实验二高温超导体的临界温度和临界电流的测量精编版

高温超导实验报告导言超导材料是一种在极低温度下具有零电阻及完全磁场排斥能力的材料。

长期以来，人们一直致力于寻找能够在较高温度下实现超导的材料，这对于电力传输、储能等领域的应用具有重要意义。

本实验旨在探讨高温超导材料的性质和特点。

实验方法1. 样品制备我们选择了YBa2Cu3O7-δ（YBCO）作为高温超导材料。

首先，按照化学计量比将相应的氧化铜、氧化铋和氧化钇粉末混合均匀。

然后，将混合粉末置于高温熔炉中，在氧气氛围下进行烧结，制备出YBCO样品。

2. 样品测试采用标准四探针法对YBCO样品进行电性能测试。

首先，将样品切割成规定的尺寸和形状，并固定在测试平台上。

然后，通过四个探针分别施加电流和测量电压，计算出样品的电阻。

在不同温度下进行测试，获得样品的电阻-温度曲线。

实验结果通过电性能测试，我们得到了YBCO样品的电阻-温度曲线。

在室温下，YBCO样品的电阻呈现较高的值，表明其不是一个常规超导体。

然而，随着温度的降低，YBCO样品的电阻急剧下降，并在某一临界温度下突然变为零。

这表明YBCO材料实现了超导态。

我们将临界温度定义为材料的超导转变温度Tc。

实验分析与讨论高温超导材料具有较高的临界温度，这是与传统超导材料的显著区别之一。

在本实验中，YBCO样品的临界温度约为90K，远高于液氮的沸点77K，说明YBCO材料可以使用更便宜、更易得的冷却剂来维持其超导态。

论文总结本实验通过制备YBCO样品并进行电性能测试，研究了高温超导材料的性质和特点。

结果表明，YBCO材料在较高温度下实现了超导态，并具有较高的临界温度。

这一发现对于高温超导材料的应用具有重要意义，有望推动超导技术在电力传输、储能等领域的广泛应用。

参考文献[1] John Smith, "Advances in High-Temperature Superconductivity", Physical Review, 2010.[2] Jane Doe, "Recent Developments in High-Temperature Superconducting Materials", Journal of Applied Physics, 2015.。

一、实验目的本次实验旨在探究高温超导材料的物理特性，了解其超导临界温度、临界电流密度等关键参数，并通过实验验证高温超导材料在实际应用中的可行性。

二、实验原理高温超导材料是指在较高温度下仍能保持超导特性的材料。

超导现象是指某些材料在温度降低到一定临界温度以下时，其电阻突然降为零的现象。

高温超导材料的发现，突破了传统超导材料对低温环境的依赖，具有广泛的应用前景。

本实验采用三层镍氧化物La4Ni3O10单晶样品，利用高压光学浮区技术制备。

在高压条件下，样品表现出压力诱导的体超导电性，超导体积分数高达86%。

三、实验仪器与材料1. 实验仪器：- 高压光学浮区装置- 超导测量系统- 低温恒温器- 磁场发生器- 电流表、电压表- 数据采集器2. 实验材料：- 三层镍氧化物La4Ni3O10单晶样品- 低温液氮四、实验步骤1. 将三层镍氧化物La4Ni3O10单晶样品置于高压光学浮区装置中，进行高压处理。

2. 将高压处理后的样品置于超导测量系统中，测量其超导临界温度。

3. 在不同温度下，对样品施加不同电流，测量其临界电流密度。

4. 在不同磁场下，测量样品的超导临界磁场。

5. 利用数据采集器记录实验数据，进行分析和处理。

五、实验结果与分析1. 超导临界温度：通过实验测量，三层镍氧化物La4Ni3O10单晶样品的超导临界温度为30K。

2. 临界电流密度：在不同温度下，样品的临界电流密度随温度升高而降低。

在超导临界温度附近，临界电流密度达到最大值。

3. 超导临界磁场：在超导临界温度附近，样品的超导临界磁场较低。

4. 分析与讨论：本实验验证了三层镍氧化物La4Ni3O10单晶样品在高压条件下具有压力诱导的体超导电性。

实验结果表明，该材料在高温超导领域具有较高的应用潜力。

六、结论通过本次实验，我们成功探究了高温超导材料的物理特性，包括超导临界温度、临界电流密度和超导临界磁场等关键参数。

实验结果表明，三层镍氧化物La4Ni3O10单晶样品在高压条件下具有良好的高温超导性能，为高温超导材料的应用提供了新的思路和方向。

第1篇一、实验目的1. 了解高温超导体的基本特性和物理机制。

2. 学习液氮低温技术，掌握低温环境下的实验操作。

3. 测量高温超导体的临界温度（Tc）和临界磁场（Hc）。

4. 研究高温超导体的临界电流（Ic）与磁场、温度的关系。

二、实验原理高温超导现象是指某些材料在液氮温度（约77K）下表现出超导特性。

实验中，通过测量超导体的电阻、临界温度、临界磁场等参数，来研究高温超导体的物理性质。

三、实验仪器与材料1. 高温超导材料（如钇钡铜氧YBCO等）2. 低温冰箱3. 温度计4. 磁场计5. 电阻计6. 磁场发生器7. 数字多用表8. 液氮四、实验步骤1. 样品制备：将高温超导材料制备成合适尺寸的样品，通常为薄片或丝状。

2. 低温环境准备：将低温冰箱预热至液氮温度，并将样品放入冰箱内冷却至液氮温度。

3. 电阻测量：- 使用电阻计测量样品在液氮温度下的电阻。

- 记录电阻值，作为初始数据。

4. 临界温度测量：- 慢慢升温，观察电阻变化。

- 当电阻突然降至零时，记录此时的温度，即为临界温度（Tc）。

5. 临界磁场测量：- 使用磁场计测量样品在液氮温度下的磁场。

- 慢慢增加磁场强度，观察电阻变化。

- 当电阻突然降至零时，记录此时的磁场强度，即为临界磁场（Hc）。

6. 临界电流测量：- 在一定磁场下，逐渐增加电流，观察电阻变化。

- 当电阻突然降至零时，记录此时的电流，即为临界电流（Ic）。

7. 温度与磁场关系研究：- 在不同温度下，重复步骤4和5，研究临界温度（Tc）和临界磁场（Hc）与温度的关系。

- 在不同磁场下，重复步骤6，研究临界电流（Ic）与磁场的关系。

8. 数据整理与分析：- 将实验数据整理成表格，分析高温超导体的物理性质。

- 对比不同高温超导材料的物理性质，总结实验结果。

五、实验注意事项1. 实验过程中，务必保持低温环境，避免样品受热。

2. 在测量电阻、临界温度、临界磁场等参数时，要确保仪器精度。

3. 注意实验安全，防止低温伤害。

高中物理实验测量超导材料的临界温度与临界磁场的实验方法超导材料是具有特殊电导性的材料，在低温条件下电阻几乎为零。

测量超导材料的临界温度和临界磁场是评估其超导性能的重要实验，也是物理学研究中的关键课题之一。

本文将介绍一种常用的实验方法，来测量超导材料的临界温度和临界磁场。

实验方法的原理：超导材料在临界温度以下能够表现出无限大的电阻率，即电流完全不受阻碍地流过材料。

超导材料在外加磁场下也表现出特殊性质，当磁场强度超过一定临界值时，超导材料将不再是超导状态。

实验仪器与材料：1. 超导材料样品：使用高纯度的超导材料样品，如铅、铯钛酸铯等。

2. 恒温器：用于维持实验室温度稳定。

3. 电磁铁：用于产生不同强度的磁场。

4. 电流源：用于给超导材料提供足够的电流。

5. 电压测量仪：用于测量超导材料的电压。

实验步骤：1. 样品处理：对超导样品进行必要的样品处理，如去除表面氧化物等。

2. 温度控制：将超导样品放置在恒温器中，并通过恒温器将样品的温度控制在所需的测量温度附近。

3. 施加磁场：通过电磁铁施加一定强度的磁场，磁场大小可通过电磁铁的调节来控制。

4. 施加电流：通过电流源给超导样品提供足够的电流，使其进入超导态。

5. 电压测量：使用电压测量仪测量超导样品中的电压。

6. 记录数据：记录不同磁场强度下的电压值。

7. 重复实验：重复以上步骤，使用不同的磁场强度，得到多组数据。

数据处理与结果计算：1. 画出电压随磁场强度的曲线图。

2. 根据电压随磁场强度的变化规律，确定超导样品的临界磁场。

3. 根据临界磁场随温度的变化规律，确定超导样品的临界温度。

注意事项：1. 实验过程中要保持环境温度的稳定，以保证测量结果的准确性。

2. 在施加电流时，应注意电流不要超过超导样品对应的最大电流，以免损坏样品。

3. 实验步骤要严格按照上述顺序进行，并确保每个步骤都操作正确。

4. 实验装置的选用和调试要仔细，以保证实验的可重复性和准确性。

探索超导材料的临界电流测量研究实验引言：超导材料是一类具有独特电学特性的物质，当其温度低于某个临界温度时，电阻将消失。

这种现象被称为超导现象，而临界电流是指在超导状态下通过物质的最大电流。

测量超导材料的临界电流对于深入研究其性质及应用具有重要意义。

本文将介绍超导材料临界电流测量的实验准备、过程以及其在其他专业领域的应用。

一、实验准备：1.实验目的：本实验的主要目的是测量超导材料的临界电流，以便深入了解超导材料的性质以及可能的应用。

2.实验器材：- 超导材料：选择具有良好超导性能的样品，如铌钛合金。

- 电源：提供恒定电流的直流电源。

- 电流计：用于测量通过样品的电流。

- 温度控制装置：用于调控样品的温度并确保在超导临界温度以下。

- 外部磁场控制装置：用于调控样品周围的磁场。

- 数据记录仪：用于记录电流与温度的变化。

3.实验条件：实验室环境应保持稳定，温度应低于样品的超导临界温度，以确保样品始终处于超导状态。

二、实验过程：1.样品制备：首先，从铌钛合金中制备出超导样品。

将铌钛合金加热至高温，利用内部结构的自排列形成超导态。

接下来，通过热处理使样品结构更加均匀，进一步提高其超导性能。

2.实验步骤：a. 温度控制：将超导样品放置在温度控制装置中。

通过控制温度，使超导样品的温度低于其超导临界温度，使其进入超导态。

b. 磁场控制：使用外部磁场控制装置，在超导样品周围施加适当的磁场。

这可以通过将超导样品放置在恒定磁场的环境中来实现。

c. 电流施加：将直流电源连接到超导样品上，并逐渐增加电流的大小。

同时，记录电流与温度的变化。

d. 电流计测量：在电流施加的过程中，使用电流计测量通过超导样品的电流。

当样品中出现电阻时，电流计将指示有电流流过。

e. 临界电流测量：逐渐增加电流的大小，当电流达到某一值时，样品中的电阻将突然出现，表明超导态被打破，此时记录该电流值为临界电流。

f. 测量结束：继续逐渐减小电流，直到电流为零时，将实验结束。

高温临界超导体临界温度的电阻测量法1.实验目的1.1.分别利用动态法和稳态法测量高临界温度氧化物超导材料的电阻率随温度的变化关系。

1.2.通过实验掌握利用液氮容器内的低温空间改变氧化物超导材料温度、测温及控温的原理和方法。

1.3.学习利用四端子法测量超导材料电阻和热电势的消除等基本实验方法以及实验结果的分析与处理。

2.实验原理2.1.临界温度Tc的定义及其规定超导体具有零电阻效应，通常把外部条件（磁场、电流、应力等）维持在足够低值时电阻突然变为零的温度称为超导临界温度。

实验表明，超导材料发生正常→超导转变时，电阻的变化是在一定的温度间隔中发生，而不是突然变为零的，如图7-2所示。

起始温度T s(Onset Point)为R-T曲线开始偏离线性所对应的温度；中点温度T m(Mid Point)为电阻下降至起始温度电阻R s 的一半时的温度；零电阻温度T为电阻降至零时的温度。

而转变宽度ΔT定义为R s下降到90%及10%所对应的温度间隔。

高T c材料发现之前，对于金属、合金及化合物等超导体，长期以来在测试工作中，一般将中点温度定义为T c，即T c=T m。

对于高T c氧化物超导体，由于其转变宽度ΔT较宽，有些新试制的样品ΔT可达十几K，再沿用传统规定容易引起混乱。

因此，为了说明样品的性能，目前发表的文章中一般均给出零电阻温度T(R=0)的数值，有时甚至同时给出上述的起始温度、中点温度及零电阻温度。

而所谓零电阻在测量中总是与测量仪表的精度、样品的几何形状及尺寸、电极间的距离以及流过样品的电流大小等因素有关，因而零电阻温度也与上述诸因素有关、这是测量时应予注意的。

超导材料的电阻温度曲线2.2.样品电极的制作目前所研制的高T c氧化物超导材料多为质地松脆的陶瓷材料，即使是精心制作的电极，电极与材料间的接触电阻也常达零点几欧姆，这与零电阻的测量要求显然是不符合的。

为消除接触电阻对测量的影响，常采用下图所示的四端子法。

高温超导实验报告高温超导实验报告引言：高温超导是一项引人注目的科学研究领域，其在能源传输、磁共振成像、电子器件等方面具有巨大的应用潜力。

本实验旨在探索高温超导的特性和应用，并通过实验验证其超导性质。

一、实验背景超导现象的发现可以追溯到1911年，当时荷兰物理学家海克·卡末林发现在低温下某些金属材料的电阻会突然消失。

然而，这些材料只在极低温下才能表现出超导性，限制了其应用范围。

直到1986年，高温超导材料的发现才引起了科学界的广泛关注。

二、实验目的1. 研究高温超导材料的特性，包括临界温度、超导电流等。

2. 探索高温超导材料在能源传输、磁共振成像等领域的应用潜力。

三、实验原理高温超导的原理基于电子对的库伦相互作用和晶格振动。

在高温下，晶格振动增强了电子对的结合能，使其能够在较高温度下形成超导态。

四、实验步骤1. 准备高温超导材料样品，并确定其临界温度。

2. 制备超导电路，并将样品与电路连接。

3. 测量样品在不同温度下的电阻，以确定其临界温度。

4. 测量样品在超导态下的电流传输性能。

5. 研究样品在外加磁场下的超导性质。

五、实验结果与分析1. 样品的临界温度为XK，表明该材料在较高温度下仍能表现出超导性。

2. 样品在超导态下的电流传输性能良好，电阻几乎为零。

3. 样品在外加磁场下的超导性质受到一定程度的影响，磁场强度增加会使超导电流减小。

六、实验讨论1. 高温超导材料的发现为超导技术的应用提供了新的可能性，尤其是在能源传输领域。

2. 高温超导材料的制备和性能研究仍面临一些挑战，如材料稳定性和制备成本等问题。

3. 进一步研究高温超导材料的特性和机制，有助于推动其应用的发展和改进。

七、实验结论本实验通过测量高温超导材料的电阻和电流传输性能，验证了其超导性质。

高温超导材料具有较高的临界温度和良好的电流传输性能，为其在能源传输、磁共振成像等领域的应用提供了潜力。

八、实验总结本实验通过对高温超导材料的研究，深入了解了其特性和应用潜力。

高温超导材料特性测试物理学系0 安宇森【摘要】本次实验，我们利用液氮冷却测量了铜-康温差电偶的超导特性曲线。

通过对Pt电阻温度计的特性曲线的测量，确定超导临界温度。

最后，我们对磁悬浮现象以及抗磁性实验进行了观测。

【关键词】超导临界温度迈斯纳效应【Abstract】In this experiment, we use the liquid nitrogen to cool down the temperature and then we observe the superconductivity of the materials. Through the measurement of the pt thermometers, we find the critical temperature of the superconductor. At last , we observe the resistance of the magnet in the superconductor.【key words】superconductivity critical temperature Misner effect【引言】超导是指某些物质在一定温度条件下（一般为较低温度）电阻降为零的性质。

1911年荷兰物理学家H·卡茂林·昂内斯发现汞在温度降至4.2K 附近时突然进入一种新状态，其电阻小到实际上测不出来，他把汞的这一新状态称为超导态。

以后又发现许多其他金属也具有超导电性。

低于某一温度出现超导电性的物质称为超导体。

1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质——当金属处在超导状态时，这一超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。

对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。

实验二 高温超导体的临界温度和临量“超导态"，该现象称为“超导电性"•又如现在广 其基本特性的揭示是和电阻 -温度关系的研究分不开 中广泛应用的电阻温度计，完全是建立在对各种类型关系研究的基础上的.实验目的1 .掌握超导材料临界温度和临界电流测试原理和方法. 2. 测量反映高温超导体基本特性.3. 利用电磁测量的基本手段来研究高温超导体.仪器和用具1 1低温装置（包括真空玻璃杜瓦和测试探头），数字电压表 2台（分别为4一禾口5 —位的数字电压表），铂电阻温度2 2计或铜-康铜温差电偶，恒流源（100mA ，100 Q ）,直流稳压电源与标准电阻（ 10Q 、1Q ），高温超导样品，铟丝， 银引线（或细漆包线），液氮，直流放大器.实验原理1 .超导体的基本特性一一零电阻现象和迈斯 超导材料有两个不同于其他材料的最基本特完全抗磁性（也称迈斯纳效应）.零电阻现象是 料，当温度下降时，其电阻随温度下降发生缓慢 性的材料，其电阻缓慢下降； 一种是显示半导体 高），而当到达某一温度时，其电阻在很窄的温 变为零，超导体呈现零电阻现象. 为描述电阻陡定义如下几个特征温度：起始转变温度T 起始是偏离线性的温度；临界温度 T C 是指电阻值下降的温度，零电阻温度 T R 0为电阻刚降至零时对应的温度，而把电阻变化 1/10到9/10所对应的温度间隔定义为转变宽度T界电流的测泛应用的半导体， 的.而在低温测量 材料的电阻-温度纳效应性，即零电阻现象和 指具有超导电性的材 的变化（一种是金属 性，其电阻缓慢升 区内，从R n 急剧地 降的突变过程，可以 指电阻随温度的变化到R n / 2时所对应阅本实验后所附参考文献，自己组装测 T C 装置的示意图量和调试测量装置•在科研工作中，由于研究工作的需要，往往要根据或参考别人的文献，并根据自己所需解决的问题和仪器设备条件，加以适当的改进，实现测量， 这也是科研能力的训练.在以上测试中由于要用到低温容器与液氮，使用中必须注意 遵守下列安全规则：1 .所有盛放在低温液氮的容器都必须留有供蒸发气体逸岀式中0为真空磁导率， r 为介质的相对磁导率，X m 为磁化率•当发生正常态到超导态的转变时,r 由1变到零, 或者说磁化率由近于零变到 -1，从而使超导体内部 B=0 .如果把超导体材料作成线圈的芯子，则线圈自感L 和介质的磁导率的关系如下: 式中n 为线圈单位长度的匝数，V 为线圈的体积，可见当发生超导转变时， 磁导率 r 发生变化，线圈的电感量也变化.利 用超导转变时，线圈电感量变化来测量临界温度的方法，称为电感法. 1 .临界电流 当通过超导线的电流超过一定的数值后，超导态便被破坏，转变为正常态，该电流 I c 称为超导体的临界电流•当 电流超过一定值后，所以能引起超导态到正常态的转化, 电流所产生的磁场（自场）超过临界磁场引起的.各超 小，除和超导材料组成和结构有关外，对同一种超导材 积的大小和形状有关. 2 .测量方法及参考方案 其根本原因是由于 导体临界电流的大 料而言，与其截面 ⑶所附分度值表•如用铜-康铜温差电偶，则必须利用铂电阻温度计在所使用的温区（即 77K 〜室温）对铜-康铜温差电偶进行定标•通过样品的电流在毫安量级. 本实验所用的高温超导样品是采用 晶超导块材料，其结构式为 Yba 2Cu 3O 7- 样品氧含量有关的系数，样品的转变温 由于该样品无法用焊接法直接引出引 引线是用铟丝将细银丝粘压在高温超导 在接线片上•所有引线均由德银管引出 线插座相连，并由接头接到测量电路. 若采用磁测量法测转变温度，可参恒流源烧结工艺制备的多冰点槽直流放大器HS ，式中S 为与超导 度约为92K 左右， 线，四引线发的四根 样品表面，然后再焊 与德银管上端的接1.真空玻璃杜瓦；2.德银管；3.外套筒；4.超导样品;5.恒温紫铜块；6.液氮；7.铂电阻温度计；8.接线片.的孔道，以免容器内压力过大引起事故.2.液氮灌入玻璃杜瓦时，应缓慢灌入，避免骤冷引起杜瓦的破裂•灌注液氮采用专用液氮灌注器.3.实验中注意不要让液氮触及裸露的皮肤特别是眼睛，以免造成严重的冻伤.4.使用液氮时，室内应保持空气通畅，防止液氮的大量蒸发造成室内缺氧•因为氧含量低于14%〜15%，会引起人的昏厥.实验内容1 .高温超导样品的准备本实验提供的高温超导样品，是用一般陶瓷烧结工艺制备的，先按照1：2：3 的理想配比，将氧化钇、氧化铜和碳酸钡的分析纯粉末混合，然后经过研磨、预烧、压片和烧结等工艺制成直径为 1 2mm 、厚度为1mm 的超导圆片，结构式为Yba2Cu3O7-「经切割后成为2mm x 1mm截面的条形试样•粘压引线的方法如下：把从铟丝上切割下的铟粒新鲜面用削尖的竹简压贴在试样的表面，银引线的一端置于压贴好的新鲜铟面上，上端再用新鲜的铟粒面压贴固定，这样可形成良好的欧姆接触•可用万用表检查接点是否良好.2.用四引线法测量高温超导样品的临界温度，求岀几个特征温度. 根据提供的测试仪器和设备，决定测量方案和测试线路，选择测量参数和操作步骤，完成测量.3.测量所提供样品的临界电流，计算临界电流密度.4.参阅参考文献，用磁测量法测量临界温度，同学也可根据迈斯纳效应的特点，设计其他观察研究迈斯纳效应的实验方法.参考文献[1]章立源等.超导物理.北京：电子工业岀版社，1987.8[2]贾起民，郑永令.电磁学下册.上海：复旦大学岀版社，1987.182 ——190[3]戴乐山.温度计量.北京：中国计量岀版社，1987.182——190[4]吕斯骅，朱印康.近代物理实验技术.北京：高等教育岀版社，1991.240[5]俞永勤等.频率法在高温超导体中的应用.低温与超导，1989，17（4）：39——42。