高溫超導材料高溫超導材料研究背景基本性質(zhì)制備工藝應用領域發(fā)展前景1911年，荷蘭物理學家昂納斯發(fā)現(xiàn)汞的直流電阻在4.2K時突然消失，首次觀察到超導電性。研究背景1986年1月，瑞士物理學家卡爾·亞歷克斯·米勒和他的德國合作者約翰尼斯·格奧爾·貝德諾爾茨宣布，他們發(fā)現(xiàn)了一種不尋常的高轉(zhuǎn)變材料，這種陶瓷氧化金屬材料在一定的溫度下(-196℃)就會失去電子阻力達到超導狀態(tài)。米勒和貝德諾爾茨因此獲得了諾貝爾物理學獎。高溫超導的出現(xiàn)，使國內(nèi)外頓時掀起了一場前所未有的“超導熱”定義超導材料，是指具有在一定的低溫條件下呈現(xiàn)出電阻等于零以及排斥磁力線的性質(zhì)的材料?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有28種元素和幾千種合金和化合物可以成為超導體。外磁場為零時超導材料由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢B(tài)(或相反)的溫度，以Tc表示。Tc值因材料不同而異。已測得超導材料的最低Tc是鎢，為0.012K。到1987年，臨界溫度最高值已提高到100K左右。具有高臨界轉(zhuǎn)變溫度(Tc)能在液氮溫度條件下工作的超導材料。因主要是氧化物材料，故又稱高溫氧化物超導材料。超導材料的基本性質(zhì)（1）零電阻效應圖1.1電阻率ρ與溫度T的關系1－純金屬晶體2－含雜質(zhì)和缺陷的金屬晶體3－超導體正常態(tài)—溫度高于Tc的狀態(tài)；超導態(tài)—溫度低于Tc的狀態(tài)。超導材料（2）邁斯納效應（完全抗磁性）

只要超導體材料的溫度低于臨界溫度而進入超導態(tài)后，超導材料就會將磁力線完全排斥于體外，因此，其體積內(nèi)的磁感應強度總為零，這種現(xiàn)象稱為“邁斯納效應”圖1.2邁斯納效應超導材料的基本性質(zhì)超導材料（3）同位素效應

同位素的質(zhì)量越大，轉(zhuǎn)變溫度越低。例如，原子量為199.55的汞同位素，它的Tc是4.18K，而原子量為203.4的汞同位素，Tc為4.146K。材料由正常態(tài)轉(zhuǎn)變到超導態(tài)，其晶體結構不變，而同位素的差別主要在于原子核的質(zhì)量。因此，超導材料中的同位素效應表明了傳導電子與晶格振動的相互作用是很重要的問題，該效應為探明超導轉(zhuǎn)變的微觀機制提供了一條重要線索。通常我們也可以用同位素效應來鑒別材料的超導電性。超導材料的基本性質(zhì)高溫超導材料的制備工藝

脈沖激光沉積法脈沖激光沉積（PulsedLaserDeposition，PLD），也被稱為脈沖激光燒蝕（pulsedlaserablation，PLA），是一種利用激光對物體進行轟擊，然后將轟擊出來的物質(zhì)沉淀在不同的襯底上，得到沉淀或者薄膜的一種手段。

PLD一般可以分為以下四個階段：

激光輻射與靶的相互作用熔化物質(zhì)的動態(tài)熔化物質(zhì)在基片的沉積薄膜在基片表面的成核（nucleation）與生成

氣相法(薄膜)脈沖激光沉積(PLD)PLD特點：

1.易獲得期望化學計量比的多組分薄膜，即具有良好的保成分性；2.沉積速率高，試驗周期短，襯底溫度要求低，制備的薄膜均勻；3.工藝參數(shù)任意調(diào)節(jié)，對靶材的種類沒有限制；4.發(fā)展?jié)摿薮螅哂袠O大的兼容性；5.便于清潔處理，可以制備多種薄膜材料。金屬有機物化學氣相沉積法（MOCVD）

一種利用有機金屬熱分解反應進行氣相外延生長薄膜的化學氣相沉積技術。該方法現(xiàn)在主要用于化合物半導體的氣相生長上。用該法制備薄膜時，作為含有化合物半導體元素的原料化合物，必須滿足常溫穩(wěn)定且易處理，在室溫附近有適當?shù)恼魵鈮?，反應的副產(chǎn)物不應妨礙晶體生長，不應污染生長層等條件。該方法也存在一些缺點：難以進行原位監(jiān)測生長過程，許多有機金屬化合物蒸氣有毒、易燃；反應溫度低，因此有時在氣相中就發(fā)生反應。分子束外延法（MBE）

分子束外延是種物理沉積單晶薄膜方法。在超高真空腔內(nèi)，源材料通過高溫蒸發(fā)、輝光放電離子化、氣體裂解，電子束加熱蒸發(fā)等方法，產(chǎn)生分子束流。入射分子束與襯底交換能量后，經(jīng)表面吸附、遷移、成核、生長成膜。分子束外延是一種新的晶體生長技術，簡記為MBE。分子束外延的優(yōu)點就是能夠制備超薄層的半導體材料；外延材料表面形貌好，而且面積較大均勻性較好；可以制成不同摻雜劑或不同成份的多層結構；外延生長的溫度較低，有利于提高外延層的純度和完整性；利用各種元素的粘附系數(shù)的差別，可制成化學配比較好的化合物半導體薄膜

陶瓷超導材料的制備工藝介紹——固相法、液相法和氣相法高溫超導材料的應用領域在電力工程方面的應用超導輸電在原則上可以做到?jīng)]有熱的損耗，因而可節(jié)省大量能源；用超導線圈儲存能量在軍事上有重大應用，超導線圈用于發(fā)電機和電動機可以大大提高工作效率、降低損耗，從而導致電工領域的重大變革。超導電磁動力船。此種實驗船已于日本有頗為成功之測試。動用超導體產(chǎn)生的強磁場可以研制成磁懸浮列車，車輛不受地面阻力的影響，可高速運行，車速達500km/h以上，若讓超導磁懸浮列車在真空中運行，車速可達1600km/h，利用超導體制成無摩擦軸承，用于發(fā)射火箭，可將發(fā)射速度提高3倍以上超導量子干涉儀用超導技術制成各種儀器，具有靈敏度高、噪聲低、反應快、損耗小等特點，如用超導量子干涉儀可確定地熱、石油、各種礦藏的位置和儲量，并可用于地震預報。超導技術在生物醫(yī)療方面的應用超導磁體在醫(yī)學上的重要應用是核磁共振成像技術，可分辨早期腫瘤癌細胞等，還可做心電圖，腦磁圖、肺磁圖，研究氣功原理等。核磁共振斷層掃描儀與人體斷層掃描圖高溫超導材料發(fā)展前景節(jié)省大量資金緩解環(huán)境污染超導電纜、超導發(fā)電機、超導電纜預測低電力低能耗靈敏度度高釔