稀土超導(dǎo)材料的真密度測試
一、稀土超導(dǎo)材料
當(dāng)某種材料在低于某一溫度時，出現(xiàn)電阻為零的現(xiàn)象即超導(dǎo)現(xiàn)象，該溫度即是臨界溫度（Tc）。超導(dǎo)體是一種抗磁體，低于臨界溫度時，超導(dǎo)體排斥任何試圖施加于它的磁場，這就是所謂的邁斯納效應(yīng)。在超導(dǎo)材料中添加稀土可以使臨界溫度Tc大大提高，一般可達(dá)70～90K，從而使超導(dǎo)材料在價廉易得的液氮中使用，這就大大地推動了超導(dǎo)材料的研制和應(yīng)用的發(fā)展。
超導(dǎo)現(xiàn)象是1911年由一位荷蘭物理學(xué)家先發(fā)現(xiàn)的，當(dāng)水銀溫度降低到43K時，水銀便失去了電阻。隨后超導(dǎo)體的研究開發(fā)一直在進行，到1973年，科學(xué)家們制得一種鈮鍺合金，其臨界溫度是23.3K。
1986年發(fā)現(xiàn)一些新的超導(dǎo)體，超導(dǎo)研究也因此取得了突破性進展，當(dāng)時發(fā)現(xiàn)一種鑭鋇銅氧陶瓷，其臨界溫度為35K。1987年2月又發(fā)現(xiàn)YBa2Cu3O7-x高溫超導(dǎo)體的臨界溫度達(dá)90K以上，大大超過了氮的沸點（77K）。稀土高溫材料可以在液氮溫度下工作。
二、超導(dǎo)材料主要應(yīng)用領(lǐng)域
1．基礎(chǔ)科學(xué)
利用超導(dǎo)裝置可以正確測量磁場強度，磁通量、電流、電壓、電磁能等許多物理量，而且這種儀器分辨能力高，如超導(dǎo)量子干涉儀可以正確測量人的心磁、腦磁以及地磁。普通超導(dǎo)體的zui大應(yīng)用市場是在低溫物理研究領(lǐng)域，先應(yīng)用于探測器、焊接設(shè)備及粒子加速器。
2．電子工業(yè)
電子工業(yè)有可能是超導(dǎo)體的一個銷售市場，在計算機上采用高溫超導(dǎo)材料有兩大優(yōu)點：一是它減少了為冷卻約瑟夫森裝置所需的致冷；二是它通過回憶信號傳遞速度，改善了具有普通芯片的機器性能。在計算機中大規(guī)模應(yīng)用高溫超導(dǎo)薄膜可以加快計算速度。其運算速度比硅器件快1000倍。
電路的時間常數(shù)取決于電路的電阻和電容。如果沒有電阻，時間常數(shù)減少到零，電路中的信號傳遞將會加速。在用半導(dǎo)體芯片的普通計算機里，可用加速元件開關(guān)速度的方法提高運行速度。電路可散布在芯片上，以保持冷卻，但這樣降低了運行速度。因為信號要走的距離長了，而約瑟夫森觸點的開關(guān)時間僅有10-12秒，幾乎沒有熱量產(chǎn)生。如果全部連線和電阻為零，則可大大減少熱與功率的損耗。
3．在發(fā)電和電力傳輸方面
在電力工程設(shè)施中，如發(fā)電機、電動機、變壓器、電力傳輸線及儲能系統(tǒng)中，由于線路有電阻，因此會有大量的電損耗并轉(zhuǎn)變?yōu)闊?。由于超?dǎo)體的電阻為零，YBa2Cu3O7陶瓷超導(dǎo)體的熱導(dǎo)率很低，所以，它們在這方面的應(yīng)用潛力很大。英國的ICI材料研究所用YBa2Cu3O7線圈試制了一臺發(fā)電機，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)數(shù)為1500轉(zhuǎn)/分時，發(fā)電機可產(chǎn)生2.5V的電壓。目前超導(dǎo)體在電力設(shè)施中應(yīng)用的主要問題是載流能力小，在超導(dǎo)體用于工業(yè)發(fā)電之前，仍需做大量的研究和試驗工作。
在超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)及電磁鐵中使用高溫超導(dǎo)線圈，會產(chǎn)生更強的磁場，因而會減少磁體的體積和重量，且不需鐵芯。超導(dǎo)磁儲能系統(tǒng)可以儲存非高峰期多余的電能，以便高峰期使用。
超導(dǎo)體在能源方面的其他潛在應(yīng)用領(lǐng)域有磁流體發(fā)電、熱核發(fā)電及磁選機。磁選機除去煤礦中的硫，除去瓷土或礦石中的雜質(zhì)。
4．超導(dǎo)磁懸浮列車
在列車車輪旁邊安裝小型超導(dǎo)磁體，在列車向前行駛時，超導(dǎo)磁體則向軌道產(chǎn)生強大的磁場，并和安裝在軌道兩旁的鋁環(huán)相互作用，產(chǎn)生一種向上浮力，消除車輪與鋼軌的摩擦力，起到加快車速的作用。高溫超導(dǎo)體在懸浮列車上應(yīng)用的研究集中在日本。
超導(dǎo)在運載上的其他應(yīng)用可能還有用作輪船動力的超導(dǎo)電機、電磁空間發(fā)射工具及飛機懸浮跑道。
5．微波技術(shù)
微波技術(shù)是高溫超導(dǎo)材料近期內(nèi)可能得到重要應(yīng)用的領(lǐng)域。近幾年我國開展了多種超導(dǎo)微波器件的研究，制成的超導(dǎo)濾波器、超導(dǎo)天線、遲延線、振蕩器、超導(dǎo)結(jié)型混頻器等器件都具有水平。如為適應(yīng)航天通訊需要研制的4.5GHz的YBCO超導(dǎo)體圓化微帶天線，在77K溫度下天線的反射系數(shù)為1.5dB，匹配良好，達(dá)到航天部超導(dǎo)磁窗項目要求。研制的超導(dǎo)微波帶通濾波器，通帶寬大于10175±50MHz，插損≤1.2dB，阻帶L≥40dB，駐波比≤1.5。超導(dǎo)量子干涉器件是可以測量微弱磁場的器件。“八五”期間重點進行了這種器件的制造并應(yīng)用于大地磁測量項目。在雙晶結(jié)、臺階結(jié)、臺階邊緣結(jié)的器件研制方面取得的成果均接近水平。在與德國合作進行的大地磁測量上，取得較好效果。
6．其它
醫(yī)療中利用超導(dǎo)體介子發(fā)生器可以治療癌癥，利用超導(dǎo)磁體可以治療腦血管腫瘤。此外，軍事上利用超導(dǎo)可以擊毀導(dǎo)彈。
三、稀土超導(dǎo)材料的發(fā)展?fàn)顩r
人們預(yù)測，到本世紀(jì)末高溫超導(dǎo)體將是稀土非常大的潛在市場。稀土超導(dǎo)體可用于采礦、電子工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、懸浮列車及能源等許多領(lǐng)域。80年代中期發(fā)現(xiàn)高溫超導(dǎo)材料曾在范圍掀起研究熱潮。進入90年代，隨著人們對高溫超導(dǎo)材料認(rèn)識的逐步加深，研究工作進入提高階段，雖然從事超導(dǎo)研究的人員和發(fā)表的文章的數(shù)量減了下來，但各國對超導(dǎo)研究的投入并未減少。在這一背景下，我國超導(dǎo)研究也經(jīng)歷了適當(dāng)縮小規(guī)模、突出重點和更加明確加強應(yīng)用的變化過程。自近年在Y-Ba-Cu-O超導(dǎo)體研究方面取得重大突破以來，超導(dǎo)研究正在向?qū)嵱没较虬l(fā)展?？傊⊥猎诔瑢?dǎo)材料中的應(yīng)用將越來越廣泛，發(fā)展前途十分廣闊。
真密度分析儀（TD-2200）使用步驟簡介：
1、按國標(biāo)GB1427的規(guī)定對試樣進行取樣及稱量；在此過程中可先開啟真密度分析儀主機，利用準(zhǔn)備時間進行預(yù)熱；
2、對取好樣的樣品進行烘干，烘干時嚴(yán)格設(shè)置溫度及時間，防止發(fā)生危險；
3、將樣品倉取出，裝入樣品并采用去皮稱重法，利用萬位天平進行稱量，記錄樣品凈重；
4、將裝好樣品的樣品倉小心的放入實驗倉，利用手柄及套筒關(guān)閉倉蓋；
5、在觸摸屏上新建任務(wù)，輸入?yún)?shù)。由于開倉放入樣品會導(dǎo)致加熱系統(tǒng)部分熱量損失，此時可通過在面板上設(shè)置預(yù)熱時間，或等待預(yù)熱完畢后，再開始按下觸摸屏上的開始鍵；
6、測試完成后儀器主機發(fā)出提示音，此時可看到真密度數(shù)據(jù)結(jié)果，此結(jié)果可通過U盤導(dǎo)出。
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