——高溫超導(dǎo)材料的分類及性能影響因素分析高溫超導(dǎo)自發(fā)現(xiàn)以來，在國內(nèi)外掀起了一場(chǎng)前所未有的“超導(dǎo)熱”，高溫超導(dǎo)材料是具有高臨界轉(zhuǎn)變溫度的超導(dǎo)材料，可以在液氨條件下工作，高溫超導(dǎo)材料不僅需要極高的轉(zhuǎn)化溫度，而且需要銅氧化物，但含氧元素的多少需要根據(jù)實(shí)際情況而定，而所需要的氧化物中的金屬元素大多是變價(jià)金屬，因此可能被部分其他金屬所取代，但仍然具有超導(dǎo)電性，高溫超導(dǎo)材料具有明顯的層狀二維結(jié)構(gòu)，超導(dǎo)電性具有很強(qiáng)的各向異性?？茖W(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多達(dá)100多種高溫超導(dǎo)體，La系,Bi系,Ti系,Y系,Hg系，但從實(shí)際的的應(yīng)用角度來看，目前比較熱門和實(shí)用性較高的是三類釔系（YBCO）,鉍系(BSCCO),二硼化鎂(MgB2)。1.1高溫超導(dǎo)材料的分類鉍系高溫超導(dǎo)又稱鉍鍶鈣銅氧類超導(dǎo)體，其主要的超導(dǎo)材料有三種Bi2Sr2CuO6+y,也稱（Bi-2201），Bi2Sr2CaCu2O8+yBi?2212,Bi2Sr2Ca2Cu3O10+y（Bi?2223）.最高臨界溫度達(dá)到了110K，鉍系高溫超導(dǎo)的研究也經(jīng)歷了一段時(shí)間，一開始由日本科學(xué)家用氧化鉍代替了稀土，將鋇也進(jìn)行了替換，鍶和鈣的替換讓科學(xué)家們?cè)贐SCCO中發(fā)現(xiàn)了高溫超導(dǎo)的現(xiàn)象。從固體物理角度看，鉍系高溫超導(dǎo)材料是準(zhǔn)四方晶系結(jié)構(gòu)，這三種晶體結(jié)構(gòu)有著很緊密的聯(lián)系，鉍系個(gè)其他高溫超導(dǎo)氧化物有著共同的一類結(jié)構(gòu)，CuO4層。這種特殊的層次結(jié)構(gòu)被氧化物Bi圖1.1Bi系超導(dǎo)材料的晶體結(jié)構(gòu)[[]劉曉琴.鉍鍶鈣銅氧與釔鋇銅氧復(fù)層薄膜的制備及性能研究[D].西安理工大學(xué)[]劉曉琴.鉍鍶鈣銅氧與釔鋇銅氧復(fù)層薄膜的制備及性能研究[D].西安理工大學(xué),2019(01).第二代釔系超導(dǎo)材料（YBCO）是目前研究的最深入的，第二代高溫超導(dǎo)帶材的通式為REBCO,RE代表稀土元素,如鏑(Dy)、釓(Gd)、鈥(Ho)等,以對(duì)釔鋇銅氧(YBCO)的研究最為徹透徹。1987年1月由朱經(jīng)武等人在一起發(fā)現(xiàn)的新型高溫超導(dǎo)材料釔鋇銅氧(YBCO),在液氨溫區(qū)就有著較高的臨界電流密度，使用液氮就即可冷卻,。與一代鉍系高溫超導(dǎo)帶材相比,YBCO在性能上更具優(yōu)勢(shì):（1）釔系高溫超導(dǎo)帶材的不可逆場(chǎng)在77K溫度下達(dá)到了7T，第一代鉍系高溫超導(dǎo)帶僅為0.3T,充分體現(xiàn)了釔系高溫超導(dǎo)的在不可逆領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，釔系導(dǎo)體在強(qiáng)電中的應(yīng)用也值得期待。在強(qiáng)磁場(chǎng)下具有很強(qiáng)的在載流能力，相比于銅電纜導(dǎo)電率0.017歐姆平方毫米/米，釔系高溫超導(dǎo)的導(dǎo)電性是它的150倍，電力裝置尺寸也變的小了很多，攜帶方便，使用效率也顯著提高。（3）制備的工業(yè)成本相對(duì)較低：二代釔系高溫超導(dǎo)材料的最后價(jià)格將低于10美元/kA×m。圖1.2YBCO晶體結(jié)構(gòu)示意圖[1]我國對(duì)第二代高溫超導(dǎo)材料的研究也沒有停止，2011年1月，百米級(jí)的第二代高溫超導(dǎo)在上海交通大學(xué)成功問世，同年，力鼎新材料有限公司集合中外技術(shù)專家團(tuán)隊(duì)進(jìn)行對(duì)超導(dǎo)電力裝備為主的研究。在與傳統(tǒng)的低溫超導(dǎo)和氧化物高溫超導(dǎo)的對(duì)比中，根據(jù)BCS理論的預(yù)測(cè)，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度隨著聲子頻率和電-聲耦合的變化而變化，因此高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度可以在原子質(zhì)量比較輕的元素中發(fā)現(xiàn)。在MgB2超導(dǎo)材料中發(fā)現(xiàn)了輕元素里高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的存在，因?yàn)楦邷爻瑢?dǎo)在固體物理界掀起了研究狂潮。MgB2的晶體結(jié)構(gòu)如圖所示，是六方晶系結(jié)構(gòu)，每個(gè)單胞有三個(gè)原子，其中包括兩個(gè)硼原子和一個(gè)鎂原子，鎂原子層為三角模型結(jié)構(gòu)，兩種原子層沿著c軸交錯(cuò)。如圖為MgB2布里淵區(qū)和其中的高對(duì)稱點(diǎn)。MgB2晶界能承載較高的電流,制備成本相對(duì)較低。此外,MgB2的相干長(zhǎng)度比鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的銅氧化物超導(dǎo)體相干長(zhǎng)度大,這就說明著在MgB2中更容易引入有效磁通釘扎中心。因此,目前普遍認(rèn)為MgB2超導(dǎo)材料在1～3T磁場(chǎng)以及10～20K制冷機(jī)工作溫度下核磁共振(MRI)超導(dǎo)磁體應(yīng)用上有著顯著的技術(shù)和成本優(yōu)勢(shì),在未來也有著極高的價(jià)值。圖1.3MgB2晶體結(jié)構(gòu)示意圖[1]1.2影響高溫超導(dǎo)研究的因素磁場(chǎng)對(duì)高溫超導(dǎo)材料研究的影響。零電阻效應(yīng)和完全抗磁性效應(yīng)是超導(dǎo)的兩大基本性質(zhì)。引發(fā)高溫超導(dǎo)磁體失超的最小電流稱為高溫超導(dǎo)磁體的臨界電流。高溫超導(dǎo)磁體的磁場(chǎng)比一根超導(dǎo)帶材的磁場(chǎng)要大很多，磁場(chǎng)的方向和大小在不同位置各不相同，所以臨界電流很難用精確的數(shù)值計(jì)算出來，因此磁場(chǎng)成為了影響高溫超導(dǎo)研究的一個(gè)重要因素。薄膜表面等離子激元和增強(qiáng)透射效應(yīng)。在對(duì)MgB2等薄膜進(jìn)行遠(yuǎn)紅外光學(xué)性質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn)薄膜表面出現(xiàn)等離子體現(xiàn)象和增強(qiáng)透射現(xiàn)象。這種利用超導(dǎo)體做成的材料的增強(qiáng)透射譜受到超導(dǎo)態(tài)的影響，這種效應(yīng)將會(huì)為找到新的材料提供新的思路[[]FangXetal.Phys.Rev.Lett,2007,99.]。[]FangXetal.Phys.Rev.Lett,2007,99.量子限制效應(yīng)對(duì)超導(dǎo)薄膜性能的影響。中科院物理所科研人員利用低溫生長(zhǎng)技術(shù)，在Si底上培養(yǎng)出尺度均勻的鉛薄膜，它的厚度達(dá)到了原子級(jí)別的均勻一致性，并且對(duì)于原子層數(shù)的控制程度相對(duì)精準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)的轉(zhuǎn)變溫度與薄膜厚度有關(guān)，轉(zhuǎn)變溫度出現(xiàn)了周期性振蕩，高溫出現(xiàn)在偶數(shù)層，低溫出現(xiàn)在奇數(shù)層，這說明控制好與厚度有關(guān)的量子尺寸效應(yīng)，就會(huì)影響薄膜的超導(dǎo)性質(zhì)。超導(dǎo)體中的人工釘扎與磁通匹配效應(yīng)。當(dāng)超導(dǎo)體樣品的尺度與其相干長(zhǎng)度和超導(dǎo)穿透深度相當(dāng)時(shí)，超導(dǎo)體的性質(zhì)會(huì)變現(xiàn)出尺寸效應(yīng)[[]邱祥岡.高溫超導(dǎo)材料、物理、應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)方法研究進(jìn)展[J].物理，2008(06).]，多次改變溫度觀察導(dǎo)體的電阻與磁場(chǎng)的變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，磁通量子數(shù)與人工釘扎中心的數(shù)目成整數(shù)倍時(shí)的“匹配效應(yīng)”所產(chǎn)生的電阻極小值有很大相關(guān)性，因