高溫超導(dǎo)實驗PPT

關(guān)于高溫超導(dǎo)實驗PPT第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日問題1.什么是超導(dǎo)材料，超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)變溫度是指什么？2.實驗中如何測電阻？3.實驗中如何測溫度？第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日超導(dǎo)材料的特性完全導(dǎo)電性：零電阻，可制造無損耗或者損耗極小的高強磁體，用于加速器、核聚變裝置、核磁共振和磁分析儀等節(jié)省能源，制造超導(dǎo)電纜材料完全抗磁性：超導(dǎo)磁懸浮第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日超導(dǎo)材料的發(fā)展1986年IBM實驗室Bednorz和Müller

Ba-La-Cu-O

35K1987年開啟液氮溫區(qū)(>77K)超導(dǎo)體的新時代-大躍進達93K七大氧化物系列超導(dǎo)體最高紀錄HgBa2Ca2Cu3O8-x

常壓134K

高壓165K1911年昂納斯發(fā)現(xiàn)Hg的超導(dǎo)電性4.2K0.3K/year1973年Ni3Ge約23K保持記錄近13年1959年BCS理論預(yù)測最高超導(dǎo)溫度限值約40K常規(guī)超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)材料第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日超導(dǎo)研究需要解決的問題超導(dǎo)現(xiàn)象產(chǎn)生的微觀機制？獲得具有更高超導(dǎo)溫度的材料？超導(dǎo)材料的制備和應(yīng)用技術(shù)？第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日實驗?zāi)康模簻y量超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)變溫度TcR-T曲線測物理量：電阻R、溫度T實驗方法：標準V-I四引線法，伏安法實驗儀器：FD-TX-RT-Ⅱ高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度測定儀高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的測定第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日一、測量原理1、零電阻現(xiàn)象：在一定低溫下，導(dǎo)體的直流電阻突變?yōu)榱恪?、轉(zhuǎn)變溫度TC

：R突變?yōu)?時的溫度。

即：T=TC

時，R=03、超導(dǎo)產(chǎn)生條件：RT04.2k超導(dǎo)體一般導(dǎo)體(1)樣品中通直流電第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日樣品電阻R的測量樣品電流：I=1.5～33mA取10mA樣品電壓:樣品電壓顯示：U默認放大1000倍可選放大倍數(shù)2000600010000伏安法：第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日樣品溫度T的測量樣品架的溫度由鉑電阻溫度計測定鉑電阻溫度計：電阻R隨溫度變化溫度計電流：

I=1.00mA

固定溫度計電壓：UT=I·R

隨溫度變化

溫度計電壓顯示：U=40UT放大40倍注：鉑電阻溫度計在室溫到液氮溫區(qū)內(nèi)，滿足:根據(jù)UT查表或軟件轉(zhuǎn)換即可得到T的大小第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日溫度T/K電壓UT/mVPt-100電阻溫度計第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日電極制作：四引線法

四引線法測電阻原理圖-UX恒流源

ΟΟΟΟ+_I-I+低溫物理實驗裝置的原則之一是必須盡可能減小室溫漏熱。測量引線通常是又長又細，其阻值有可能遠遠超過待測樣品的阻值。為了減小引線和接觸電阻對測量的影響，通常采用“四引線測量法”，即每個電阻原件都采用四根引線，其中兩根為電流引線，兩根為電壓引線。I+V+V-I-第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日（2）探棒和前級放大器：安裝樣品和溫度計，插入低溫杜瓦實現(xiàn)變溫．（1）低溫液氮杜瓦：盛放液氮的容器（3）測量儀主機：測量：U樣品，I0，U溫度計二、實驗儀器FD-TX-RT-II高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度測定儀第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日1.探棒及樣品架1、樣品室外壁和內(nèi)部樣品架均由紫銅塊加工而成，通過紫銅塊外壁與液氮的熱接觸，將冷量傳到內(nèi)部紫銅塊樣品架中。2、超導(dǎo)樣品為常規(guī)的四引線接頭方式，其電流、電壓引線分別連接到樣品架的相應(yīng)接頭上。3、樣品架的溫度由裝于其塊體內(nèi)的鉑電阻溫度計測定。第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日樣品電壓：放大1000倍可調(diào)溫度計電流:1.00mA固定溫度計電壓：放大40倍樣品電流：1.5～33mA可調(diào)2.測量儀主機部分第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日3.

測量儀連線示意圖低溫液氮杜瓦

實驗探棒和前級放大器測量儀主機第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日

R樣品

TU樣品=I0RU樣品，I0U溫度計查表計算R-T曲線測試流程第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日三、實驗步驟1、連接電路：將放大器上的航空頭分別接到主機上對應(yīng)的航空插座上。2、記錄數(shù)據(jù)：開啟電源，設(shè)置樣品電流10mA，打開軟件自動采集R-T數(shù)據(jù)，并手動記錄主機面板上溫度計電壓和樣品電壓。3、插入探棒：降溫（室溫-液氮77K）探棒插入液氮深度影響溫度變化速度，注意深度。取出探棒時即為升溫過程。4、處理數(shù)據(jù)：求樣品的阻值Ｒ和對應(yīng)的樣品溫度Ｔ。做Ｒ－Ｔ曲線，并確定超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc△Tc

。第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日FD-RT-II超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度測試軟件第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日樣品Ｒ－Ｔ曲線圖：四、結(jié)果分析Tc(onset)開始偏離正常態(tài)溫度Tc(mid)中點溫度，超導(dǎo)體臨界溫度Tc0零電阻溫度超導(dǎo)體從正常轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的轉(zhuǎn)變曲線第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日所制得的樣品具有超導(dǎo)性，樣品較穩(wěn)定、性征明顯超導(dǎo)零電阻溫度Tc為90.5K；YBa2Cu3O7-δ的R-T曲線第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日所制得的樣品具有超導(dǎo)性，樣品較穩(wěn)定、性征明顯超導(dǎo)零電阻溫度Tc為84.5K；YBa1Sr1Cu3O7-δ的R-T曲線

第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日樣品明顯失超，降溫與升溫曲線呈現(xiàn)非金屬性且不重合。初步認為樣品質(zhì)量存在問題。YBa1.8Sr0.2Cu3O7-δ的R-T曲線

第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日試圖觀察紫外線能否改變其超導(dǎo)性能。但效果不顯著，未能進行對比實驗。紫外線照射后YBCO的R-T曲線第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期日FD-TX-RT-Ⅱ軟件的校準在操作中發(fā)現(xiàn)，溫度降到最低點時，軟件采集點顯示69.19K，而液氮溫度為77K。校準：記錄紙上采集點位置所占方格數(shù)乘以3.91，再查表即可得溫度的數(shù)值。將標準樣品進行測量并用該方法校準，驗證了軟件確實存在誤差，校準方法是