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1、稀土在超導陶瓷中的應用扌商要：稀土元索被譽為新世紀最具冇發(fā)展前景的新材料，因其在電、光、磁等方面具有獨特性質，故在功能材料領域獲得了廣泛的關注。而超導現(xiàn)象是電了系統(tǒng)在凝聚態(tài)物質中發(fā)生量子凝聚以后的現(xiàn)象，表現(xiàn)出很多優(yōu)異的物理化學性質，超導可以在能源、交通、環(huán)境等方面有許多應用。木文將介紹結合當而兩項研究，介紹稀土超導材料的研究及其應用進展。關鍵詞：稀土；超導；功能陶瓷引言稀土有“工業(yè)維生索”的美稱?，F(xiàn)如今已成為極其重要的戰(zhàn)略資源。稀土元索氧化物是指元素周期表中原了序數(shù)為57到71的15種御系元素氧化物，以及與銅系元素化學性質相似的銃（Sc）和就（Y）共17種元索的氧
2、化物。稀土元索在石油、化工、冶金、紡織、陶瓷、玻璃、永磁材料等領域都得到了廣泛的應用，隨著科技的進步和應用技術的不斷突破，稀土氧化物的價值將越來越大。稀土元素獨特的物理化學性質，決定了它們具有極為廣泛的用途。稀土元素貝?有獨特的4f電子結構，大的原子磁距，很強的自旋軌道耦合等特性，與其它元索形成稀土配合物時，配位數(shù)可在3~12Z間變化，并且稀土化合物的晶體結構也是多樣化的山。超導體的使用環(huán)境為其臨界溫度之下。高溫超導體一般界定為臨界溫度超過40K的超導體，因為通常的電了■聲了機制卜?超導臨界溫度的上限是40K左右，即所謂麥克米蘭極限。因此，臨界溫度突破40K的超導
3、體的發(fā)現(xiàn)是極其重要的⑵。為此尋找高溫超導材料成為科技界多年來追逐的主要目標，其中稀土元素□然也成為尋找的對象?？諝庵杏胸S富的氮氣資源，人們可以生產最廉價的低溫冷介質，即液氮，其沸點溫度為77.3K（約為-196°C）o因此發(fā)現(xiàn)臨界溫度高于77.3K的超導體具有重要意義。1超導材料的發(fā)展超導是指材料在滿足臨界溫度(Tc)、臨界電流(Ic)和臨界磁場(He)的條件卜?失去電阻的性質，具有超導性質的材料稱Z為超導體。超導的發(fā)現(xiàn)，與低溫的獲得密切相關。傳統(tǒng)的低溫環(huán)境主耍依靠液化氣體來實現(xiàn)，比如液氫的沸點是20Ko1908年，荷蘭萊頓實驗室的卡麥琳?翁奈斯(Karmcrli
4、nghOnnes)等將氨氣成功液化，并獲得液氨的沸點為4.2Ko通過液氨進一步節(jié)流膨脹技術可以獲得低至1.5K的低溫環(huán)境。隨后，翁奈斯等人在測量金屬汞在低溫下的電阻時，發(fā)現(xiàn)當溫度降至4.2K以下時，汞的電阻突然下降到儀器測量不到的最小值，基木可認為是零電阻態(tài)。第一個超導體——金屬汞就此被發(fā)現(xiàn)，其臨界溫度Tc為4.2Ko原則上說，如果把高純金屬認為是理想導體，也可以具有零電阻態(tài),但超導體與單純零電阻態(tài)的理想導體有本質區(qū)別，具有更多的奇特性質，比如，完全抗磁性⑶。1933年，德國物理學家邊斯納(W.Meissner)和奧森菲爾德(R.Ochsenfeld)發(fā)現(xiàn)超導體內
5、部磁感應強度為零，即具有完全抗磁性，超導態(tài)下磁化率為?1,這成為判斷超導體的另一個重要特征指標。超導現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)Z后，人們又陸續(xù)研究了其他金屬和合金是否在低溫下具有超導性。人們發(fā)現(xiàn)原來超導現(xiàn)象在大部分金屬中都存在，一些材料在常壓和低溫下即可超導，還有的需要在高壓和低溫下才有超導電性。在兀素周期表小，除了一些磁性金屈如Mn、Co、Ni,堿金屬如Na、K、Rb,部分磁性稀土元素，惰性氣體和重元素等尚未觀測到超導電性外，其他常見金屬甚至非金屬元素都可以實現(xiàn)超導。金屬和合金以及簡單金屬化合物的超導臨界溫度都很低，到1986年為止，人們發(fā)現(xiàn)Tc最高的化合物是Nb3Ge,Tc=2
6、3.2Ko這意味著實現(xiàn)超導態(tài)需要依賴非常昂貴的液氨來維持低溫環(huán)境，極大地制約了超導研究和超導應用。當時一些理論指出，基于電聲了相互作用機制的超導臨界溫度可能存在一個極限，即超導臨界溫度的最高值Tc約為4()KoNb-TiMgB2Hg?Ba?Ca?Cu?O（加壓）?Hg-Ba-Ca-Cu-0.Ti-Ba-Ca-Cu-0?Bi.SrYHaCuO?Bi2Sr:Ca2Cu3Ox16012080400液筑沸點?-二液金沸點辿。憂N%Nd?La-Fe-As-O-FLa-Ba-Cu-OvSiNb-Gc-厶.La-Fc-P-ONb-SnNb-Ai-GeoN^c°-°
7、I附嚴儼CfeC蹴卜G191019301950197019902010年份圖1.各種超導體的發(fā)現(xiàn)時間及Tc然而，人們從未放棄尋找更高Tc超導材料的希Mo1986年，位于瑞士蘇黎世的IBM公司的柏諾茲（J.Bednorz）和繆勒（K.Muller）獨辟蹊徑，他們沒有從常見的金屬合金體系中去尋找更高轉變溫度的超導體，而是選擇在一般認為導電性不好的陶瓷材料中去探索超導電性。結杲他們在La-Ba-Cu-O體系中首次發(fā)現(xiàn)了可能存在超導電性，其Tc高35Ko這一發(fā)現(xiàn)引發(fā)了世界范圍高溫超導研究的熱潮⑷。1987年2月，美國休斯頓大學的朱經(jīng)武、吳茂昆研究組和中國科學院物理研究所的
8、趙忠賢研究
