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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。
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。
实验十六高温超导实验自1911年昂纳斯首先发现超导电性，开拓了一个新的研究领域以来，超导电性机制、超导的应用、探索更高温区的超导体这三大方向的课题一直是世界科学界努力追求的目标。
在随后年代里，有关超导理论以及超导的强电和弱电等方面的应用不断取得新进展。
但由于当时发现的超导体的临界温度很低（液氦温区），限制了超导的应用，所以寻找高温超导体是全世界科学家梦寐以求的奋斗目标。
1986年以来，探索高温超导材料的工作取得了重大进展。
世界各地相继发现了以钇钡铜氧（YBa2Cu3O）为代表的高临界温度（液氮温区）的氧化物超导体。
为了使同学们了解有关超导体的基本知识和基本性质，我们引入了此试验。
通过本实验观测高温超导体的两个基本特性：零电阻效应和完全抗磁性。
实验目的1、了解高温超导材料的制备方法和检测与测试方法；2、通过实验观测，了解超导体的两个基本特性。
实验仪器低温恒温器、不锈钢杜瓦瓶、pz158型直流数字电压表、BW2型高温超导材料特性测试装置实验原理1、氧化物的制备方法块状的氧化物超导体的制备采用传统的陶瓷制备工艺。
这一传统的制备工艺的典型制作方法是：混均原材料、烧结、研磨、压饼（成型）、烧结、再研磨、成型、烧结、…。
这样制成的超导样品可供一般性的实验研究用。
本实验所用的超导体正是基于上述方法制得的。
首先，选用纯度为四个九的Y2O3、化学纯的BaCO3、和CuO经干燥处理后，按Y:Ba:Cu＝1:2:3的原子数配比称量混合。
然后经过研磨混合后，盛在刚玉坩埚内置于管状电阻炉内在空气中煅烧12小时，煅烧温度为900℃，冷却后，取出原料。
在经研磨过筛后，用金属模具压制成行，然后将该样品坯放在刚玉板上再次放入电阻炉内进行烧结。
炉内放样品的温度950℃，连续烧结12小时。
随后将温度控制在730℃左右（即700℃<t<750℃）维持1.5小时。
最后切断电源，让样品随炉冷却。
在整个烧结和温度高于300℃的退火过程中，始终通以每分钟一升的氧气流。
一、实验目的1. 了解高温超导材料的基本特性；2. 掌握液氮冷却方法，实现对高温超导材料的低温处理；3. 通过测量电阻温度曲线，确定超导转变温度；4. 通过超导磁悬浮实验，验证超导材料的超导特性。
二、实验原理超导现象是指某些材料在温度降低到某一临界值以下时，电阻突然消失的现象。
这种材料被称为超导体，具有完全抗磁性和宏观量子隧穿效应。
高温超导材料是指在相对较高的温度下（通常低于液氮温度77K）表现出超导特性的材料。
本实验采用液氮冷却方法，将高温超导材料降至超导转变温度以下，通过测量电阻和温度的关系，确定超导转变温度。
同时，通过超导磁悬浮实验，验证超导材料的超导特性。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：高温超导材料YBaCuO；2. 实验仪器：液氮罐、铂电阻温度计、电压表、实验台、磁悬浮装置等。
四、实验步骤1. 准备实验装置，将高温超导材料YBaCuO放置在实验台上；2. 使用液氮罐对高温超导材料进行冷却，使其温度降至超导转变温度以下；3. 使用铂电阻温度计测量温度，并记录温度变化；4. 使用电压表测量超导材料的电阻，并记录电阻随温度的变化；5. 进行超导磁悬浮实验，验证超导材料的超导特性；6. 对实验数据进行处理和分析。
五、实验结果与分析1. 电阻温度曲线实验得到的高温超导材料YBaCuO的电阻温度曲线如图1所示。
从图中可以看出，当温度降低至93.75K时，超导材料的电阻突然下降至接近零，表明此时超导材料已进入超导态。
图1 电阻温度曲线2. 超导磁悬浮实验通过超导磁悬浮实验，验证了高温超导材料YBaCuO的超导特性。
实验中，将超导材料放置在磁悬浮装置上，施加一定的磁场，超导材料在磁场中悬浮，证明了其具有完全抗磁性。
六、实验总结1. 通过本实验，成功实现了高温超导材料YBaCuO的液氮冷却，并测量了其电阻温度曲线；2. 确定了高温超导材料YBaCuO的超导转变温度为93.75K；3. 通过超导磁悬浮实验，验证了高温超导材料YBaCuO的超导特性；4. 本实验为高温超导材料的研究和应用提供了实验依据。
实验内容
1、室温检测
打开pz158型直流数字电压表的电源开关（将其电压程置于200mV档）以及“电源盒”的总电源开关，并依次打开铂电阻、硅二极管和超导样品等三个分电源开关，调节两支温度计的工作电流，测量并记录其室温的电流和电压数据。
原则上，为了能够测量得到反映超导样品本身性质的超导转变曲线，通过超导样品的电流应该越小越好。
然而，为了保证用PZ158型直流数字电压表能够较明显地观测到样品的超导转变过程，通过超导样品的电流就不能太小。
对于一般的样品，可按照超导样品上的室温电压大约为50uV-200uV来选定所通过的电流的大小，但最好不要大于50mA。
最后，将转换开关先后旋至“温差电偶”和“液面指示”处，此时PZ158型直流数字电压表的式值应当很低。
2、低温恒温器降温速率的控制及低温温度计的比对
（1）低温恒温器降温速率的控制
低温测量是否能够在规定的时间内顺利完成，关键在于是否能够调节好低温恒温器的下档板侵入液氮的深度，使紫铜恒温块以适当速度降温。
为了确保整个实验工作可在3小时以内顺利完成，我们在低温恒温器的紫铜圆筒底部与下档板间距离的1/2处安装了可调式定点液面计。
在实验过程中只要随时调节低温恒温器的位置以保证液面计指示电压刚好为零，即可保证液氮表面刚好在液面计位置附近，这种情况下紫铜恒温块温度随时间的变化大致如图10所示。
具体步骤如下：
1)确认是否已将转换开关旋至“液面指示”处。
2)为了避免低温恒温器的紫铜圆筒底部一开始就触及液氮表面而
使紫铜恒温块温度骤然降低造成实验失败，可在低温恒温器放进
杜瓦容器之前，先用米尺测量液氮面距杜瓦容器口的深度，然后
旋紧拉杆固定螺母，并将低温恒温器缓缓放入杜瓦容器中。
当低
温恒温器的下档板碰到了液氮面时，会发生像烧热的铁块碰到水
时的响声，同时用手可感觉到有冷气从有机玻璃板上的小孔喷
出，还可用手电筒通过有机玻璃板照射杜瓦容器内部，仔细观察
低温恒温的位置。
3)当低温恒温器的下档板侵入液氮时，液氮表面将会像沸腾一样
翻滚并伴有响声和大量冷气的喷出，大约1分钟后液面逐渐平静
下来。
这时，可稍许旋松拉杆固定螺母，控制拉杆缓缓下降，并
密切监视与液面指示计相接的PZ158型直流数字电压表的示值
（以下简称“液面计示值”），使之逐渐减小到“零”，立即拧
紧固定螺母。
这时液氮面恰好位于紫铜圆筒底部与下档板间距离
的1/2处（该处安装有液面计）。
伴随着低温恒温器温度的不断
下降，液氮面也会缓慢下降，引起液面计示值的增加。
一旦发现
液面计示值不再是“零”，应将拉杆向下移动少许（约2mm，切
不可下移过多），使液面计示值恢复“零”值。
因此，在低温恒
温器的整个过程中，我们要不断地控制拉杆下降来恢复液面计示
值为零，维持低温恒温器下档板的侵入深度不变。
图10 紫铜恒温块温度随时间的变化
（2）低温温度计的比对
当紫铜恒温块的温度开始降低时，观察和测量各种温度计及超导样品电阻随温度的变化，大约每隔5min测量一次各温度计的测温参量（如：铂电阻温度计的电阻、硅二极管温度计的正向电压、温差电偶的电动势），即进行温度计的比对。
具体而言，由于铂电阻温度计已经标定，性能稳定，且有较好的线性温度关系，因此可以利用所给出的本装置铂电阻温度计的电阻温度关系简化公式，由相应温度下铂电阻温度计的电阻值确定紫铜恒温块的温度，再以此所测得硅二极管的正向电压值和温差电偶的温差电动势值为纵坐标，画出它们随温度变化的曲线。
如果要在较高的温度范围进行较精确的温度计比对工作，则应将低温恒温器置于距液面尽可能远的地方，并启用电加热器，已使紫铜恒温块能够稳定在中间温度。
即使在以测量超导转变为主要目的的实验过程中，尽管紫铜恒温块从室温到150K附近的降温过程进行得很快（见图10），仍可以通过测量对具有正和负的温度系数的两类物质的低温物性有深刻的印象，并可以利用这段时间熟悉实验装置和方法，例如利用液面计示值来控制低温恒温器降温速率的方法，装置的各种显示，转换开关的功能，三种温度计的温度和超导样品电阻的测量方法等等。
3、超导转变曲线的测量：
当紫铜恒温块的温度降低到130K附近时，开始测量超导体的电阻以及这时铂电阻温度计随给出的温度，测量点的选取可视电阻变化的快慢而定，例如在超导转变发生之前可以每5分钟测量一次，在超导转变过程中大约每半分钟测量一次。
在这些测量点，应同时测量各温度计的测温参量，进行低温温度计的比对。
由于电路中的乱真电动势并不随电流方向的反向而改变，因此当样品电阻接近于零时，可利用电流反向后的电压是否改变来判定该超导样品的零电阻温度。
具体做法是，先在正向电流下测量超导体的电压，然后按下电流反向开关按钮，重复上述测量，若这两次测量所得到的数据相同，则表明超导样品达到了零电阻
状态。
最后，画出超导体电阻随温度变化的曲线，并确定其起始转变温度
和零电阻温度。
在上述测量过程中，低温恒温器降温速率的控制依然是十分重要的。
在发生超导转变之前，即在T>T*温区，每测完一点都要把转换开关旋至“液面计”档，
用PZ158型直流数字电压表监测液面的变化。
在发生超导转变的过程中，即在
<T<温区，由于在液面变化不大的情况下，超导样品的电阻随着温度的降
低而迅速减小，因此不必每次再把转换开关旋至“液面计”档，而是应该密切监测超导样品电阻的变化。
当超导样品的电阻接近零值时，如果低温恒温器的降温已经非常缓慢甚至停止，这时可以逐渐下移拉杆，甚至可使低温恒温器紫铜圆筒的底部接触液氮表面，使低温恒温器进一步降温，以促使超导转变的完成。
最后，在超导样品已达到零电阻之后，可将低温恒温器直接侵入液氮之中，使紫铜恒温块的温度尽快降至液氮温度。
4．附录
(1) 铂电阻温度计的电阻温度关系的参考值
(2) 硅二极管PN结的正向电压U的参考值
(3) 铜-康铜温差电偶温差电动势E的参考值。
