~9.5
金 Nb-Zr
~10 化
Nb-Zr-Ti
~9.8
化 Nb3Sn
18.05 合
合 V3Ga 物 V3Si
16.8
18
物
Nb3Ga
20.3
名称
Nb3(Al0.75Ge0.25) Nb3Ge NbN Pb1.0M0.51S6 (Pd0.55Cu0.45)H0.7 Li0.3Tb1.1S2 (YTh)2C3
1980s以前，超导材料的研究集中在合金和化合物
目前已发现的金属系超导材料，对于元素有27种， 对于合金和化合物已达近万种 由于其超导的临界转变温度仍然很低，需液氦冷却 才能实现，使其应用范围受到了一定的限制。
在1986年以前的75年的时间里，超导转变 温度仅提高了20K左右
2.1 超导材料的特性
8
自1986年起，超导材料的研究 出现了新的突破
1986年4月设在瑞士苏黎世的IBM研究所学者J.G.Bednorz
和K.A.Müller送出一篇题为“Possible High Tc Supper Conductivity in the Ba-La-Cu-O System”的论文：
在Ba-La-Cu-O系统中可能有高温超导电性，超导转变温度
2.1 超导材料的特性
15
（4）临界曲面
临界电流
临界曲面
临界温度
2.1 超导材料的特性
临界磁场
16
（5） 迈斯纳(Meissner)效应
完全导体的磁性质
超导体的磁性质
2.1 超导材料的特性
17
完全导体的磁性质
对于完全导体 由于 ，所以 T>Tc，H=0 E 0
T≤Tc，(aH)=T0<Tc时B加T磁 ≤场T的c， 情HE况 ≠0 0
2.2.2 化合物系超导材料 Nb3Sn、V3Ga系 MgB2系 Nb3Al
2.2.3 高温氧化物系材料 Bi系超导线带材 Y系超导线带材
22
2.2.1 金属合金系材料 (Nb-Ti系合金)
Ni-Ti 合金多芯线材的横断面
2.2 超导材料的制备与加工
Nb-Ti系合金特点：
◆ Tc=9.5K ◆ 室温塑性好，
H c =H c(0)[1-(T/T c)2] H c(0):为T=0K时超导体的临界磁场， 通常写成H 0
2.1 超导材料的特性
14
（3） 临界电流
当所通过的电流超过某一数值时，超导电性也会遭到 破坏。一般将这种使超导电性遭到破坏的电流值叫做 临界电流，通常用Ic表示。每平方厘米截面上通过的 电流叫做临界电流密度，用Jc（A/cm2）表示。
可达 35K 。成分是：BaxLa5-xCu5O5(3-y)，其中x=1和0.75， y>0。
2.1 超导材料的特性
9
2.1.3 超导电基本现象 （1）零电阻现象
电阻（Ω）
0.15
ΔTc
0.12Ω
0.10
转变
宽度
0.05
超导态 正常态
水银的Tc=4.2K， Δ Tc=0.02K， 在Δ Tc内，金属的电 阻从一个有限
有两个临界磁场 Hc1和Hc2
Hc1是磁场开始穿透的临界磁场，称为下 临界磁场或第一临界磁场
Hc2是电阻恢复的临界磁场，称为上临界
—M
磁场或第二临界磁场
Hc1和Hc2与温度的关系遵守抛物线方程
迈斯纳态
混合态
Hc1
正常态
Hc2
H 第Ⅱ类超导体的磁化曲线
21
2.2 超导材料的制备与加工
2.2.1 金属合金系超导材料 Nb-Ti合金
2.1 超导材料的特性
5
◆ 1933年，迈斯纳 (W.Meissner)测量 磁场中冷却到超导转变温度以下的Sn和 Pb样品的磁通分布时发现，在超导转变 温度以下，样品内部磁通恒为零。
2.1 超导材料的特性
6
(2) 超导材料的两大基本特性:
◇ 零电阻现象 ◇ 完全抗磁性
2.1 超导材料的特性
7
(3) 超导的发展
t
T≤Tc，H=0
式中B—磁感应强度；t —时间；E—电场强度
T>Tc，H=0
T>Tc，H≠0
T≤Tc，H≠0
(b) 在 T>Tc 时加磁场的情况
T≤Tc，H=0
18
超导体的磁性质
T>Tc，H=0
T>Tc，H≠0
T≤Tc，H≠0
不论在没有外加磁场或有外加磁场下使样品变为超导态，只 要 T Tc ，在超导体内部，磁感应强度恒为零，即 B 0 。
Tc，(K) 20.8 23.2 15.6 14.4 16.6 13 17
MgB2：39K
2.1 超导材料的特性
12
（2）临界磁场
当外加磁场达到一定数值时，超导体的超导 电性即被破坏：
超导态→正常态
通常把开始破坏超导电性的这一磁场值叫做
临界磁场，用Hc表示。
2.1 超导材料的特性
13
临界磁场Hc是温度T的函数
0 ~0Ω
值(0.125Ω)急剧变
4.22
4.24 Tc 4.26
4.28
温度（K）
3.30
化到零。
水银的电阻随温度的变化
10
超导元素在周期表中的分布
为超导元素，数字为Tc值； 为在高压下制成的薄膜为超导体的元素
2.1 超导材料的特性
11
常用的合金和化合物的 Tc 值
名称
Tc，(K)
合 Nb-Ti
2.1 超导材料的特性
19
（6）超导体的分类
◆第Ⅰ类超导体的磁化曲线
◇ 只有一个临界磁场Hc， — M Hc以下呈现零电阻现象和有 完全的迈纳斯效应。
◇ 除Nb、V以外的所有超 导金属元素和少数稀有合金 都属于该类超导体。
Hc H
第Ⅰ类超导体的磁化曲线
2.1 超导材料的特性
20
◆第Ⅱ类超导体的磁化曲线
室温条件下可 以加工成任意 的细线
第2章 超导材料的制备与加工
2.1 超导材料的特性 2.2 超导材料的制备与加工 2.3 超导材料的应用
1
2.1 超导材料的特性
2.1.1 超导电现象
某些金属或合金，在极低温的某一特定温度下， 出现电阻突然为零的现象。
电 普通材料 阻
超导材料
T=0K（-273.3℃）
2.1 超导材料的特性
温度
2
2.1 超导材料的特性
3
超导材 料电路
电子运动 阻力为零
电 超导输电、新能源开发、
超导磁体、弱电应用
超导技术的支持 超导线带材的发展（材料制备与加工）
2.1 超导材料的特性
4
2.1.2超导的发展
（1） 超导现象的发现
1911年荷兰物理学家昂尼斯(K.Onnes)发现将水 银冷却到4.2K时，电阻突然下降到无法测量的程 度，电阻值转变前后的变化幅度超过104倍。 Onnes认为电阻的消失，意味着物质已转变为某 一种新的状态，并把这种现象称为超导电现象。