特种陶瓷第6章 功能陶瓷第1节 导电及超导陶瓷课件

特种陶瓷第6章

功能陶瓷第1节

导电及超导陶瓷2025/4/13内容2超导陶瓷本讲主要内容1导电陶瓷2025/4/136.1.1导电陶瓷氧化锆导电陶瓷纯氧化锆是绝缘体，电阻率高达1013-1015Ω•cm进行异价离子掺杂：氧空位电离，形成带正电的空穴：2025/4/13空穴附件的O2-被激发进入空穴+新的空穴O2-O1-+新的空穴与电子复合O2-高温导体——高温电极材料O1-…….6.1.1导电陶瓷氧化锆导电陶瓷2025/4/136.1.1导电陶瓷氧化锆导电陶瓷2025/4/13应用1：氧敏传感器——汽车排气净化系统空气/燃料比（A/F）应用2：第三代燃料电池SOFC应用3：化学泵和化学反应器++++++++++----------O2+otherPureO26.1.1导电陶瓷氧化锆导电陶瓷2025/4/13使用温度：300-500oC6.1.1导电陶瓷

b-Al2O3隔膜材料和钠硫电池瓷2025/4/13TiO2-x6.1.1导电陶瓷TiO2氧传感器2025/4/136.1.2超导陶瓷

发展历史1911年荷兰物理学家卡麦琳·翁纳斯（Kamerlingh·Onnes）研究水银在低温下的电阻时，发现当温度降低至4.2K以下，水银的电阻突然消失，呈现超导状态。后来又陆续发现了十多种金属（如Nb、Tc、Pb、La、V等）都有这种现象。1986年9月，IBM公司苏黎士研究实验室的科学家贝德尔茨（J.G.Bednorz）和米勒（K.A.Miller）成功地合成氧化物陶瓷超导体，临界温度一下突破30K，从而掀起了超导始上，也是物理学始上的发展浪潮。1987年10月，瑞士苏黎士研究所的这两位物理学家，由于在超导陶瓷材料研究中作出重大突破而获得诺贝尔物理学奖。2025/4/136.1.2超导陶瓷

发展历史1987年2月，美国的朱经武、吴茂恩小组首先发现Y-Ba-Cu-O系统陶瓷超导体，Tc为98K。1988年1月，日本的米塔（Maeda）小组发现Bi-Si-Ca-Cu-O系统陶瓷超导体，Tc达到110K。1988年3月，美国的盛正直和荷曼（Herman）发现了Ti-Ba-Ca-Cu-O系统陶瓷超导体，Tc达125K。2025/4/13液氦温区超导体（4.2K）液氢温区超导体（20K）液氮温区超导体（77K）高温超导体（144K）6.1.2超导陶瓷

发展历史2025/4/13

性质6.1.2超导陶瓷超导材料有两个非常重要的性质：1）超导体的完全导电性。通常，电流通过导体时，由于存在电阻，不可避免地会有一定的能量损耗。而所谓超导体的完全导电性即在超导态下（在临界温度以下）电阻为零，电流通过超导体时没有能量的损耗。2）超导体的完全抗磁性。超导体的完全抗磁性是指超导体处于外界磁场中，能排斥外界磁场的影响，即外加磁场全被排除在超导体之外，这种特性也称为迈斯纳效应。2025/4/13迈斯纳效应

性质6.1.2超导陶瓷抗磁性：在受到外加磁场作用时，物质获得反抗外加磁场的磁化强度的现象。2025/4/13

性质6.1.2超导陶瓷2025/4/13只有Y1Ba2Cu3O7-x具有超导性（123相）。其中O的理想含量为6.95-6.98。Y-Ba-Cu-O(YBCO)6.1.2超导陶瓷2025/4/13TC=85K目前生产总长度已经超过1000km。Bi-Sr-Ca-Cu-O6.1.2超导陶瓷2025/4/13Bi-Sr-Ca-Cu-O6.1.2超导陶瓷2025/4/13⑴二硼化镁是常规超导体，其超导机制可以用BCS理论解释。目前，二硼化镁是这类超导体中临界温度最高的。⑵硼元素和镁元素的价格低廉，并容易制成线材。⑶氧化物高温超导体是由氧元素和两种以上金属元素组成的复杂化合物，自发现以来，人们就放弃了在简单化合物中寻找具有较高临界温度超导体的想法，忽略了对金属间化合物的研究。二硼化镁超导体的发现，使冷落了近30年的简单化合物超导体研究升温。MgB26.1.2超导陶瓷2025/4/13MgB26.1.2超导陶瓷2025/4/13

应用6.1.2超导陶瓷在电力系统方面（1）输配电。根据超导陶瓷的零电阻的特性，可以无损耗地远距离的输送极大的电流和功率。（2）超导线圈。能制成超导储能线圈，用其制成的储能设备可以长期无损耗地储存能量，而且直接储存电磁能。（3）超导发电机。由于超导陶瓷的电阻为零，因而没有热损耗，可以制造大容量、高效率的超导发电机及磁流体发电机等。2025/4/13

应用6.1.2超导陶瓷在高能核实验和热核聚变方面利用超导体的强磁场，使粒子加速以获得高能粒子，以及利用超导体制造探测粒子运动径迹的仪器。使用大体积高强度超导磁体，可以用于约束带电粒子的活动范围。比如