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1、高温超导材料物理特性测试,1,高温超导材料物理特性测试,2,高温超导材料物理特性测试,一. 实验目的,1. 了解高临界温度超导材料的基本特性及其测试方法2. 了解金属和半导体pn结的伏安特性随温度的变化以及温差电效应3. 学习几种低温温度计的比对和使用方法，以及低温温度控制的简便方法,3,高温超导材料物理特性测试,二、实验原理,1高临界温度的超导电性,4,高温超导材料物理特性测试,2.金属电阻随温度的变化 : 在一定范围内， R（T）ATB 图 2 铂电阻的温度关系,5,高温超导材料物理特性测试,3半导体电阻以及PN结的正向电压随温度的变化,图 半导体锗的电阻温度关系 图 二极管的正向电压温度
2、关系,6,高温超导材料物理特性测试,乱真电动势,乱真电动势:低温实验中由于导线上存在温度梯度，在导线材料不均匀和不同材料连接处会产生温差电动势(Seebeck效应，Thomson效应).在直流测量中, 必须消除乱真电动势对结果的影响.本实验中用电流换向的方法, 扣除了乱真电动势.,7,高温超导材料物理特性测试,低温的产生与控制,1. 低温液体: 是低温实验中主要的冷源, 常用的是液氮和液氦液氮: 1atm下沸点约77.4K, 密度约0.8g/cm3, 无色透明. 可以用工业方法从空气液化分馏大量得到.本实验中使用了液氮作为冷源, 注意不能让液氮溅到人身上.2. 杜瓦瓶(Dewar flask)
3、: Sir James Dewar(1842-1923)发明，两层容器套叠，夹层抽真空，容器内壁镀银以反射辐射热.至今, 所有的低温液体容器仍然以杜瓦瓶的结构为基础, 通称为杜瓦容器(Dewar vessel).本实验中使用的是不锈钢广口杜瓦容器, 结构比玻璃、玻璃钢、铝的牢固, 但较重.主要漏热来源是从瓶口进入的热辐射.3. 低温的控制: 温度梯度降温法: 根据液氮Dewar容器中温度随高度下降递减, 即存在温度梯度,通过控制恒温器高度来控制恒温器所处环境温度, 从而达到控制降温速率的目的.本实验中用一个温差电偶指示液面高度, 实现了温度梯度控温.,8,高温超导材料物理特性测试,低电势的测量
4、,四引线法(four probe method):测量时从电流接点通过电流,电压引线上接电位差计或内阻很大的电压表, 就可以排除电流引线与电流接点电阻的影响.本实验中所有的标准电阻、样品、Pt电阻、Si二极管均采用四引线接法,9,高温超导材料物理特性测试,三.实验装置,( 1 ) 低温恒温器(俗称探头，其核心部件是安装有高临界温度超导体、铂电阻温度计、硅二极管温度计、铜-康铜温差电偶及25 锰铜加热器线圈的紫铜恒温块)；( 2 ) 不锈钢杜瓦容器和支架；( 3 ) PZ158型直流数字电压表(5 1/2位,1 V)；( 4 ) BW2型高温超导材料特性测试装置(俗称电源盒),10,高温超导材料
5、物理特性测试,四. 实验装置介绍,1.低温恒温器和杜瓦容器,11,高温超导材料物理特性测试,不锈钢杜瓦容器,12,高温超导材料物理特性测试,低温恒温器（紫铜恒温块，探头）,13,高温超导材料物理特性测试,低温恒温器,14,高温超导材料物理特性测试,15,高温超导材料物理特性测试,液面计调零: 本实验中的主要操作,1.恒温器刚放入时, 液面计示数(PZ158示数)应较大. 握住拉杆, 旋开固定螺母, 在观察液面计同时缓慢下移拉杆, 当液面计示数降为零时立即停止下移, 旋紧固定螺母. 注意:实际由于乱真电动势, 液面计两端都浸入液氮后示数可能仍不为零, 有一个很小的残留读数, 注意判断.2.此后实
6、验过程中, 由于液氮挥发, 液氮面下降, 液面计示数会上升, 为保证降温均匀且不太慢, 应及时将液面计调零.注意:由于PZ158电表响应较慢, 液面计读数可能滞后于拉杆位置, 而且下挡板与恒温块只有约2cm的距离,所以下移拉杆一定要慢. 在液面计示数不大时( 200V )，最好每次下移1mm, 等液面计示数较稳定后再判断是否继续下移.下挡板刚与液氮接触时液氮会剧烈沸腾, 应等液氮平静下来后再进行操作,16,高温超导材料物理特性测试,注意事项,所有测量必须在同一次降温过程中完成，应避免紫铜恒温块的温度上下波动。如果实验失败或需要补充不足的数据，必须将低温恒温器从杜瓦容器中取处并用电吹风机加热使其
7、温度接近室温，待低温恒温器温度计示值重新恢复到室温数据附近时，重做本实验，否则所得得到的数据点将有可能偏离规则曲线较远。在旋松固定螺母并下移拉杆时，一定要握紧拉杆，以免拉杆下滑，造成探头受损,17,高温超导材料物理特性测试,实验窗口,18,高温超导材料物理特性测试,实验结果,硅电压-温度特性曲线图（硅电压-温度图）（温度范围80K-108K）,19,高温超导材料物理特性测试,样品电压-温度特性曲线图（温度范围80K-108K）由108K开始启动【电流换向】，绘制出超导样品在电流正反向情况下直到超导态出现时的样品电压-温度图。,20,高温超导材料物理特性测试,时间-温度曲线,21,高温超导材料物理特性测试,实验报告,实验数据结果处理：画出超导体电阻随温度变化的曲线，并标明其起始转变温度和零电阻温度,