高温超导材料的研究进展教育课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高温,超导材料,的研究进展,目录,研究背景,高温超导材料的简介,高温超导材料的制备,超导材料的最新进展,高温超导材料的应用和发展前景,研究背景,1911,年，荷兰莱顿实验室的卡末林,昂纳斯,(,Karner,lngh,Onns,),首次在,42,K,时发现水银零电阻现象即超导现象。他于,1913,获得诺贝尔奖。,柏诺兹,(,Bednorz,),和缪勒,(,Miiller,),于1986,年发现超导转变温度在,3,O K,温区的高温铜氧化物超导体，为进一步发现在液氮温区值的高温超导体开辟了道路。他们于,1987,年获诺贝尔奖。,钇系,YBCO(YBa2Cu3O7-x),和铋系,BSCCO(Bi2Sr2Ca2Cu3Oy),材料的发现使高温超导材料走入实用化阶段。,超导材料的研究在当今与纳米科技相结合走入一个全新的时代。,我国在中长期科技规划中把高温超导材料列为重点发展的前沿课题（,2019-2020,）。,高温超导材料的简介,超导材料的基本物理特征,：,零电阻现象,完全抗磁性（迈斯纳效应）,超导态并非仅取决于温度,(,临界电流和临界磁场,),普通导体,超导体,超导材料的分类：,常规超导体(如Nb-Ti合金),高温超导体(如,YBa,2,Cu,3,O,7,-x,),非晶超导材料,复合超导材料(如超导线带材料),重费米子超导体(如CeCu,2,Si,2,),有机超导材料(如富勒烯等修饰的化合物),超导材料,高温超导材料的简介,高温超导材料的简介,BCS,超导理论,:,（美国科学家巴丁、库柏和施里弗提出）,库柏对,1电子通过声子作为媒介产生相互吸引作用并逐渐超过库仑斥力，相成束缚对即库柏对。,2 在超导基态各个电子的动量可以不同，但是每个库柏对却集中在零动量上。,2019,年，诺贝尔奖得主,Laughlin,提出,Gossamer,超导理论。,德国马克斯,普朗克协会和普林斯顿大学,2019,年,4,月宣布，通过中子散射实验，揭示了高,温超导金属氧化物电子自旋对的特殊行为。,高温超导材料的结构特征:,层状钙钛结构组元,导电层,（铜氧层）,Cu-O6八面体,Cu-O5四方锥,Cu-O4平面四边形,载流子库层,孔穴型,电子型,调节载流子浓度,提供耦合机制,高温超导材料的简介,钇钡铜氧化物（YBa2Cu3O7-x)超导体,高温超导材料的例子,1987年朱经武、吴茂昆、赵忠贤等发现，Tc90K,超导转变温度打破了液氦，解决了阻碍超导技术应用的瓶颈问题。,铋锶钙铜氧化物（Bi-Sr-Ca-Cu-O）超导体,Bi,2,Sr,2,Ca,n-1,Cu,n,O,2n+4,n=1 2201相,n=2 2212相,n=3 2223相,n=4 2234相,Cu-O 层,Bi,2,O,2,层,钙钛矿层,高温超导材料的例子,Tc100K;,Tl-Ba-Ca-Cu系，Tc达到了125K;,Hg-Ba-Ca-Cu系，Tc达到了135K,高压下Tc达到了164K。,-Michael Vershinin,Shashank Misra,et al,.,Science,303,2019(2019).,高温超导材料的例子,-Elbio Dagotto,.,Science,293,2410(2019).,铜氧化物和C,60,超导材料,Y系高温氧化物超导体的制备,高温超导材料的制备,原料(氧化物,或碳酸物),混合,化学剂量比,烧结,氧化处理,熔融织构工艺,克服大角晶界,块材,带材,离子束辅助沉淀工艺,轧制辅助双轴织构衬底工艺,薄膜,磁控溅射法,激光沉淀法,高温超导材料的制备,Bi系高温氧化物超导带材的制备:,原材料,(氧化物或碳酸物,),混 合,化学剂量比,煅 烧,研 磨,粉末充管,拉 拔,Ag管,轧 制,热处理,压制/轧制,热处理,重复,高温超导材料制备所面临的问题：,高温超导材料的制备,材料制造成本高,价格昂贵,。,在长距离超导线材的制造上面仍然有很大的难度。（氧化物高温超导陶瓷材料各向异性和短的电子相干长度以及大量晶界的存在严重影响线材的超导电性。）,高温超导材料临界电流和临界磁场的提高仍是科学家研究的难题。,-Robert F.Serverce.,Science,295,786(2019).,高温超导材料的制备,-I.Chong,Z.Hiroi,*M.Izumi,J.Shimoyama,et al.,Science,276,770(2019).,Pb搀杂提高Bi2Sr2CaCu2O8+x的临界电流密度,-,Maciek Zgirski,Karri-Pekka Riikonen,et al.Nano letters,5,6(2019),超导材料的最新进展,纳米尺度对超导电性的制约作用,超导材料的最新进展,Yang Guo,Yan-Feng Zhang,Xin-Yu Bao,et al.,Science,306,1915(2019).,量子尺寸效应对超导临界温度的调制作用,Atomic layer,supercurrent,si,Pb,S.Kang,A.Goyal,J.Li,A.A.Gapud,et al.,Science,311,1911(2019).,纳米材料和超导材料的结合,超导材料的最新进展,超导材料的最新进展,-,-Robert F.Serverce.,Science,295,786(2019).,2019年1月日本东京青山学院的教授Jun kimitsu宣布了这一发现。MgB,2,的临界超导温度Tc=40k.,二硼化镁超导材料的新发现,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 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,低电力,低能耗,钇钡铜超导超导块材-,用于磁悬浮、储能飞,轮等方面,即 将,实业化,预计在2020年左右会形成1500-2000亿美元的超导市场，其中高温超导占一半,谢谢大家,Seminar I,