我国在超导陶瓷方面的研究进展论文

品 名:超导陶瓷

拼音:chao1dao3tao2ci2

英文名称：superconductivity ceramics

说明:具有超导性的陶瓷材料。其主要特性是在一定临界温度下电阻为零即所谓零阻现象。在磁场中其磁感应强度为零，即抗磁现象或称迈斯纳效应（Meissner effect）。高临界温度（90开以上）的超导陶瓷材料组成有YBa2Cu3O7-δ，Bi2Sr2Ca2Cu3O10，Tl2Ba2Ca2Cu3O10。超导陶瓷在诸如磁悬浮列车、无电阻损耗的输电线路、超导电机、超导探测器、超导天线、悬浮轴承、超导陀螺以及超导计算机等强电和弱电方面有广泛应用前景。

奇异的超导陶瓷

1973年，人们发现了超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，该记录保持了13年。1986年，设在瑞士苏黎世的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧－钡－铜－氧）具有35K的高温超导性，打破了传统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念，引起世界科学界的轰动。此后，科学家们争分夺秒地攻关，几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。

1986年底，美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。1987年2月，美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇－钡－铜－氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的禁区（77K）也奇迹般地被突破了。1987年底，铊－钡－钙－铜－氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。从1986－1987年的短短一年多的时间里，临界超导温度竟然提高了100K以上，这在材料发展史，乃至科技发展史上都堪称是一大奇迹！

高温超导材料的不断问世，为超导材料从实验室走向应用铺平了道路。

固体物理(材料科学与工程系列)

目录: 第1章绪论1 1.1人类对固体的研究历史1 1.2自然界中的固体及固体物理学4 本章参考书7 第2章化学键与晶体形成8 2.1离子键和离子晶体11 2.2共价键和共价晶体14 2.3金属键和典型金属15 2.4原子、分子固体16 本章参考书18 附录团簇电荷的偶极相互作用19 习题19 第3章固体结构21 3.1晶体的几何描述21 3.2对称性与晶格结构的分类25 3.2.1由二维晶格的对称性推导二维布喇菲点阵的分类27 3.2.2三维晶格中布喇菲点阵的分类和点群符号29 3.3晶体结构的形成33 3.3.1金属和元素晶体的结构33 3.3.2泡林规则和离子晶体的结构35 3.4倒易点阵与布里渊区39 3.4.1倒易点阵40 3.4.2布里渊区42 3.5晶格结构测定与衍射44 3.5.1X射线衍射、电子衍射与中子衍射46 3.5.2衍射理论50 3.6非晶体和准晶体的结构58 3.7软性凝聚体： 液晶和凝胶的结构64 本章参考书71 习题72 第4章晶格振动和固体热性质74 4.1固体中热现象的研究历史74 4.2晶格动力学76 4.2.1晶格振动与声子76 4.2.2声学支和光学支的色散关系82 4.2.3声子能谱的测定86 4.3固体热性质89 4.3.1固体比热容的爱因斯坦模型91 4.3.2固体比热容的德拜模型93 本章参考书99 习题99 第5章固体电子理论100 5.1传统电子导电理论： 德鲁德模型101 5.2自由电子费密气体： 索末菲模型108 5.3自由电子模型的局限性115 5.4布洛赫能带理论116 5.5能带的计算120 5.5.1紧束缚近似122 5.5.2弱晶格势近似125 5.6能带电子的准经典近似和有效质量127 5.7金属中的费密面130 5.7.1碱金属130 5.7.2贵金属131 5.7.3二价金属131 本章参考书131 习题132 第6章固体的电性质： 输运过程134 6.1能带电子的输运过程、导体134 6.1.1能带电子的非平衡量子统计、固体按电性质分类135 6.1.2导体的直流电导率和热导率138 6.2半导体140 6.2.1半导体的特性140 6.2.2载流子的浓度和迁移率145 6.2.3p\|n结，半导体\|金属结，MOS晶体管和半导体超晶格154 6.3超导体163 6.3.1传统超导体和高温超导体的特性163 6.3.2BCS理论及其局限性169 本章参考书173 习题173 第7章固体的磁性176 7.1原子磁矩的量子力学根源178 7.2抗磁性与顺磁性182 7.2.1抗磁性182 7.2.2顺磁性183 7.2.3传导电子的泡利顺磁性185 7.3铁磁性与反铁磁性185 7.3.1铁磁体和亚铁磁体185 7.3.2反铁磁体190 7.3.3铁磁性和反铁磁性的量子力学解释： 海森堡模型190 7.4中子的磁性衍射和自旋波192 7.4.1顺磁体的中子磁性衍射193 7.4.2铁磁体和反铁磁体的中子磁性衍射193 7.4.3中子的非d性磁性衍射： 自旋波能谱的测量194 7.4.4自旋波对铁磁体比热容的贡献194 7.5核磁共振和电子自旋共振195 本章参考书197 附录朗道磁矢量势和洛伦兹力197 习题198 第8章固体的介电性质和光学性质199 8.1电极化过程200 8.2介电击穿、压电体和铁电体206 8.3光在固体中的传播210 8.4固体的发光机制214 本章参考书216 习题216 正文索引（按照第一个字的汉语拼音排列）218 习题参考答案233 附录A物理学常数及单位制换算239 附录B化学元素英文名称与符号一览表及化学元素周期表240

从电子、原子和分子的角度研究固体的结构和性质(主要是物理性质) 的一门基础理论学科。它和普通物理、 热力学与统计物理、金属物理、材料科学、特别是量子力学等学科有着密切关系。例如，固体物理也讨论晶体学、 晶体的结合键、晶体缺陷、扩散、相图等问题。但它着重研究的是晶格振动和晶体的热学性质、固体电子论(包括自由电子论和能带理论)、半导体、固体的磁性、超导体等专题。

第1章 绪论1 1.1 古希腊的原子论1 1.2 固体物理的发展史4 1.3 自然界中的固体及固体物理学7 本章小结10 本章参考文献10 第2章 化学键和晶体形成11 2.1 原子的量子模型12 2.2 离子键和离子晶体15 2.3 共价键和共价晶体19 2.4 金属键和典型金属23 2.5 原子和分子固体25 本章小结29 本章参考文献30 本章习题30 第3章 固体结构32 3.1 晶体的几何描述32 3.2 对称性与晶格结构的分类36 3.2.1 对称性与二维布拉菲点阵的分类37 3.2.2 点群与三维布拉菲点阵的分类39 3.3 晶体的自然结构43 3.3.1 元素晶体的结构43 3.3.2 化合物的结构： 泡林规则47 3.4 倒易点阵和布里渊区51 3.4.1 倒易点阵51 3.4.2 布里渊区53 3.5 衍射与晶体结构的测定56 3.5.1 X射线衍射、电子衍射和中子衍射58 3.5.2 衍射理论65 3.6 无序固体结构71 3.6.1 非晶体73 3.6.2 准晶体75 3.6.3 液晶78 本章小结85 本章参考文献86 本章习题87 第4章 晶格振动和固体热性质89 4.1 爱因斯坦声子模型91 4.2 德拜声子模型94 4.3 晶格动力学和中子衍射98 4.3.1 晶格动力学98 4.3.2 光学支和声学支101 4.3.3 声子能谱的中子衍射测定105 本章小结108 本章参考文献109 本章习题109 第5章 固体电子理论111 5.1 德鲁德模型： 自由电子气体113 5.2 索末菲模型： 自由电子费密气体117 5.2.1 电子的比热容121 5.2.2 电导率和热导率123 5.2.3 电子从金属表面的热发射125 5.2.4 霍尔效应127 5.3 能带理论129 5.3.1 布洛赫定理130 5.3.2 紧束缚模型132 5.3.3 弱晶格势近似136 5.3.4 密度泛函理论与能带计算法的介绍139 5.3.5 真实能带和费密面141 5.3.6 半经典模型和有效质量146 本章小结149 本章参考文献149 本章习题151 第6章 固体的电性质： 输运过程154 6.1 导体155 6.2 半导体159 6.2.1 半导体的特性161 6.2.2 载流子浓度和迁移率167 6.2.3 半导体器件的基本概念179 6.3 超导体189 6.3.1 超导体的特性191 6.3.2 唯象理论194 6.3.3 微观BCS理论199 本章小结202 本章参考文献202 本章习题204 第7章 固体的磁性207 7.1 磁性的量子力学根源210 7.1.1 单原子近似： 原子磁矩211 7.1.2 自由电子近似： 朗道能级214 7.2 磁性的类别217 7.2.1 抗磁性217 7.2.2 顺磁性219 7.2.3 铁磁性225 7.2.4 反铁磁性和亚铁磁性230 7.3 自旋与基本粒子的相互作用233 7.3.1 中子磁性衍射和磁结构233 7.3.2 自旋波与中子非d性散射235 7.3.3 电子自旋共振和核磁共振239 本章小结242 本章参考文献243 本章习题245 第8章 固体的介电性质和光学性质247 8.1 固体的光性质、电性质和磁性质的统一249 8.2 洛伦兹光学模型和电极化过程251 8.2.1 德鲁德金属光学模型256 8.3 激光： 爱因斯坦的受激辐射理论258 8.3.1 辐射的量子力学理论258 8.3.2 微波激射器和激光器260 本章小结263 本章参考文献264 本章习题265 索引266

作者：赵中伟,任鸿九

出版社：中南大学出版社

内容简介

本数据手册是为提取冶金工作者选编的。全书共10部分, 分别收集了包括全部重有色金属、贵金属、稀散金属以及铁、锰、铝、钙、镁、硅、砷，及与能源有关的碳、氢、氧等元素和无机化合物的性质数据。书中前7部分属化学冶金基础, 包括有关物理化学性质、 热力学数据、水溶液中的热力学数据、氧化还原电势数据、元素的氧化态与氧化还原电势的关系以及电位-pH图；第8部分为物理冶金基础——状态图。最后两部分则为与新能源有关的超导和半导体的特性数据, 和太阳能电池材料的光学性能。

全书内容丰富, 取材有一定的新颖性和实用性。本书可作为大、中、职业院校冶金工程专业与环境工程专业师生的工具书, 也可供相关专业的科技人员和管理人员参考。

目录

1 铅锌及其共伴生元素的物理化学性质导论

1.1 铅锌及其共伴生元素在元素周期表中的位置

1.1.1 铅锌及其共伴生元素在元素周期表中的位置

1.1.2 铅锌及其共伴生元素的丰度和克拉克值

1.2 铅锌及其共伴生元素的主要物理化学性质简表

1.3 铅锌及其共伴生元素的物理性质

1.3.1 电子层结构

1.3.2 极化率

1.3.3 熔点、熔化焓、沸点、汽化焓

1.3.4 磁化率

1.3.5 不同温度下的蒸气压

1.3.6 不同温度下的密度、表面张力、黏度

1.3.7 铅锌的放射性同位素

1.4 铅锌及其共伴生元素的化学性质

1.4.1 电离能

1.4.2 粒子半径

1.4.3 电子亲和能

1.4.4 离子势

1.4.5 元素电负性

1.4.6 标准氧化还原电势

2 铅锌及其共伴生元素无机化合物的物理性质

2.1 无机化合物的物理性质简表

2.2 熔化焓、汽化焓

2.3 黏度

2.4 介电常数

2.5 不同温度下无机化合物在纯水中的溶解度

2.6 溶度积

2.7 热导率

2.8 水的各种数据

2.9 空气的热力学数据

2.10 氮的热物理数据

2.11 某些电解质的溶解热焓

2.12 HF、HCl、HBr、HI溶液的摩尔电导率

2.13 酸、碱、盐溶液的活度系数

2.14 部分纯金属和合金的电阻率

2.15 离子晶体的晶格焓和多原子离子的热化学半径

2.16 元素和无机化合物的磁化率

2.17 无机液体的折射率

3 铅锌及其共伴生元素和化合物的标准热力学数据

3.1 美国科学技术数据委员会有关铅锌及其共伴生元素和化合物的部分热力学数据

3.2 有关元素和无机化合物的部分标准热力学数据

4 化学势图及不同温度下的部分热化学数据

4.1 化学势图

4.1.1 氧势图

4.1.2 硫势图

4.1.3 氯化物的△Gθ—T图和氧化物的氯化反应△Gθ一r图

4.1.4 硫化物焙烧反应过程的氧势一硫势图

4.1.5 硫化矿熔炼过程的M—S—O系氧势一硫势图

4.2 不同温度下部分物质的热化学数据

5 水溶液体系的热力学数据

6 水溶液中有关电极反应的标准氧化还原电势

6.1 标准氧化还原电势

6.2 元素的氧化状态与氧化还原电势的关系

7 E—pH图（普巴图）

7.1 铅锌及其共伴生元素与H2O的二元系E—pH图

7.2 某些伴生元素的三元系E—pH图（25℃）

8 状态图

8.1 水的状态图

8.2 碳的状态图

8.3 纯金属的晶体结构

8.4 同素异构转变

8.5 纯金属的状态图

8.6 二元系状态图概况

8.7 铜合金的状态图（二元系、三元系及四元系）

8.8 铅合金的状态图（二元系）

8.9 锌合金、铁合金以及镍合金等的状态图

8.10 锍系和渣系的状态图

8.11 碱法炼铅系统的状态图

（PbS—Na2S—Na2S04一NaOH系）

9 超导和半导体的特性数据

9.1 超导（Superconductivity）

9.1.1 超导体的基本性质

9.1.2 BCS理论

9.1.3 部分元素和超导体的超导特性和Te值

9.2 半导体（Semiconductor）

9.2.1 材料的电学性能

9.2.2 原子在半导体中的扩散数据

10 太阳能电池材料的光学性能

10.1 新能源和太阳能的直接应用

10.2 光电转换材料的工作原理

10.3 太阳能电池发展的三次技术革新浪潮

10.4 单晶硅电池的光学性能

10.5 太阳能薄膜电池的光学性能

主要参考文献

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