文档介绍：材料科学与工程导论
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第四章功能材料
本章主要内容:
超导材料超导材料
纳米材料纳米材料
能源材料能源材料
热电材料热电材料
生物医学材料生物医学材料
功能陶瓷材料功能陶瓷材料
功能高分子材料功能高分子材料
功能材料概述
什么是“功能材料”?
功能材料:具有某种优良的电学、磁学、
热学、声学、光学、化学和生物学功能及
其相互转化的功能,被用于非结构目的高
技术材料。
功能材料概述
功能材料:
¾超导材料
¾纳米材料
¾能源材料
¾热电材料
¾生物医学材料
¾功能陶瓷材料
¾功能高分子材料
¾ ……
功能材料超导材料
什么是“超导现象”、“超导材料”?
超导现象 1911年荷兰低温物理学家H. K.
Onnes发现有些物质从特定的温
度开始会转变为完全没有电阻的
状态,这就是所谓的超导现象。
超导材料:在一定温度以下,材料
超导材料电阻为零,物体内部失去磁通成为
完全抗磁性的物质。这一特定温度
称为转变温度、或临界温度Tc。
功能材料超导材料
年代现象与成果
超 1911年荷兰人Onnes发现了超导现象
导发现超导的正常-超导转变是相变;发现超导
1931年
现具有完全抗磁性
提出电子间通过声子相互作用作为超导电性的
象 1950年
发微观机制
提出超导态中的电子是两两束缚在一起,不是
现 1956年
普通的自由电子
与
超 1957年超导微观理论发表
导 1962年从理论上预言了超导体隧道效应
理
高温超导体的发现。超导陶瓷材料,转变温度
年
论 1986 在30K以上。
发
展 1993年 Hg-Ba-Ca-Cu-O氧化物体系超导材料,转变
温度已达130K以上
功能材料超导材料
超零电阻效应
导
材物质在一特定的温度下没有电阻。零电阻是
料超导体的基本特征之一,称为零电阻效应。
的
两
个迈斯纳效应
基
本超导态的物质完全排斥磁场,即磁力线不能
特进入超导体内部。这一特征称为完全抗磁性
征或迈斯纳效应。
超导磁悬浮的物理基础
功能材料超导材料
超临界温度
具有超导现象的材料称为超导材料,这一
导
特定温度称为转变温度、或临界温度。
材 Tc
料
的临界磁场
临温度低于Tc时,当磁场值超过某一临界值
界 Hc时,材料就从超导态转变为正常态,
参 Hc就称为临界磁场。
数临界电流密度
当电流密度J超过某一值Jc时,超导体出
现电阻现象,Jc就称为临界电流密度。
功能材料超导材料
超强电超导材料可承受大电流和强磁场
导
材
Nb Sn为代表。
料 3
情况下可达到104A/cm2的电流密度。
分
类
: 超导电子材料利用约瑟夫结效应,仅
涉及小电流和弱磁场
应
用
范一种弱电应用的超导材料。多数是将超导体
围做成薄膜,再加工成元器件。如铅膜-氧化
铅膜-铅膜做成的S-I-S型约瑟夫森结。
功能材料超导材料
超
合金
导元素化合物氧化物
超导体超导体超导体
材超导体
料
分
Ti,V,Zr, Nb-Zr系 Nb Ge La CuO
类 3 2 3
, , 系
Nb Mo Nb-Ti V3Ga YBa2Cu2O
: Ta,W,Re Nb-Zr-Ti系
Nb3Al Bi-Sr-Cu-O
化 Bi,Al,Sn Nb-Ti-Ta系
Nb3(AlGe) Ta-Ba-Ca-
,
学 Cd Pb ………… Cu-O
……
组……
成