超导体材料

超导体材料 超导体的定义 1911年，荷兰发明氦液化器的昂尼斯〔H.K.Onnes)偶然发现，在液氦温度(4.2K)下，汞的电阻突然消失，这种现象被称为超导。但是，象汞这样金属的超导状态在很弱的磁场中就会被破坏。进一步的研究表明，要成为超导状态，温度丁，磁场强度H和电流密度J都必须分别处于临界温度Tc，临界磁场强度Hc和临界电流密度Jc以下。如图1所示，在T-H-J坐标空间中有一个临界面，其内部就是超导状态。临界条件下具有超导性的物质称为超导材料或超导体。 图 1 超导状态的T-H-J临界面（区面内：超导状态；曲面外：正常状态） 【杨兴钰.材料化学导论[M].武汉:湖北科学技术-出卷网-,2003.】 超导体的应用 50年代后期，发现超导状态的温度提高，而且发现丁能产生强磁场的银及钒的合金和化合物，促使超导现象的应用登上了科技舞台。由于电阻近于0Ω，在超导体内流动的电流将没有损耗．这样，很细的导线就可以通过很强的电流，可产生很强的磁场。问题是它必须在液氦温度下工作，液氮的价格、供应和使用方式使得它的普遍应用受到了严格的限制。即使如此，超导磁体仍大量被使用于加速器、聚变装置、核磁共振和磁分析等仪器上。例如美国费密实验室用了1000多个超导磁体，每年的被氮费用高达500万美元，但因此而节省的电力为18500万美元；美国于1990年建成的周长为83km的超级质子对撞机使用10000个超导磁体，每年可节省电力6亿美元。【唐小真,杨宏秀,丁马太.材料化学导论[M].高等教育出社,1997.】 超导核磁共振层析仪能给出人体任一部位的剖面图．其分辨本领远远超过x射线或超声层祈仪．是现代高级医院重要的诊断设备之一。 超导技术在医疗上可用于外科手术。例如导管牵引术，将导管插入血管后，靠强磁体引导到脑部等血管瘤部位后，将磁性胶体注入血管，靠强磁体引导到肿瘤前提供血管定位，使给养阻塞，从而使肿瘤萎缩死亡。【杨兴钰.材料化学导论[M].武汉:湖北科学技术-出卷网-,2003.】 利用超导体送电的超导电缆已经出现，利用超导体储存电能的超导储能器可在瞬间释放出极强的电能。这种储能器为激光技术提供了储存条件。它可将强电流存储在超导线圈之中，然后启动开关，一瞬间便会释放出巨能，从而发出强大的激光。 用超导体做的超导磁体，可以得到极强的磁场。因为超导线圈没有电阻，超导磁体可以比普通电磁体轻得多：几千克超导磁体抵得上几十吨常规磁体产生的磁场 这将给电力工业带来一系列的变革，发电机会因使用超导体而提高输出功率几十倍、上百倍；已试制出来的圆盘式半超导电动机，体积和50千瓦常规电动机差不多，功率却高达1000千瓦。【王彪.说说超导体[J].科学24小时,2010(3):19.】 由于超导体的转变温度太低，这就为它的普及带来了困难。因此，制造转变温度高的超导材料便成了各国科学家的奋斗目标。最近，我国和瑞士、日本等国科学家分别突破超导转变温度的大关，较高温度下的超导体即将进入实用阶段。 铁基超导体 2006-2007年，日本东京工业大学的Hosono研究组分别报道了LaFePO和LaNiPO体系的超导电性，但因其超导转变温度Tc较低（2-7K）当时并未引起人们的广泛重视。2008年2月，该小组报道在LaFeAsO体系中发现了高达26k的超导转变【Kamihara Y,Watanabe T,Hirano M et al.J.Am.Chem.Soc,2008,130:3296】，这一突破性成果立刻引发了人们对该体系的强烈关注。随后国内外许多研究组相继报道了一系列具有超导电性的层状铁基化合物，此类材料被统称为铁基超导体。 目前，根据母体化合物的成分和晶体结构，大致可以将铁基超导体分为以下4个体系（对应的晶体结构示意图见图2）：（1）“1111”体系，成员包括LnOFePn（Ln=La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Tb，Dy，Ho，Y；Pn=P，As）以及AFeAsF（A=Ca，Sr）等化合物【Hsu F C,Luo J Y ... ...