【正文】 立的簡諧振動的疊加。而每一種頻率的簡諧振動的能量都是量子化的，其能量量子稱為聲子。 電子 聲子相互作用 ：把聲子看成一種準(zhǔn)粒子，它像真實粒子一樣和電子發(fā)生作用，通常把電子與晶格點陣的相互作用叫 電子 聲子相互作用 。 產(chǎn)生一個聲子 ： 當(dāng)一個電子通過相互作用，把能量、動量轉(zhuǎn)移給晶格點陣，激起它某個頻率的簡諧振動，叫 產(chǎn)生一個聲子 。 吸收一個聲子： 電子通過相互作用，從震動著的晶格點陣獲得能量和動量，同時減弱晶格點陣某個頻率的簡諧振動，叫 吸收一個聲子 。 （ 2） BCS超導(dǎo)微觀圖象 BCS理論 —— 、 、 位物理學(xué)家提出的電子 聲子弱耦合理論。 庫柏電子對 —— 電子在晶格中運動，它對周圍正離子有吸引作用，從而造成局部正離子的相對集中，導(dǎo)致對另外電子的吸引作用。在一定條件下這種吸引有可能超過電子之間的庫侖排斥力，從而表現(xiàn)為凈的相互吸引作用。這樣兩個電子叫 庫柏電子對 。 具體內(nèi)容 —— 在臨界點以下，在構(gòu)成超導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)的原子振動的幫助下，電子形成庫柏對。這些配對電子彼此無相互排斥現(xiàn)象，而是成對地運動。庫柏對在超導(dǎo)體的晶格中穿行時沒有任何阻力。 BCS超導(dǎo)微觀圖象 —— 在絕對零度下，超導(dǎo)基態(tài)的費密分布與正常金屬基態(tài)的費密分布不同。在費密面附近，動量略高或略底于 PF的電子都有可能形成庫柏對，這樣比費密球分布能量更底。也就是說：超導(dǎo)基態(tài)具有模糊的費密球面，而正常金屬基態(tài)具有清晰、明確的費密面 。 超導(dǎo)體晶體費密球內(nèi)部深處（低能）電子與正常態(tài)中一樣，費密面附近的庫柏電子對可理解為凝聚的超導(dǎo)電子。隨溫度的升高，庫柏對越來越少，到達(dá)臨界溫度時，庫柏對全部拆散成正常電子。 低溫超導(dǎo)材料 目前已發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)材料有上千種。大部分金屬元素都具有超導(dǎo)性，在采用了新技術(shù)（高壓、低溫沉積成膜、極快速冷卻）后，以前不能變成超導(dǎo)的半導(dǎo)體和金屬已在一定條件下實現(xiàn)了超導(dǎo)。 （ 1）元素超導(dǎo)體： 目前已發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)元素 28種（常壓下）。其中過渡族元素 18種： Ti、 V、 Zr、 Nb、 Mo、鉭 Ta、 W、Re等；非過渡元素 10種： Bi、 Al、 Sn、 Cd、 Pb等。 按臨界溫度排列： Nb首位， ；锝 Tc（人造元素）， ； Pb， ； La， ； V，；鉭 Ta， ； Hg， ；以下依次為： Sn、In、 Tl鉈、 Al。研究發(fā)現(xiàn)：在 30萬大氣壓下，超導(dǎo)元素的 Tc可達(dá) 13K。 元素超導(dǎo)體除 V、 Nb、鉭 Ta以外均屬第一類超導(dǎo)，很難實用化。 （ 2）合金超導(dǎo)體 ： 1965年前 —— NbZr合金； 70年代 —— NbTi合金；在此基礎(chǔ)上發(fā)展了 Nb40Zr10Ti、 NbTiTa等合金。 （ 3） 化合物超導(dǎo)材料 與合金超導(dǎo)相比， Tc和 Hc都較高， 1986年 Nb3Ge的 Tc=（最高）?；衔锍瑢?dǎo)按其晶格可分為：B1型（ NaCl型）、 A15型、 C15型、菱面晶型。其中A15型 Tc最高，最受重視，如： Nb3Sn， 18K； V3Si，17K； Nb3Ge， ，但實際只有 Nb3Sn、 V3Ga兩種使用。 超導(dǎo)化合物的加工方法 —— 化學(xué)蒸鍍法、表面擴散法、復(fù)合加工法、熔體急冷法、激光和電子束輻照法等。 復(fù)合法加工示例（見下頁圖） 目前能夠?qū)嵱玫?NbTi合金、 VGa所產(chǎn)生的磁場 20T。其它材料，如： Nb3Al和 Nb3（ AlGe）的 Tc和 Hc均較高，但加工方法有所不同，近年來日本采用激光和電子束輻照技術(shù)，取得進(jìn)展。如： Nb3（ AlGe） 在 ，25T的磁場下，臨界電流密度達(dá)到3ⅹ 104A/cm2 。 1911年 1986年，經(jīng)過75年的奮斗， Tc提高了19K，有理論家預(yù)言 Tc不會超過 40K。 高溫氧化物超導(dǎo) 1986年瑞士國際商用機器公司 （ IBM）發(fā)現(xiàn) BaLaCuO氧化物體系（簡稱 BLCO）Tc=30K； 中國科學(xué)院 首次公布 BaYCuO體系臨界溫度 Tc=93K??； 中國科技大學(xué) 研制的 Bi， Pb， Sb， Sr， Ca，Cu和 O的超導(dǎo)體， Tc=132K，被認(rèn)為是目前世界上臨界溫度最高的超導(dǎo)體。 氧化物超導(dǎo)體的工藝 簡單、不需大量專用設(shè)備 —— 如：以 YBCO為例： 研磨（瑪瑙研缽） 壓制 置于剛玉坩堝 煅燒（純氧的管式爐） 黑色超導(dǎo)材料， Tc=8591K。 影響 Tc的因素 —— （ 1）再次破碎 壓制 煅燒，則效果更好；（ 2）溫度、時間；（ 3）氣氛：氧氣優(yōu)于空氣、氬氣、氮氣和真空，流動的氧氣優(yōu)于靜止的氧氣；（ 4） 在一定的范圍內(nèi)配比對 Tc的影響不大。 MxC60超導(dǎo)體 （ P305） 超導(dǎo)材料的應(yīng)用 （ 1）在能量的傳輸和儲存方面； 通常使用的銅線，其傳輸損耗為 3%15%，超導(dǎo)線則無損耗。超導(dǎo)線圈可減少發(fā)電機能量損失的 80%！ 美國費米實驗室用了 1000多個超導(dǎo)磁體，每年液氦費用高達(dá) 500萬美圓，但節(jié)省電力18500萬美圓！美國 1990年建成周長為 83km的超級質(zhì)子對撞機使用 10000個超導(dǎo)磁體，每年節(jié)約 6億美圓。 （ 2）磁懸浮列車； 日本 1979研制成功了時速 517km的超導(dǎo)磁懸浮試驗列車； 1990年德國高速超導(dǎo)磁懸浮列車正式投入運營，在實用化方面居世界領(lǐng)先；日本 1991年又研制出了水陸兩棲磁浮列車，已完成模擬實驗。 （ 4）在電子器件方面； 電子設(shè)備（包含計算機）要工作的更快、體積更小、功能更多，關(guān)鍵技術(shù)是設(shè)法把許多電路集中制作在一塊微型芯片上。但電路安排越緊密，工作時散熱問題就越嚴(yán)重！ 超導(dǎo)材料是解決問題的出路。 1987年美國的 IBM公司和斯坦福大學(xué)以氧化物超導(dǎo)材料制成實驗性電路，但因氧化物超導(dǎo)難以制成柔軟的導(dǎo)線，故離實用還有距離。 （ 5）超導(dǎo)發(fā)電機和電動機： 超導(dǎo)電機的優(yōu)點是小型、輕量、輸出功率高、損耗小。用超導(dǎo)線圈磁感應(yīng)強度可提高 510倍。一般常規(guī)電機的允許電流密度為 102103A/cm2，超導(dǎo)線圈可達(dá)到 104A/cm2以上，輸出功率可大大增加?；蛲瑯虞敵龉β实那闆r下，電機重量可大大減輕。 （ 6）超導(dǎo)變壓器： 超導(dǎo)變壓器可大大降低磁損耗、縮小體積、減輕重量。日本已研制成功了 500kV A的超導(dǎo)變壓器，美國為模擬全尺寸的 30MV A的高溫超導(dǎo)變壓器而研制了 1 MV A的高溫超導(dǎo)變壓器。 （ 7）超導(dǎo)磁流體發(fā)電： 磁流發(fā)電機是靠燃燒產(chǎn)生的高溫等離子氣體通過磁場而產(chǎn)生電流的，普通磁體不僅磁場大小受限制，而且勵磁損耗大。超導(dǎo)磁體可產(chǎn)生很大磁場，而且勵磁損耗小，體積、重量也可以大大減小。 日本制造的磁流體發(fā)電超導(dǎo)磁體產(chǎn)生磁場 4。 5T，儲能 60MJ，發(fā)電 500KW，目前已經(jīng)工作，磁流體 蒸汽聯(lián)合電站正在進(jìn)行試驗。 （ 8）超導(dǎo)受控核反應(yīng)堆： 受控核反應(yīng)的實現(xiàn)，將從根本上解決人類的能源危機。其關(guān)鍵技術(shù)之一就是建立大體積、高強度的大型磁場（磁感應(yīng)強度約為 105T），儲能達(dá)到 4ⅹ 1010J，只有超導(dǎo)磁體才能滿足要求。 （ 9）在儀器、傳感器、和醫(yī)學(xué)診斷方面： 超導(dǎo)磁體是磁共振成像儀的關(guān)鍵部件，用于醫(yī)療診斷，病人無須受到 X射線的或其他射線的輻射而獲得人體內(nèi)部器官的清晰圖象！ （ 10）在宇航和空間探索方面： 可作為良好的磁屏蔽；也可作為天線；還可利用超導(dǎo)材料在航天飛機上做微重力實驗。 （ 11）在軍事方面： 可制作大功率磁炮，用于擊毀入侵導(dǎo)彈，在大幅度降低成本后渴望真正投入使用。 （ 12）在基礎(chǔ)科學(xué)方面。 同樣體積的粒子加速器在特強磁場下具有更高的能量，有可能找到新的粒子。 光導(dǎo)纖維的定義： 光導(dǎo)纖維是光纖通訊的傳輸介質(zhì)，也就是用于傳遞光束或圖像等信息的具有特殊光學(xué)性能的纖維，簡稱光纖。 光纖的結(jié)構(gòu)與導(dǎo)光原理： ： 纖維芯（纖芯） 纖維包皮（纖皮） 光導(dǎo)纖維 原理： （ 1）電磁理論 （ 2）幾何光學(xué) 光束從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，在一定條件下，就會產(chǎn)生內(nèi)部全反射 θ =θ” ， n1sinθ =n2sinθ ’ 形成全反射的條件： （ 1）纖芯 n1纖皮 n2 （ 2）入射角 θ 臨界角θ c 如果 n1n2,則θ ’ θ 光損耗 ： （ 1）固有損耗： 瑞利散射 （短波部分） —— 是由于保持熱平衡的光波長數(shù)量級不同而引起的折射率起伏引起的。 紫外吸收 （短波部分） —— 電子在能帶間躍遷引起的。 紅外吸收 （長波部分） —— 由組成離子的共振引起的。 （ 2）外因性損耗： 玻璃內(nèi)部不均勻性 —— 散射性損耗 （ 如：條紋、氣泡、分相、結(jié)石或其它夾雜物） 過渡金屬離子、羥基的存在 —— 吸收損耗 （ 如：羥基在 、 、 ） 光纖的種類及特點 : (1) 石英光纖： 組成： 以 SiO2為主，添加少量的 GeOP2O5及 F以控制光纖的折射率。 特點： 資源豐富、化學(xué)性能及其穩(wěn)定、膨脹系數(shù)小、容易在高溫下加工、光纖性能不隨溫度而改變。 （ 2）多元氧化物光纖： 組成： Na2OCaOSiO Na2OB2O3SiO2等。 特點： 價格便宜、制造工藝和設(shè)備簡單，但性能比石英光纖差的多。 （ 3）非氧化物光纖： 由重離子組成，熔點較低、離子間結(jié)合利、力很弱，對紅外線吸收造成材料的固有損耗。 氟化物玻璃 —— 組成 ： ZrF4BaF2LaF3（ GdF3）加入 NaF、 CsF、 AlFPbF2等。 特點 ：與氧化物相比，氟化物玻璃穩(wěn)定性較差，有析晶的傾向。 鹵化物玻璃 —— 組成 ： ZnCl KClBiCl ZnBr2等。 特點 ： 在化學(xué)穩(wěn)定性、耐潮解性等方面尚存在問題。 硫化物玻璃 —— 組成 ： AsS、 ASSe等系統(tǒng)，如： As42S5 As38Ge5Se57 （ a）管棒法 （ b）雙坩堝法 光纖制造方法： (p314圖 ) 石英玻璃纖維制造法： 改進(jìn)的化學(xué)沉積法（ MCVD ）： 氣相外延沉積法（ OVD）： 氣相軸向沉積法（ VAD)： 母體材料制好后，在石墨電阻爐內(nèi)加熱至 2100℃ 后軟化，由拔絲裝置拔絲，可形成 125?m的光纖。包覆厚度約為 160 ?m的氨基甲酸乙酯和硅樹脂包覆層。 STEP1：制備高純石英玻璃 化學(xué)氣相沉積法（ CVD） 載體：高純石英管 氫氧焰加熱 蒸汽（ SiCl4+BBr3） +O2 B2O3SiO2玻璃 沉積 纖皮玻璃 氫氧焰加熱 1450℃ 蒸汽（ SiCl4+POCl3） +O2 P2O5SiO2玻璃 纖芯玻璃 摻磷石英玻璃棒 STEP2:高溫拉絲 摻磷石英棒 1900℃ 高頻感應(yīng)爐、石墨電阻爐、CO2激光器 拉絲 150um光纖 涂覆 35um環(huán)氧樹脂或透明硅樹脂保護(hù)膜 涂塑處理 應(yīng)用型光纖