同学们好！同学们好！18.2 固体能带理论基础固体能带理论基础一一. .物态物态物质的聚集态：大量粒子在一定温度、压力等外界物质的聚集态：大量粒子在一定温度、压力等外界条件下聚集而成的稳定结构状态。条件下聚集而成的稳定结构状态。一定条件下，各种物态可相互转化，有时还可以共存。一定条件下，各种物态可相互转化，有时还可以共存。Tp物态物态条条件件结结构构性性质质对称性对称性气态气态液态液态固态固态热运动动能热运动动能分子相互分子相互作用势能作用势能热运动动能热运动动能分子相互分子相互作用势能作用势能热运动动能热运动动能77K)1986年年IBM苏黎世实验室苏黎世实验室La-Ba-Cu-O30K美、中、日科学家美、中、日科学家La-Ba-Cu-OSr-Ba-Cu-O57K1987年年休斯敦大学，朱经武休斯敦大学，朱经武中科院，赵忠贤中科院，赵忠贤Y-Ba-Cu-O98K3超导物理基础超导物理基础四、高温超导体四、高温超导体（1）电阻率的温度特性：线性关系电阻率的温度特性：线性关系（2）霍尔系数的温度特性：随温度上升而单调下降霍尔系数的温度特性：随温度上升而单调下降（3）光电导的反常特性光电导的反常特性（4）超导能隙的各向异性超导能隙的各向异性（5）电子电子电子关联性电子关联性（6）临界磁场高，相干长度却很短临界磁场高，相干长度却很短高温氧化物超导体的反常特性高温氧化物超导体的反常特性 这些反常特性无法用低温超导理论（这些反常特性无法用低温超导理论（这些反常特性无法用低温超导理论（这些反常特性无法用低温超导理论（BCSBCS理论）来解释，理论）来解释，理论）来解释，理论）来解释，对超导理论的研究提出了新课题和新的研究方向。对超导理论的研究提出了新课题和新的研究方向。对超导理论的研究提出了新课题和新的研究方向。对超导理论的研究提出了新课题和新的研究方向。 3超导物理基础超导物理基础四、高温超导体四、高温超导体金刚石金刚石C60石墨石墨碳的三种同素异构体碳的三种同素异构体3超导物理基础超导物理基础四、高温超导体四、高温超导体C60稳定的纯碳分子稳定的纯碳分子漂亮的足球漂亮的足球完美的对称性完美的对称性3超导物理基础超导物理基础四、高温超导体四、高温超导体C60的结构的结构正二十面体正二十面体截角二十面体截角二十面体3超导物理基础超导物理基础四、高温超导体四、高温超导体固体中间距固体中间距1.04纳米含纳米含60个碳原子个碳原子每个每个C原子：原子：3个最近邻，个最近邻，4个共价键个共价键单键单键0.146nm双键双键0.138nm结构稳定结构稳定表面光滑抗辐射表面光滑抗辐射抗化学腐蚀抗化学腐蚀具有润滑性具有润滑性C60的结构的结构12345退出返回3超导物理基础超导物理基础四、高温超导体四、高温超导体1991年年4月月BELL实验室实验室C60+K18KC60+Ru30KC60+Cs33K在短短三个月内实现！在短短三个月内实现！超导新星超导新星掺杂掺杂C6012345退出返回3超导物理基础超导物理基础五、超导应用五、超导应用由超导材料制备的电子器件由超导材料制备的电子器件由超导材料制备的电子器件由超导材料制备的电子器件超导核磁共振超导核磁共振断层成象，超断层成象，超导量子干涉器导量子干涉器件（测生物磁件（测生物磁场）场）超导红外探超导红外探测，超导磁测，超导磁悬浮列车悬浮列车.3超导物理基础超导物理基础五、超导应用五、超导应用1.超导磁体：超导磁体：永久磁铁永久磁铁103Gs常规磁铁常规磁铁5105Gs(20吨，高温，兆瓦吨，高温，兆瓦)超导磁铁超导磁铁(530)104Gs（kg，无热量，千瓦），无热量，千瓦）体积小、重量轻、功耗小、输出功率高、体积小、重量轻、功耗小、输出功率高、体积小、重量轻、功耗小、输出功率高、体积小、重量轻、功耗小、输出功率高、磁场强、稳定、均匀磁场强、稳定、均匀磁场强、稳定、均匀磁场强、稳定、均匀3超导物理基础超导物理基础五、超导应用五、超导应用2.新能源新能源磁流体发电（磁流体发电（MHD）热利用率达热利用率达60%2019年年12月月16日日美英合制的美英合制的MHD向莫斯科供电向莫斯科供电3超导物理基础超导物理基础五、超导应用五、超导应用3.磁分离技术磁分离技术超导磁选矿超导磁选矿3超导物理基础超导物理基础五、超导应用五、超导应用4.超导磁悬浮列车超导磁悬浮列车常导型：常导型：常导型：常导型： 利用普通直流电磁铁电磁吸利用普通直流电磁铁电磁吸利用普通直流电磁铁电磁吸利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起，悬浮的气力的原理将列车悬起，悬浮的气力的原理将列车悬起，悬浮的气力的原理将列车悬起，悬浮的气隙小，一般为隙小，一般为隙小，一般为隙小，一般为10mm10mm左右。时速左右。时速左右。时速左右。时速可达每小时可达每小时可达每小时可达每小时400500400500公里。公里。公里。公里。磁悬浮列车磁悬浮列车磁悬浮列车磁悬浮列车速度快、无噪音、不颠簸速度快、无噪音、不颠簸速度快、无噪音、不颠簸速度快、无噪音、不颠簸超导型：超导型：超导型：超导型： 利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上利用超导磁体产生的强磁场，列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用，产生电动斥力的原理将列车悬起，悬浮的线圈相互作用，产生电动斥力的原理将列车悬起，悬浮的线圈相互作用，产生电动斥力的原理将列车悬起，悬浮的线圈相互作用，产生电动斥力的原理将列车悬起，悬浮的气隙较大，一般为的气隙较大，一般为的气隙较大，一般为的气隙较大，一般为100mm100mm左右。时速可达每小时左右。时速可达每小时左右。时速可达每小时左右。时速可达每小时500500公公公公里以上。里以上。里以上。里以上。JamesR.Powell和和GordonT.Danby3超导物理基础超导物理基础五、超导应用五、超导应用1972年，年，日本，日本，第一辆超导磁悬浮原理车第一辆超导磁悬浮原理车1979年年,日本日本,时速时速504公里公里2019年年4月，月，日本，日本，时速时速552公里公里日本研制的磁悬浮列车日本研制的磁悬浮列车3超导物理基础超导物理基础五、超导应用五、超导应用西南交通大学研制出世界上第一台载人西南交通大学研制出世界上第一台载人西南交通大学研制出世界上第一台载人西南交通大学研制出世界上第一台载人高温超导磁浮实验车！高温超导磁浮实验车！高温超导磁浮实验车！高温超导磁浮实验车！中国研制的高温超导磁悬浮实验车中国研制的高温超导磁悬浮实验车3超导物理基础超导物理基础五、超导应用五、超导应用世界第一条商业化运作的磁浮列车世界第一条商业化运作的磁浮列车世界第一条商业化运作的磁浮列车世界第一条商业化运作的磁浮列车2019201920192019年年年年12121212月月月月30303030日试运行！日试运行！日试运行！日试运行！上海磁浮列车上海磁浮列车3超导物理基础超导物理基础五、超导应用五、超导应用高速、安全、舒适、节能、环保的磁浮列车高速、安全、舒适、节能、环保的磁浮列车高速、安全、舒适、节能、环保的磁浮列车高速、安全、舒适、节能、环保的磁浮列车最高时速达最高时速达最高时速达最高时速达430430公里！公里！公里！公里！上海磁浮列车上海磁浮列车3超导物理基础超导物理基础电力能源方面：电力能源方面：输电电缆、发电机、电动机、变压器超导化输电电缆、发电机、电动机、变压器超导化超导储能系统超导储能系统大型电机设备形状与性能的革命大型电机设备形状与性能的革命能源工业：能源工业：超导贮能调节电网负荷超导贮能调节电网负荷超导磁体约束的等离子体和可能产生的核聚变超导磁体约束的等离子体和可能产生的核聚变高温超导实用化高温超导实用化诱人前景诱人前景电子学方面：电子学方面：超导计算机研究：超导计算机研究：计算速度高，体积小，功耗低，使用方便计算速度高，体积小，功耗低，使用方便信息储存量大信息储存量大医学和生物方面：医学和生物方面：核磁共振计算机断层诊断装置核磁共振计算机断层诊断装置(NMR-CT)超导量子干涉仪超导量子干涉仪(SQUID)五、超导应用五、超导应用超导应用方兴未艾超导应用方兴未艾!超导领域大有可为超导领域大有可为! Thank you拯畏怖汾关炉烹霉躲渠早膘岸缅兰辆坐蔬光膊列板哮瞥疹傻俘源拯割宜跟三叉神经痛-治疗三叉神经痛-治疗