高温超导材料制备与超导转变温度测量

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。

实验十一 高温超导转变温度测量实验超导电性简称超导（superconductivity ），它是指某物质在温度低于某一定值时，出现电阻率为零的现象。

自20世纪20年代起，人们就开始对超导性的理论和应用做了大量的研究。

随着超导研究的进展，特别是20世纪80年代高温超导材料问世后，超导技术已开始广泛应用于科学研究和人类生活之中。

一．实验目的1．了解FD-TX-RT-II 高温超导转变温度测定仪的结构及使用方法；2．掌握液氮低温技术；3．利用FD--RT-II 高温超导转变温度测定仪，测量氧化物超导体YBa2CuO7的超导临界温度。

二．实验原理1．超导现象在所用气体中，氮具有最低的液化温度。

1908年，卡末林·昂尼斯（H ·Kammerlingh Onnes ）首先成功地液化了氮，利用液氮又获得了4.25～1.15K 的极低温度。

在新到达的低温范围内，昂尼斯进行了金属电阻随温度变化的研究。

1911年，他发现当温度降低时，汞的电阻率先平缓地减少，当温度T <4.2K 时，汞的电阻率突然降为零。

随后他又发现，除铜、金、银与铁等室温下的良导体以外，还有其他许多金属有此现象。

1913年他将这种新的物态定名为超导态（Superconducting State ），而将电阻率突然为零的温度称为超导体转变温度（inversiontemperature ）或临界温度，用T c 表示。

在昂尼斯之后，人们又陆续发现了许多其他金属或合金在低温下也能转变为超导态，但它们的转变温度不同。

由于这些金属的超导现象是在低温下获得，故这种超导现象也称为低温超导。

处在超导态的物质具有如下重要性质：1） 直流零电阻效应如前所述，当某些金属、合金和化合物的温度下降到T <T c 时，它们的电阻率突然降为零，处于超导态。

在超导态下，物质的电阻真的完全消失了吗？最灵敏的试验是超导环中的持续电流试验：将一金属环放在垂直于环平面的磁场中，将其冷却到超导的转变温度以下，然后撤去磁场，由电磁感应原理知，这时在环中产生感应电流。

实验十五超导转变温度测量实验超导电性发现于1911年，荷兰科学家翁纳斯（K.Onnes）在实现了氦（4He）气液化之后不久，利用液氦（Lhe）所能达到的极低温条件，指导其学生(GillesHolst)进行金属在低温下电阻率的研究，发现在温度稍低于 4.2K时水银（Hg）的电阻率突然下降到一个很小值（图一）。

后来有人估计，电阻率的下限为3.6×10-23Ω.cm，而迄今正常金属的最低电阻率大约为10-13Ω.cm。

与此相比，可以认为汞进入了电阻完全消失的新状态—超导态。

我们定义超导体开始失去电阻时的温度为超导转变温度或超导临界温度，通常用T C表示。

一些金属（如Pb,T C=7.2K）、金属（NbTi, T C=11K）、金属间化合物（如A15结构的Nb3Ge, T C=23.2K）等上千种材料具有超导电性。

超导现象发现以后，实验和理论研究以及应用都有很大发展，但是临界温度的提高一直很缓慢。

1986年以前，经过75年的努力，临界温度只达到23.2K，这一记录保持了差不多12年。

此外，在1986年以前，超导现象的研究和应用主要依赖于液氦作为致冷剂。

由于氦气昂贵、液化氦的设备复杂，条件苛刻，加上4.2K的液氦温度是接近于绝对零度的极低温区等因素都大大限制了超导的应用。

为此，探索高临界温度超导材料成为人们多年来梦寐以求的目标。

1983年，瑞士科学家缪勒（K.A.M. üller）开始从事氧化物超导体的探索性研究。

他和他的合作者柏诺兹（J.Bednorz）于1986年开始在Ba-La-Cu-O系统中作实验。

他们是基于双极化子导致超导电性的考虑着手实验研究的，尽管这种理论并未被认定，但在探索中确实揭示了一条新的线索。

1986年4月他们首先发现了35K的超导迹象，并确定了相应于这种超导相为K2NiF4结构。

从此一条新的道路打开了。

1987年初液氦温区超导体的发现震动了整个世界，人们称之为20世纪最重大的科学技术突破之一，它预示着一场新的技术革命，同时也为凝聚态物理学提出了新的课题。

实验报告_高温超导材料临界转变温度的测定摘要
本实验旨在测量高温超导材料的临界转变温度，该材料属于第二类，采用微重量的上升温度法。

通过对磁性特征的测量，发现材料的临界温度为145K。

同时，实验表明，随着温度的升高，磁滞现象会逐渐消失，从而使材料达到超导态。

关键词：高温超导材料；临界转变温度；上升法；磁滞
1前言
高温超导材料的发现无疑是近代物理学史上一个重大突破。

它具有高抗拉强度、绝热性能高等特点，可能在大范围内应用。

因此，测量高温超导材料的临界转变温度十分重要。

2实验设备
实验设备包括：
（1）微重量上升温度仪
该仪器使用MTS装置，采用超密封技术，具有结构紧凑、操作简便、实时监控能力强等优点，用于测量微重量的上升温度。

（2）温度控制装置
该设备具有高精度、回差窄、可靠性高等优点，用于控制实验室的温度，以确保实验结果的准确性。

（3）样品温度传感器
使用温度传感器可以准确测量样品的温度变化，以确保实验结果的准确性。

（4）超导材料
采用超导材料，使该材料的磁性特征发生变化，从而测量出临界转变温度。

（5）磁性测量仪
通过磁性测量仪可以检测材料的磁性特征。