高温超导材料物理特性测试

,*,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,高温超导材料物理特性测试,一. 实验目的,1.,了解高临界温度超导材料的基本特性及其测试方法,2. 了解金属和半导体pn结的伏安特性随温度的变化以及温差电效应,3. 学习几种低温温度计的比对和使用方法，以及低温温度控制的简便方法,二、实验原理,1高临界温度的超导电性,2.金属电阻随温度的变化 :,在一定范围内， R（T）ATB,图 2 铂电阻的温度关系,3半导体电阻以及PN结的正向电压随温度的变化,图 半导体锗的电阻温度关系 图 二极管的正向电压温度关系,乱真电动势,乱真电动势,:低温实验中由于导线上存在温度梯度，在导线材料不均匀和不同材料连接处会产生温差电动势(Seebeck效应，Thomson效应).,在直流测量中, 必须消除乱真电动势对结果的影响.本实验中用电流换向的方法, 扣除了乱真电动势.,低温的产生与控制,1. 低温液体: 是低温实验中主要的冷源, 常用的是液氮和液氦液氮: 1atm下沸点约77.4K, 密度约0.8g/cm3, 无色透明.,可以用工业方法从空气液化分馏大量得到.本实验中使用了液氮作为冷源, 注意不能让液氮溅到人身上.2.,杜瓦瓶,(,Dewar flask,):,Sir James Dewar,(1842-1923)发明，两层容器套叠，夹层抽真空，容器内壁镀银以反射辐射热.至今, 所有的低温液体容器仍然以杜瓦瓶的结构为基础, 通称为,杜瓦容器,(,Dewar vessel,).本实验中使用的是不锈钢广口杜瓦容器, 结构比玻璃、玻璃钢、铝的牢固, 但较重.主要漏热来源是从瓶口进入的热辐射.3. 低温的控制: 温度梯度降温法: 根据液氮Dewar容器中温度随高度下降递减, 即存在温度梯度,通过控制恒温器高度来控制恒温器所处环境温度, 从而达到控制降温速率的目的.本实验中用一个温差电偶指示液面高度, 实现了温度梯度控温.,低电势的测量,四引线法,(,four probe method,):,测量时从电流接点通过电流,电压引线上接电位差计或内阻很大的电压表, 就可以排除电流引线与电流接点电阻的影响.,本实验中所有的标准电阻、样品、Pt电阻、Si二极管均采用四引线接法,三.实验装置,( 1 ) 低温恒温器(俗称探头，其核心部件是安装有高临界温度超导体、铂电阻温度计、硅二极管温度计、铜-康铜温差电偶及25,锰铜加热器线圈的紫铜恒温块)；,( 2 ) 不锈钢杜瓦容器和支架；,( 3 ) PZ158型直流数字电压表(5 1/2位,1,V)；,( 4 ) BW2型高温超导材料特性测试装置(俗称电源盒),四. 实验装置介绍,1.低温恒温器和杜瓦容器,不锈钢杜瓦容器,低温恒温器（紫铜恒温块，探头）,低温恒温器,液面计调零,: 本实验中的主要操作,1.恒温器刚放入时, 液面计示数(PZ158示数)应较大.,握住拉杆, 旋开固定螺母, 在观察液面计同时缓慢下移拉杆, 当液面计示数降为零时立即停止下移, 旋紧固定螺母. 注意:实际由于乱真电动势, 液面计两端都浸入液氮后示数可能仍不为零, 有一个很小的残留读数, 注意判断.,2.此后实验过程中, 由于液氮挥发, 液氮面下降, 液面计示数会上升, 为保证降温均匀且不太慢, 应及时将液面计调零.注意:由于PZ158电表响应较慢, 液面计读数可能滞后于拉杆位置, 而且下挡板与恒温块只有约2cm的距离,所以下移拉杆一定要慢. 在液面计示数不大时( 200V )，最好每次下移1mm, 等液面计示数较稳定后再判断是否继续下移.下挡板刚与液氮接触时液氮会剧烈沸腾, 应等液氮平静下来后再进行操作,注意事项,所有测量必须在同一次降温过程中完成，应避免紫铜恒温块的温度上下波动。,如果实验失败或需要补充不足的数据，必须将低温恒温器从杜瓦容器中取处并用电吹风机加热使其温度接近室温，待低温恒温器温度计示值重新恢复到室温数据附近时，重做本实验，否则所得得到的数据点将有可能偏离规则曲线较远。,在旋松固定螺母并下移拉杆时，一定要握紧拉杆，以免拉杆下滑，造成探头受损,实验窗口,实验结果,硅电压-温度特性曲线图（硅电压-温度图）（温度范围80K-108K）,样品电压-温度特性曲线图（温度范围80K-108K）,由108K开始启动【电流换向】，绘制出超导样品在电流正反向情况下直到超导态出现时的样品电压-温度图。,时间-温度曲线,实验报告,实验数据结果处理：,画出超导体电阻随温度变化的曲线，并标明其起始转变温度和零电阻温度,