【正文】 。 ? 超導體的應用 ? 目前 ， 超導材料已開始用于一些儀器設備上 ， 作為低功耗的強磁體器件 ， 如醫(yī)療用磁共振圖象儀等 。非理想第 II類超導體的晶體結(jié)構(gòu)存在缺陷，并且存在磁通釘扎中心，其體內(nèi)的磁通線排列不均勻，體內(nèi)各處的渦旋電流不能完全抵消，出現(xiàn)體內(nèi)電流，從而具有高臨界電流密度。 第 II類超導體和第 I類超導體的區(qū)別主要在于： 1)第 II類超導體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢B(tài)時有一個中間態(tài) （ 混合態(tài) ） 2)第 II類超導體的混合態(tài)中有磁通線存在 ， 而第 I類超導體沒有； 3)第 II類超導體比第 I類超導體有更 第 II類超導體根據(jù)其是否具有磁通釘扎中心而分為理想第 II類超導體和非理想第 II類超導體。第 I類超導體由于其臨界電流密度和臨界磁場較低，因而沒有很好的實用價值。 第 I類超導體 第 I類超導體主要包括一些在常溫下具有良好導電性的純金屬，如鋁、鋅、鎵、鎘、錫、銦等，該類超導體的溶點較低、質(zhì)地較軟，亦被稱作 “ 軟超導體 ” 。 以上三個參數(shù)彼此關(guān)聯(lián) ， 其相互關(guān)系如右圖所示 。 ?臨界電流密度 （ JC） —— 通過超導體的電流密度必須小于某一臨界電流密度才能保持超導體的超導性 。 邁斯納效應與零電阻現(xiàn)象是超導體的兩個基本特性 ， 它們既互相獨立 ， 又密切聯(lián)系 。 ? ? ? 補充 超導特性 (1)完全抗磁性 當超導體冷卻到臨界溫度以下而轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢B(tài)后 ， 只要周圍的外加磁場沒有強到破壞超導性的程度 ， 超導體就會把穿透到體內(nèi)的磁力線完全排斥出體外 ， 在超導體內(nèi)永遠保持磁感應強度為零 。 ? 約瑟夫遜效應（ Josephson effect） ? ? 超導體： 是在液氦甚至液氮的低溫下，具有零阻導電現(xiàn)象的物質(zhì)。 這是一種固體材料內(nèi)特有的電子現(xiàn)象 。 由于多數(shù)載流子要擴散到冷端，產(chǎn)生△ V/△ T，結(jié)果就產(chǎn)生了溫差電動勢 西貝克效應 。 ? 西貝克效應 ? ? 半導體兩端有溫差時，高溫區(qū)電子易激發(fā)到導帶中去，熱電子則趨于擴散到較冷的區(qū)域中去。 ? ? ?（ 2）半導體表面吸附氣體時電導率的變化 ? ? 半導體表面吸附氣體時 ， 半導體和吸附氣體分子 （ 或氣體分子分解后形成的基團 ） 之間由于電子的轉(zhuǎn)移 （ 即使電子的轉(zhuǎn)移不那么顯著 ） 產(chǎn)生電荷的偏離 。這些表面能級將作為施主或受主和半導體內(nèi)部產(chǎn)生電子授受關(guān)系。利用表面電導率變化的信號來檢測各種氣體的存在和濃度。 ? (2) PTC效應 (Positive Temperature Coefficient) ? ? （ 1） PTC現(xiàn)象：在材料的相變點（居里點）附近，電阻率隨溫度上升發(fā)生突變，增大了 34個數(shù)量級。為簡化起見，設陶瓷界面的影響和局部電場的變化等因素可以忽略，則總電導率為： ? nBBnGGnT VV ??? ??G?B?晶粒電導率 晶界的電導率 GVBV晶粒的體積分數(shù) 晶界的體積分數(shù) ? 當 n=1時，相當于圖 432(a)的串聯(lián)狀態(tài)； ? 當 n=1時，相當于圖 432(b)的并聯(lián)狀態(tài)； ? 當 n→0 ，對于晶粒均勻分散在晶界中的情況，相當于圖 432(c)的混合狀態(tài)。其主要原因是離子在電極附近發(fā)生的氧化還原過程。 ? ? （ b） 空間電荷 :當施加電場時 ， 正 、 負離子分別向負 、 正極移動 ， 引起介質(zhì)內(nèi)各點離子密度變化 ，并保持在高勢壘狀態(tài) 。 隨時間變化的這部分電流稱為吸收電流 ， 最后恒定的電流稱為漏導電流 ， 這種現(xiàn)象稱為 電流吸收現(xiàn)象 。 ? 次級現(xiàn)象 ? ? (1) 空間電荷效應 ? （ a） 吸收現(xiàn)象： 在測量陶瓷電阻時 ， 經(jīng)?？梢园l(fā)現(xiàn) ， 加上直流電壓后 ， 電阻需要經(jīng)過一定的時間才能穩(wěn)定 。 ?材料的電導在很大程度上決定于電子電導 。由于晶界包圍晶粒 ， 所以整個材料有很高的直流電阻 。 除了薄膜及超細顆粒外 ， 晶界的散射效應比晶格小得多 （ 這與離子及電子運動的自由程有關(guān) ） 。 對于多價型陽離子的固溶體 ， 當非金屬原子過剩 ， 形成空穴半導體；當金屬原子過剩時 ， 形成電子半導體 。 此時 ， 雜質(zhì)與缺陷為影響導電性的主要內(nèi)在因素 。實際材料中，作絕緣用的電瓷含有大量堿金屬氧化物，因而電導率較大，剛玉瓷 (Al2O3)含玻璃相較少，電導率就小。含玻璃相的陶瓷的電導很大程度上決定于玻璃相。 ? 微晶相、玻璃相電導較高。 ? ? 半導體玻璃作為新型材料非常引人注目： ? （ 1）金屬氧化物玻璃（ SiO2等）； ? （ 2）硫?qū)倩锊ＡВ?S,Se,Te等與金屬的化合物）； ? （ 3） Ge,Si,Se等元素非晶態(tài)半導體。 ?無機材料中的玻璃相，往往也含有復雜的組成，一般，玻璃相的電導率比晶體相高，因此， 對介質(zhì)材料應盡量減少玻璃相的電導。 (3)壓堿效應 ? 含堿玻璃中加入二價金屬氧化物，尤其是重金屬氧化物，可使玻璃電導率降低，這是因為二價離子與玻璃體中氧離子結(jié)合比較牢固，能嵌入玻璃網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，以致堵住了離子的遷移通道，使堿金屬離子移動困難， 從而減小了玻璃的電導率。 ? (a)堿金屬含量不大時， σ與堿金屬含量呈直線關(guān)系，堿金屬只增加離子數(shù)目；但堿金屬含量超過一定限度時， σ與堿金屬含量呈指數(shù)關(guān)系，這是因為堿金屬含量的的增加破壞了玻璃的網(wǎng)絡，而使玻璃結(jié)構(gòu)更加松散，因而活化能降低， 導電率指數(shù)式上升。 大多數(shù)固體材料為多晶多相材料，其顯微結(jié)構(gòu)往往較為復雜，由晶粒、玻璃相、氣孔等組成。玻璃體的結(jié)構(gòu)比晶體疏松，堿金屬離子能夠穿過大于其原子大小的距離而遷移，同時克服一些位壘。 ? ?pp ??? ??? 10? 冷加工和缺陷對電阻率的影響 圖 421 冷加工變形鐵的電阻在退火時的變化 1ε=%； 2ε=%； 3ε=%； 4ε=80%； 5ε=44% 圖 420 變形量對金屬電阻的影響 ? 電阻率的各向異性 ? ? ? 一般在立方系晶體中金屬的電阻率表現(xiàn)為各向同性，但在對稱性較差的六方晶系、四方晶系、斜方晶系和菱面體中，導電性表現(xiàn)為各向異性。最后再根據(jù)能帶理論，推導出電導率的表達式為 : vmlne 2??vmlen Fef??2?? 電阻率與溫度的關(guān)系 圖 416 低溫下雜質(zhì)、晶體缺陷對金屬電阻的影響 1 理想金屬晶體 ρ=ρ(T) 2 – 含有雜質(zhì)金屬 ρ=ρ0+ρ(T