高溫超導(dǎo)材料

1、高溫超導(dǎo)材料高溫超導(dǎo)材料摘要：摘要：簡要介紹了高溫超導(dǎo)材料及其發(fā)展歷史，對超導(dǎo)材料的發(fā)展現(xiàn)狀和用途進(jìn)行說明，對目前超導(dǎo)材料的主要研制方法進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：超導(dǎo)材料研究進(jìn)展高溫應(yīng)用一、一、高溫超導(dǎo)材料的發(fā)展背景及其發(fā)展歷史高溫超導(dǎo)材料的發(fā)展背景及其發(fā)展歷史高溫超導(dǎo)體通常是指在液氮溫度（77K）以上超導(dǎo)的材料。人們在超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)的時(shí)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(yīng)）所吸引。但在此后長達(dá)七十五年的

2、時(shí)間內(nèi)所有已發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)體都只是在極低的溫度（23K)下才顯示超導(dǎo)，因此它們的應(yīng)用受到了極大的限制。高溫超導(dǎo)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(dǎo)材料，通?？梢栽诹畠r(jià)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(dǎo)薄膜，應(yīng)用在電子、通信等領(lǐng)域；鉍鍶鈣銅氧主要用于線材的制造。1911年，荷蘭萊頓大學(xué)的卡末林昂尼斯意外地發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻到268.98C時(shí)，

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(dǎo)電性能，卡末林昂尼斯稱之為超導(dǎo)態(tài)，他也因此獲得了1913年諾貝爾獎(jiǎng)。1933年，荷蘭的邁斯納和奧森菲爾德共同發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體的另一個(gè)極為重要的性質(zhì)，當(dāng)金屬處在超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，這一超導(dǎo)體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：錫球過渡到超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，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(dǎo)體之外

4、去了，人們將這種現(xiàn)象稱之為“邁斯納效應(yīng)”。自卡麥林昂尼斯發(fā)現(xiàn)汞在4.2K附近的超導(dǎo)電性以來，人們發(fā)現(xiàn)的新超導(dǎo)材料幾乎遍布整個(gè)元素周期表，從輕元素硼、鋰到過渡重金屬鈾系列等。超導(dǎo)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(dǎo)體和三元系超導(dǎo)體，如NbSn、VGa、Nb15333Ge，其中NbGe超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度(T)值達(dá)到23.2K。以上超導(dǎo)材料要用3c液氦做致冷劑才能呈現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)，因而

5、在應(yīng)用上受到很大限制。1986年柏諾茲和繆勒發(fā)現(xiàn)了35K超導(dǎo)的鑭鋇銅氧體系。這一突破性發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了更高溫度的一系制造YBCO超導(dǎo)帶材的工藝受到極大重視，并被冠以“下一代”高溫超導(dǎo)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(shí)驗(yàn)室(NL)為代表的一個(gè)方案，稱作軋制雙取向金屬基帶法(RABiTS)。會(huì)上Specht報(bào)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(dǎo)材料工藝及應(yīng)用研究。丹麥的NKT已批量制造鉍系超導(dǎo)帶材。長10m、2000A的超導(dǎo)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(jì)劃到2003年制成20MVA的超導(dǎo)變壓器。用于電子學(xué)方面探傷的RFSQUID及衛(wèi)星通訊用高溫超導(dǎo)濾波器也在試制之中。二、二、高溫超導(dǎo)材料的制備工藝高溫超導(dǎo)材料的制備工藝為適應(yīng)各種應(yīng)用的要求，高溫超導(dǎo)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(dǎo)體薄膜是構(gòu)成高溫超導(dǎo)電子器件的基礎(chǔ)，制備出優(yōu)質(zhì)的高溫超導(dǎo)薄膜是走向器件應(yīng)用的關(guān)鍵。高溫超導(dǎo)薄膜的制備幾乎都是在單晶襯底(如SrTiO、LaAlO或MgO)上進(jìn)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(dǎo)薄膜的制備技術(shù)已趨于成熟，達(dá)到了實(shí)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(dú)到之處，磁控濺射法是適合于大面積沉積的最優(yōu)生