高溫超導材料

1、高溫超導材料高溫超導材料摘要：摘要：簡要介紹了高溫超導材料及其發(fā)展歷史，對超導材料的發(fā)展現(xiàn)狀和用途進行說明，對目前超導材料的主要研制方法進行了分析。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：超導材料研究進展高溫應用一、一、高溫超導材料的發(fā)展背景及其發(fā)展歷史高溫超導材料的發(fā)展背景及其發(fā)展歷史高溫超導體通常是指在液氮溫度（77K）以上超導的材料。人們在超導體被發(fā)現(xiàn)的時候（1911年），就被其奇特的性質(zhì)（即零電阻，反磁性，和量子隧道效應）所吸引。但在此后長達七十五年的

2、時間內(nèi)所有已發(fā)現(xiàn)的超導體都只是在極低的溫度（23K)下才顯示超導，因此它們的應用受到了極大的限制。高溫超導材料一般是指臨界溫度在絕對溫度77K以上、電阻接近零的超導材料，通?？梢栽诹畠r的液氮（77K）制冷環(huán)境中使用，主要分為兩種：釔鋇銅氧（YBCO）和鉍鍶鈣銅氧(BSCCO)。釔鋇銅氧一般用于制備超導薄膜，應用在電子、通信等領域；鉍鍶鈣銅氧主要用于線材的制造。1911年，荷蘭萊頓大學的卡末林昂尼斯意外地發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻到268.98C時，

3、汞的電阻突然消失；后來他又發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性，由于它的特殊導電性能，卡末林昂尼斯稱之為超導態(tài)，他也因此獲得了1913年諾貝爾獎。1933年，荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發(fā)現(xiàn)了超導體的另一個極為重要的性質(zhì)，當金屬處在超導狀態(tài)時，這一超導體內(nèi)的磁感應強度為零，卻把原來存在于體內(nèi)的磁場排擠出去。對單晶錫球進行實驗發(fā)現(xiàn)：錫球過渡到超導狀態(tài)時，錫球周圍的磁場突然發(fā)生變化，磁力線似乎一下子被排斥到超導體之外

4、去了，人們將這種現(xiàn)象稱之為“邁斯納效應”。自卡麥林昂尼斯發(fā)現(xiàn)汞在4.2K附近的超導電性以來，人們發(fā)現(xiàn)的新超導材料幾乎遍布整個元素周期表，從輕元素硼、鋰到過渡重金屬鈾系列等。超導材料的最初研究多集中在元素、合金、過渡金屬碳化物和氮化物等方面。至1973年，發(fā)現(xiàn)了一系列A型超導體和三元系超導體，如NbSn、VGa、Nb15333Ge，其中NbGe超導體的臨界轉(zhuǎn)變溫度(T)值達到23.2K。以上超導材料要用3c液氦做致冷劑才能呈現(xiàn)超導態(tài)，因而

5、在應用上受到很大限制。1986年柏諾茲和繆勒發(fā)現(xiàn)了35K超導的鑭鋇銅氧體系。這一突破性發(fā)現(xiàn)導致了更高溫度的一系制造YBCO超導帶材的工藝受到極大重視，并被冠以“下一代”高溫超導帶材或“第二代”帶材。有兩種基本技術(shù)方案：(1)以美國橡樹嶺國家實驗室(NL)為代表的一個方案，稱作軋制雙取向金屬基帶法(RABiTS)。會上Specht報告了基帶的退火織構(gòu)穩(wěn)定性分析，并在1m長的取向金屬基帶上用激光沉積YBCO外延膜。歐洲以德國、丹麥等為代表，

6、努力開展高溫超導材料工藝及應用研究。丹麥的NKT已批量制造鉍系超導帶材。長10m、2000A的超導電力電纜正在研制中，下一步開發(fā)三相、50～100m輸電電纜。西門子公司計劃到2003年制成20MVA的超導變壓器。用于電子學方面探傷的RFSQUID及衛(wèi)星通訊用高溫超導濾波器也在試制之中。二、二、高溫超導材料的制備工藝高溫超導材料的制備工藝為適應各種應用的要求，高溫超導材料主要有：膜材(薄膜、厚膜)、塊材、線材和帶材等類型。1、薄膜薄膜高溫

7、超導體薄膜是構(gòu)成高溫超導電子器件的基礎，制備出優(yōu)質(zhì)的高溫超導薄膜是走向器件應用的關(guān)鍵。高溫超導薄膜的制備幾乎都是在單晶襯底(如SrTiO、LaAlO或MgO)上進行薄膜的氣相沉積或外延生長的。經(jīng)過十年的研33究，高溫超導薄膜的制備技術(shù)已趨于成熟，達到了實用化水平(Jc106Acm2?T=77K)。目前，最常用、最有效的兩種鍍膜技術(shù)是：磁控濺射(MS)和脈沖激光沉積(PLD)。這兩種方法各有其獨到之處，磁控濺射法是適合于大面積沉積的最優(yōu)生