高温超导材料的研究与应用进展-研究生课程PPT优秀PPT.ppt

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1、高温超导材料高温超导材料高温超导材料的探讨与应用进展高温超导材料的探讨与应用进展汇 报 人：学 号：汇报时间：2017年1月8号4高温超导材料的概念123高温超导材料的探讨现状影响高温超导材料探讨的因素高温超导材料的制备工艺5高温超导材料的应用和发展前景1、高温超导材料的概念、高温超导材料的概念l超导材料：是指具有在确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。现已发觉有28种元素和几千种合金和化合物可以成为超导体。l高温超导材料：是指具有高临界的转变温度(Tc)，并且能在液氮温度条件下工作的一种超导材料，这种材料性能特别好，用途特别广泛。这是一种氧化物材料，多以铜为主要元素，具

2、有陶瓷的性质。同时，也有不含铜的高温超导材料，主要是钡钾铋氧体系。l高温超导材料有着其他一般材料不具有的特性，零电阻、完全抗磁性、高临界转变温度等特殊性质，将使高温超导材料在生活生产各个领域得到广泛的应用。2、高温超、高温超导导材料的探材料的探讨现讨现状状目前的高温超导材料目前的高温超导材料目前高温超导材料主要是：钇系(92K)、铋系(110K)、铊系(125K)和汞系(135K)以及新发觉的新型超导体二硼化镁(39K)。其中最有好用价值的是铋系、钇系(YBCO)和二硼化镁(MgB)。近年来，超导材料和超导应用技术已经取得了重大进展，铋系氧化物(铋锶钙铜氧，BSCCO)和钇系氧化物(钇钡铜氧，

3、YBCO)材料的发觉使高温超导材料走入好用化阶段。基于高温超导材料的沟通损耗低及高载流实力等特点，其在电力、通信、工业、国防等诸多领域具有广袤的应用前景。2、高温超、高温超导导材料的探材料的探讨现讨现状状高温超导材料在其他方面的进展高温超导材料在其他方面的进展四类高温超导材料钇系铋系铊系汞系以YBa2Cu3Oy为代表，各向异性最小，但它具有很高的临界电流密度Jc。各向异性最大，铋系的丝材开发最好，其中铋系的2223相的材料是丝材的主要产品。铊系各向异性居于前两者之间，临界温度Tc高达130k，但是易挥发而且有毒，所以开发较少。汞系各向异性介于稀土类和铋系之间，和铊系临界温度相当，也易挥发而有毒

4、，因此开发也很少。3、影响高温超、影响高温超导导材料探材料探讨讨的因素的因素u沟通损耗是一个影响高温超导材料应用的重要因素沟通损耗是一个影响高温超导材料应用的重要因素绕制磁体所用的超导带材自身的匀整性也是影响其临界电流的一个重要因素，所以减小运输过程中的电流的损耗是一个必须要留意的问题。高温超导磁体的临界电流被定义成引发该磁体失超的最小电流，高温超导磁体的自场比单根超导带材的自场要大得多，磁体各个位置的磁场大小和方向各不相同，所以很难用理论的方法精确计算磁体的临界电流，所以对于高温超导磁体而言，磁场是影响高温超导的一个关键因素。3、影响高温超、影响高温超导导材料探材料探讨讨的因素的因素u磁场是

5、影响高温超导材料探讨的一个重要因素磁场是影响高温超导材料探讨的一个重要因素赵忠贤院士小组与物理所表面试验室合作，探讨了超导Pb薄膜的尺寸量子限制效应对超导转变温度和其他物性的调剂作用。这个结果说明，只要很好的限制与厚度相关的量子尺寸效应，可以调制薄膜的超导性质和其他物理性质。3、影响高温超、影响高温超导导材料探材料探讨讨的因素的因素u量子限制效应对超导薄膜性质的影响量子限制效应对超导薄膜性质的影响对MgB2、NbN等薄膜远红外光学性质的探讨发觉表面等离子的体现象和增加透射现象；用超导体做成的人造材料的增加透射谱随着超导体进入超导态而发生变更。这可能将为探讨物质的特性找到了一种新的探讨方法。3、

6、影响高温超、影响高温超导导材料探材料探讨讨的因素的因素u薄膜表面等离子激元和增加透射效应薄膜表面等离子激元和增加透射效应4、高温超导材料的制备工艺、高温超导材料的制备工艺l 脉冲激光沉积法脉冲激光沉积法1.脉冲激光沉积（Pulsed Laser Deposition，PLD），也被称为脉冲激光烧蚀（pulsed laser ablation，PLA），是一种利用激光对物体进行轰击，然后将轰击出来的物质沉淀在不同的衬底上，得到沉淀或者薄膜的一种手段。2.PLD一般可以分为以下四个阶段：激光辐射与靶的相互作用 熔化物质的动态 熔化物质在基片的沉积 薄膜在基片表面的成核（nucleation）与生成

7、 4、高温超导材料的制备工艺、高温超导材料的制备工艺易获得期望化学计量比的多组分薄膜，即具有良好的保成分性；沉积速率高，试验周期短，衬底温度要求低，制备的薄膜匀整；工艺参数随意调整，对靶材的种类没有限制；发展潜力巨大，具有极大的兼容性；便于清洁处理，可以制备多种薄膜材料。PLDPLD特点：特点：4、高温超导材料的制备工艺、高温超导材料的制备工艺一种利用有机金属热分解反应进行气相外延生长薄膜的化学气相沉积技术。该方法现在主要用于化合物半导体的气相生长上。用该法制备薄膜时，作为含有化合物半导体元素的原料化合物，必需满足常温稳定且易处理，在室温旁边有适当的蒸气压，反应的副产物不应阻碍晶体生长，不应污

8、染生长层等条件。该方法也存在一些缺点：难以进行原位监测生长过程，很多有机金属化合物蒸气有毒、易燃；反应温度低，因此有时在气相中就发生反应。l 金属有机物化学气相沉积法（金属有机物化学气相沉积法（MOCVD）4、高温超导材料的制备工艺、高温超导材料的制备工艺分子束外延是种物理沉积单晶薄膜方法。在超高真空腔内，源材料通过高温蒸发、辉光放电离子化、气体裂解，电子束加热蒸发等方法，产生分子束流。入射分子束与衬底交换能量后，经表面吸附、迁移、成核、生长成膜。分子束外延是一种新的晶体生长技术，简记为MBE。分子束外延的优点就是能够制备超薄层的半导体材料；外延材料表面形貌好，而且面积较大匀整性较好；可以制成

9、不同掺杂剂或不同成份的多层结构；外延生长的温度较低，有利于提高外延层的纯度和完整性；利用各种元素的粘附系数的差别，可制成化学配比较好的化合物半导体薄膜 l 分子束外延法（分子束外延法（MBE）5、高温超导材料的应用和发展前景、高温超导材料的应用和发展前景高温超导材料的应用高温超导材料的应用在电力工程方面的应用超导输电在原则上可以做到没有热的损耗，因而可节省大量能源；用超导线圈储存能量在军事上有重大应用，超导线圈用于发电机和电动机可以大大提高工作效率、降低损耗，从而导致电工领域的重大变革。超导电磁动力船，此实验船已在日本成功测试。动用超导体产生的强磁场可以研制成磁悬浮列车，车辆不受地面阻力的影响

10、，可高速运行，车速达500km/h以上，若让超导磁悬浮列车在真空中运行，车速可达1600 km/h，利用超导体制成无摩擦轴承，用于发射火箭，可将发射速度提高3倍以上。5、高温超导材料的应用和发展前景、高温超导材料的应用和发展前景超导量子干涉仪用超导技术制成各种仪器，具有灵敏度高、噪声低、反应快、损耗小等特点，如用超导量子干涉仪可确定地热、石油、各种矿藏的位置和储量，并可用于地震预报。超导技术在生物医疗方面的应用 超导磁体在医学上的重要应用是核磁共振成像技术，可分辨早期肿瘤癌细胞等，还可做心电图，脑磁图、肺磁图，研究气功原理等。核磁共振断层扫描仪高温超导材料的应用高温超导材料的应用5、高温超导材

11、料的应用和发展前景、高温超导材料的应用和发展前景高温超导材料与技术作为一个具有巨大潜在商业应用前景的高技术产业，始终是高技术领域中的主要热点之一，在能源、信息、交通、科学仪器、医疗技术、国防、重大科学工程等方面有着重要应用。对超导材料的好用化有三个方面的要求：第一、超导材料的三个临界参数必需达到应用要求的水平；其次、超导材料必需具有满足工程应用的形态结构、机械特性和物理特性，强电应用必需是多芯导线，以抑制磁通跳动和热激活。超导线材也必需具有足够的机械强度，以满足基于磁体应用必需达到的应力应变特性。同时，沟通场合的应用要求降低线材中由于各物理机制导致的损耗。第三、超导材料工作在低温环境，所以必需

12、考虑超导材料的性价比。高温超导材料的应用高温超导材料的应用5、高温超导材料的应用和发展前景、高温超导材料的应用和发展前景1、成本高2、临界电流、临界磁场提高困难3、制造长距离超导线材有难度4、加强了对新的超导体的探究：碳基（AxC60,18K）、MgB2（40K）、铁基（LnOFePn，55K）等超导材料 高温超导材料的应用过程中的问题高温超导材料的应用过程中的问题5、高温超导材料的应用和发展前景、高温超导材料的应用和发展前景节省大量资金缓解环境污染超导电缆、超导发电机、超导电缆预预 测测低电力低能耗灵敏度度高钇钡铜超导薄膜-应用于谐振器、滤波器、天线等有源器件商品化商品化低电力低能耗钇钡铜超

13、导超导块材-用于磁悬浮、储能飞轮等方面即即 将将实业化实业化高温超导材料的发展前景高温超导材料的发展前景5、高温超导材料的应用和发展前景、高温超导材料的应用和发展前景n超导技术将成为 21 世纪的宠儿，而超导材料也将深化千家万户。超导技术的发展、应用和普及将会在世界能源方面发挥不朽的作用，将会为世界每年免去不必要的边缘耗散。假如能用上超导材料，那每年消耗的能量将不行估量。假如这些能量被合理地利用起来对人类的发展不行谓不大，或者每年为这些能量的耗散而投入的不必要的资金，用于资助那些苦难的、急需救助的国家与人民，那意义不行谓不大。超导材料的普及必将是一场材料大革命，其意义并不会亚于其他科技革命。n 超导技术的应用将会越来越广泛地造福人类，对超导电性机理的进一步的了解，将会对凝合态物理学的发展以及相关边缘学科的发展产生极为深远的影响。各国政府，特殊是工业发达国家的政府，对超导探讨极力支持，给以大量投资，这些国家有实力的公司对探讨成果快速引进，快速转变为生产力，这些都有利于超导技术的发展。这也说明，政府、企业与超导专家、探讨者，在对超导将起的作用的看法方面取得了共识。超导技术在 21 世纪必将占有重要地位。