有机导体和超导体简介与理论
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一 研究概况应用有机化学有机化合物是共价键化合物,其晶体是分子晶体,分 子间是范德华力相互作用,长期以来一直作为优良的绝缘第七章 有机导体体。
但在 20 世纪初,科学家 Mccoy 和 Moore就曾预言“人 们有可能制备出不含金属元素的有机金属导体。
”通常导电高分子的结构特征是由有高分子链结 构和与链非键合的一价阴离子或阳离子共同组成。
即在导电高分子结构中,除了具有高分子链外,还 含有由“掺杂”而引入的一价对阴离子(p型掺杂) 或对阳离子(n型掺杂)。
材料导电性的表征 根据欧姆定律,当对试样两端加上直流电压V 时,若流经试样的电流为I,则试样的电阻R为:V I 电阻的倒数称为电导,用G表示: R=G= I V电阻,单位为欧姆,代号Ω; 电导率,单位为西门子,代号用S,电阻和电导的大小不仅与物质的电性能有关, 还与试样的面积S、厚度d有关。
实验表明,试样的 电阻与试样的截面积成反比,与厚度成正比:d S 同样,对电导则有: R=ρG =σ S d上两式中,ρ称为电阻率,单位为(Ω·cm), σ称为电导率,单位为(Ω-1·cm-1)。
显然,电阻率和电导率都不再与材料的尺寸有 关,而只决定于它们的性质,因此是物质的本征参 数,都可用来作为表征材料导电性的尺度。
在讨论材料的导电性时,更习惯采用电导率来 表示。
11970 年Wudl 成功合成有机电子给体 TTF(四硫富瓦烯) 1973 年 Ferraris等发现的 TTF 与电子受体 TCNQ(7,7,8,8-四氰基材料导电率范围 材料 绝缘体 半导体 导 体 超导体 电导率 /Ω-1·cm-1 Ω <10-10 < 10-10~102 102~108 >108 典 型 代 表 石英、聚乙烯、聚苯乙烯、 石英、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四 氟乙烯 硅、锗、聚乙炔 汞、银、铜、石墨 、铌铝锗合金 铌(9.2 K)、铌铝锗合金(23.3K)、 、 聚氮硫(0.26 K) 聚氮硫对亚甲基苯醌)所形成的有机电荷转移复合物(C.T.C),其 室温电导率可达 103(S.cm-1),并随温度下降电导增大,到 58K 时 呈现巨大的电导峰,58K 以下电导呈半导体温度关系,更低温度 时则变成绝缘体。
超导体的理论和实验研究超导体是一种在极低温度下表现出零电阻电流通能力的物质,它是现代物理学和工程学的重要研究领域之一,因为它的性质与许多应用有关,包括能源传输、电子设备和磁共振成像等。
本文将介绍超导体的理论和实验研究,以及这些研究在实际应用中的潜力。
超导体理论超导体理论的起始点可以追溯到1911年,尤金·恩斯特·哈赛和海因里希·卡鲁伊斯提出了超导现象的解释。
他们认为,超导电性是由电子对形成引发的,即两个电子成对地在晶格中移动,因而形成一种无阻包络态。
但这个理论并没有解释出超导临界温度,此后研究者又提出BSC理论,它认为,超导电性是由电子间的库伦吸引力所产生的,而这种吸引力只能在低温高纯度状态下才会出现,所以超导材料的温度低于某一临界温度时才会产生超导电性。
超导体实验研究实验研究是超导体研究的基础,它可以有效地验证超导体理论的正确性,也可以为实际应用提供足够的实验数据。
首先来介绍超导材料的制备和检测。
超导体的制备是非常复杂和耗费成本的过程,需要满足极低温,高压、高纯等条件。
从材料的制造、约束、代码阐明到实验室的构建,一切都要精准计算,才能达到预期效果。
接下来是超导体的性质研究。
超导体的理论基础是复杂的。
但超导体性能随温度变化的关系是最为重要的研究。
在超导温度下,超导体会出现零电阻的特点,并且磁场作用下失超导的超导样品的磁滞现象是研究者们经常利用的工具。
越来越多的实验研究表明,超导材料中的单粒子和两个粒子最为关键,如何控制和制备这些粒子是解决超导体研究的核心问题之一。
另外,也需要充分调查超导体的微观特性和相变行为。
超导体在实际应用中的潜力超导体理论和实验研究的深入,进一步推动了超导体在实际应用中的各种可能性。
一方面,超导体的零电阻特性可以用于构建大功率电缆和稳定的电源,有效提高了能源传输的效率和可靠性。
另一方面,超导体的磁性和巨磁效应在医学和物理学中具有广泛的应用。
如磁共振成像技术已经成为现代医学诊断中的重要手段。