化）超导应用的关键技术（制备导线、薄膜）8第一章 材料的热学性能材料及其制品对不同温度作出的反应，称为热学性能。热容、热膨胀、热传导、耐热性、抗热震性能等。热性能的物理概念、物理本质、影响因素、测量方法和工程意义，为选材、用材、改善材料性能、探索新材料、新工艺打下物理理论基础。91.1晶格热振动各种热学性能的物理本质，均与晶格振动有关！组成晶格的原子在一般情况下（温度不为0）都会偏离其平衡位置，作微小振动！这种振动可以近似地看成是简谐振动！由于原子间作用力，一个原子的振动会影响到其邻近原子的振动，导致相邻原子间存在振动位相差，不同原子不同的振动位相差，就像简谐波一样在晶体中传播。这

6、种波就称为“格波”101.1晶格热振动也可以把原子的振动看成是不同的格波传播到这里产生的振动位移的叠加！简谐波的基本特征量频率和波矢量格波的频率和波矢量要满足一定的条件！格波频率与波矢量之间的关系称色散关系在复式晶格中波矢量和频率间的关系不是一一对应的，对于同样的波矢量，可能有不同的频率与其对应。111.1晶格热振动其中有3个频率的格波称为“声学波”另外3n-3个频率的格波称为“光学波”满足条件的波矢量只有N（晶体原胞数）个。每组（频率、波矢量）代表一种简谐波。如前所述，晶格振动可以看成是满足一定条件的简谐波“格波”的叠加！晶格振动可以看成是3nN种简谐波的叠加！121.1晶格热振动根据量子力

7、学，简谐振动能量是量子化的，为简谐波具有能量 的概率为这也是具有nq个频率为q的声子的几率131.1晶格热振动3nN种简谐波，就有3nN种声子。晶格振动总能量可以看成是3nN种简谐波能量的总和！141.1晶格热振动引入声子概念后，很多与晶格振动有关的问题，都可以用“声子语言”来处理。课本P3。151.2 材料的热容1.2.1 材料的热容及其与温度的关系1、热容的基本概念和物理本质热容：材料在没有相变和化学反应的条件下，温度升高1或降低1所吸收或放出的热量（能量）。单位为J/K,或J/。161、热容的基本概念和物理本质冷，热如何定量衡量？ 温度！冷、热的物理本质是什么？ 微观粒子无规则运动（热运

8、动）强度的一种表现！因此材料的温度也是组成材料的微观粒子无规则运动强度的度量！组成材料的微观粒子的无规则运动包括晶格振动和自由电子运动171、热容的基本概念和物理本质暂时不考虑自由电子的运动，温度升高意外着晶格振动加剧，也意味着体系能量（内能）升高，要外界给其能量！表现为吸热！吸热的过程与热容也有关系，如果升温过程中体积膨胀，这表示对外作了功！那么升高同样的温度，体积膨胀的就要比不膨胀的吸收热量多！181、热容的基本概念和物理本质定容热容定压热容比热容摩尔热容192、热容随温度变化的实际规律P5，3个区域的划分！1.2.2 晶体固体热容的经典理论和经验定律19世纪中叶以前，人类能实现的低温范围

9、很有限，在有限的低温和室温或较高温度下，测定材料的热容为常数！经典统计物理给出的解释也指出材料的比热是常数！19世纪末期，人类能够获得更低的温度，发现材料的比热随温度下降而下降！201.2.3 热容的量子理论爱因斯坦理论211.2.3 热容的量子理论高温时低温时爱因斯坦理论给出热容随温度下降的趋势，但细节与实际不符。221.2.3 热容的量子理论德拜假设：格波的频率与波矢量成正比！高温时低温时23自由电子热容温度不为零时，电子的平均动能为P9，图14241.2.4 影响热容的因素金属材料的热容（1）自由电子对热容的贡献（2）合金成分对热容的影响 室温到较高温度，符合经典理论的规律（奈曼柯普定律）252、无机材料的热容基本符合德拜理论。结构不敏感单位体积的热容与气孔关系很大！多孔材料热容小！高温炉内的耐火砖、保温材料等多用轻质多孔材料！263 组织转变对热容的影响一级相变和二级相变亚稳态组织转变4 熔点和德拜温度的关系德拜温度与晶体中晶格振动的最高频率有关Lindemann 公式27元素元素元素元素AgAlAsAuBBeBi金刚石CaCdCo225428282165125014401192230230209445