铜氧化物

化合物

顾名思义,即Cu与O2反应来的,尽管铜与 氧气 在常温下反应不明显,但在高温下可以反应

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铜氧化物 一般出现在在 高温超导 语境下,主要指的是 钇钡铜氧 ,或称 铜氧化物、YBCO,是 化学式 为YBa2Cu3O7-x的化合物。它是著名的高温 超导体 ,属于 第二类超导体 ,并且是第一个制得转变温度在 液氮 沸点 以上的材料。

历史

在1911年发现 超导 性后的第75年,在 苏黎世 IBM 工作的 约翰内斯·贝德诺尔茨 和 卡尔·米勒 发现特定的半导体 氧化物 可以在低于35K的温度下显示出超导性,特别是 钡铜氧化物,一种缺氧 钙钛矿 型的潜在材料。

在此基础上,1987年,亨 茨 维尔亚拉巴马大学的 吴茂昆 及其研究生(Ashburn和Torng),与 休斯顿大学 的 朱经武 和他的学生共同发现了 钇钡铜氧 ,也因此引发了对新 高温超导 材料的研究热潮。

YBCO是首个 超导 温度在77K以上的材料,也就是说它的转变温度高于 液氮 的 沸点 ,用相对便宜的液氮就可以冷却。之前发现的 超导体 都必须用 液氦 或 液氢 冷却(Tb=20.28K)。

应用

高温超导体有很多实际中的应用,例如可用作 核磁共振成像 、磁悬浮设施以及 布赖恩·约瑟夫森 结中的磁体。

主要有两个问题限制了YBCO在超导方面的应用:

第一,YBCO 单晶 有很高的临界 电流密度 ,至于多晶则很低(保持超导态时仅能通过很小的电流)。这是由材料的 晶粒 界面造成:当晶界角大于约5°时, 超导 电流就无法越过界面。这个问题可由通过 化学气相沉积 制备薄膜或调准晶界得到改善。

第二,此类的 氧化物 材料很脆,以传统方法制成线状并不能很好地保留其超导性质。

另外,很多情况下大规模冷却物体至 液氮 的温度并不十分实际。