物理实验教程 一近代物理实稻 (⑤)磁电阻传感器产生磁畴饱和现象后用什么方法可以恢复其灵敏度?为什么? 【参考文献】 [1]张飞雁,黄水平,李志芳,等.综合与近代物理实验[M们.北京:机械工业出版 社,2012. [2]黄柳宾,王军,物理实验教程一近代物理实验[M们.东营:中国石油大学出版 壮.2006 [3]康伟芳.自旋闲与多层膜巨磁电阻的特性测量及比较[J门.大学物理,2009,28 (7):45-48. [4]王晓飞,韩,李凯.基于改进巨磁电阻芯片的三维地磁传感器设计[门.磁性材 料及器件,2014,45(4):28-31. [5]邹红玉,用巨磁电阻式位置传感器测量材料的杨氏模量[J].传感器与微系统, 2009,28(4):105-107. 实验43压电陶瓷的压电常数测量 1880年法国居里兄弟(P.Curie和J.Curie)发现了电气石的压电效应 (piezoelectric effect),从此一种新型的功能材料诞生,至今已有140多年 的历史。1947年美国罗伯茨(S.Roberts)首次制成了压电陶瓷 (piezoelectric ceramics)材料钛酸钡(BaTiO,)。1955年美国贾菲(B. 规40 Jaffe)合成了迄今为止压电性能最好的结钛酸铅(PZT),其压电常数高达 压电材料的 500pC/N以上,而且性能稳定,从此之后压电陶瓷开始井喷式发展。因为 电效应 含铅压由陶资有日大毒性,人们不断探素提高无铅压由陶资的性能,直到2004年日本言 藤(Y.Satio)使用特殊方法制成了铌酸钠钾(KNN)无铅压电陶瓷,才将压电常数提高到 416pC/N,由此开启了无铅压电陶瓷研究的热潮 具有压电效应的材料称为压电材料,可实现机械能和电能的相互转换。大多数品体 都具有压电效应,但多数品体的压电效应都十分微弱。随着人们对压电材料研究的深人, 逐渐发现了一些性能优良的压电材料,包括石英晶体、压电陶瓷、压电薄膜、压电高分子材 料等。常用的压电材料主要有压电晶体和压电陶瓷两大类。压电晶体性能优越,但造价 高昂,一般只应用于军工和航空,航天等高科技领域。压电陶瓷制造工艺简单、成本低,而 且具有较高的力学性能和稳定的压电性能。由压电陶瓷制成的各种压电振子、压电电声 器件、压电超声换能器、压电点火器、压电马达、压电变压器、压电传感器等在信息、激光、 导航和生物等高技术领域应用非常广泛。在石油资源探测方面,高端声波测井仪的关键 核心部件是压电换能器,由压电陶瓷制成的声波测井换能器已广泛应用于矿场油田勘探。 评价压电陶瓷质量的核心参数是压电常数,本实验重点学习测量压电常数的原理和 方法。 220
— 220 — (5)磁电阻传感器产生磁畴饱和现象后用什么方法可以恢复其灵敏度? 为什么? 【参考文献】 [1] 张飞雁,黄水平,李志芳,等.综合与近代物理实验[M].北京:机械工业出版 社,2012. [2] 黄柳宾,王军.物理实验教程———近代物理实验[M].东营:中国石油大学出版 社,2006. [3] 康伟芳.自旋阀与多层膜巨磁电阻的特性测量及比较[J].大学物理,2009,28 (7):45G48. [4] 王晓飞,韩焱,李凯.基于改进巨磁电阻芯片的三维地磁传感器设计[J].磁性材 料及器件,2014,45(4):28G31. [5] 邹红玉.用巨磁电阻式位置传感器测量材料的杨氏模量[J].传感器与微系统, 2009,28(4):105G107. 实验4G3 压电陶瓷的压电常数测量 1880年法国居里兄弟(P.Curie和J.Curie)发现了电气石的压电效应 (piezoelectriceffect),从此一种新型的功能材料诞生,至今已有140多年 的历 史.1947 年 美 国 罗 伯 茨 (S.Roberts)首 次 制 成 了 压 电 陶 瓷 (piezoelectricceramics)材 料 钛 酸 钡 (BaTiO3 ).1955 年 美 国 贾 菲 (B. Jaffe)合成了迄今为止压电性能最好的锆钛酸铅(PZT),其压电常数高达 500pC/N 以上,而且性能稳定,从此之后压电陶瓷开始井喷式发展.因为 含铅压电陶瓷有巨大毒性,人们不断探索提高无铅压电陶瓷的性能,直到2004年日本斋 藤(Y.Satio)使用特殊方法制成了铌酸钠钾(KNN)无铅压电陶瓷,才将压电常数提高到 416pC/N,由此开启了无铅压电陶瓷研究的热潮. 具有压电效应的材料称为压电材料,可实现机械能和电能的相互转换.大多数晶体 都具有压电效应,但多数晶体的压电效应都十分微弱.随着人们对压电材料研究的深入, 逐渐发现了一些性能优良的压电材料,包括石英晶体、压电陶瓷、压电薄膜、压电高分子材 料等.常用的压电材料主要有压电晶体和压电陶瓷两大类.压电晶体性能优越,但造价 高昂,一般只应用于军工和航空、航天等高科技领域.压电陶瓷制造工艺简单、成本低,而 且具有较高的力学性能和稳定的压电性能.由压电陶瓷制成的各种压电振子、压电电声 器件、压电超声换能器、压电点火器、压电马达、压电变压器、压电传感器等在信息、激光、 导航和生物等高技术领域应用非常广泛.在石油资源探测方面,高端声波测井仪的关键 核心部件是压电换能器,由压电陶瓷制成的声波测井换能器已广泛应用于矿场油田勘探. 评价压电陶瓷质量的核心参数是压电常数,本实验重点学习测量压电常数的原理和 方法
材科制备与检测技术实验第4章 【实验目的】 (1)学习压电材料的基本知识,理解压电效应,掌握测量压电常数的原理和方法。 (2)学会用迈克尔逊干涉法测量压电陶瓷的压电常数。 【预习要求】 (1)压电效应的原理是什么?什么结构的材料具有压电性? (2)压电晶体与压电陶瓷的区别是什么? (3)压电常数的物理意义是什么? (4)压电陶瓷片在电场中的微小形变是如何测量的? 【实验原理】 一、压电陶瓷的极化与压电性 压电陶瓷是一种多品体,具有类似铁磁性材料磁畴的电畴结构,如图4-3-1所示。在 极化处理之前,这种自发极化的各品粒内的电畴按任意方向排列,自发极化的作用相互抵 消,压电陶瓷的宏观极化强度为零,因此原始的压电陶瓷呈现各向同性。若在一定温度下 对压电调资做极化处理,则其会出现压电性。所用极化处理是指在一定温度下以强直流 电场迫使电畴自发极化的方向转到与外加电场方向一致,作规则排列,此时压电陶瓷具有 一定的极化强度:然后使温度降低,撤去电场,电畴方向基本保持不变,余下很强的剩余极 化申场,压申陶瓷片的两瑞出现束缚申荷,一浩为正,另一岩为负,此时压申陶瓷是现压申 性。极化处理的压电陶瓷因束缚电荷的作用在压电陶瓷片的极化两端很快吸附一层来自 外界的自由电荷,这时束缚电荷与自由电荷数值相等、极性相反,故此压电陶瓷片对外不 呈现极性,如图4-3-2所示。因此,具有压电性的压电陶瓷是一种经过极化处理后的人丁 多品铁电体。 自电荷 ++++++++ 束缚电荷 图4-3】压电陶瓷的极化过程 图4-3-2压电陶瓷束缚电荷与日由电荷 二、压电陶瓷的正压电效应和逆压电效应 如图43-3所示,如果在压电陶瓷片上加一个与极化方向平行的外力,压电陶瓷片将 产生压缩变形,片内的束缚电荷之间距离变小,电畴发生偏转,极化强度变小,因此吸附在 其表面的自由电荷有一部分被释放而呈现放电现象。当撤去外力时,压电陶瓷片恢复原 状,极化强度增大,因此又吸附一部分自由电荷而呈现充电现象。这种因受力而产生的机 城效应转变为电效应,机械能转变为电能的现象称为压电陶瓷的正压电效应。 正压电效应产生的电荷与外力成正比例关系,即 Q.=dmF, (4-3-1 式中,Q。为电荷:dm为压电应力常量,一般为二阶张量:F,为作用力:下标m和j表示方向。 -221
— 221 — 【实验目的】 (1)学习压电材料的基本知识,理解压电效应,掌握测量压电常数的原理和方法. (2)学会用迈克尔逊干涉法测量压电陶瓷的压电常数. 【预习要求】 (1)压电效应的原理是什么? 什么结构的材料具有压电性? (2)压电晶体与压电陶瓷的区别是什么? (3)压电常数的物理意义是什么? (4)压电陶瓷片在电场中的微小形变是如何测量的? 【实验原理】 一、压电陶瓷的极化与压电性 压电陶瓷是一种多晶体,具有类似铁磁性材料磁畴的电畴结构,如图4G3G1所示.在 极化处理之前,这种自发极化的各晶粒内的电畴按任意方向排列,自发极化的作用相互抵 消,压电陶瓷的宏观极化强度为零,因此原始的压电陶瓷呈现各向同性.若在一定温度下 对压电陶瓷做极化处理,则其会出现压电性.所谓极化处理是指在一定温度下以强直流 电场迫使电畴自发极化的方向转到与外加电场方向一致,作规则排列,此时压电陶瓷具有 一定的极化强度;然后使温度降低,撤去电场,电畴方向基本保持不变,余下很强的剩余极 化电场,压电陶瓷片的两端出现束缚电荷,一端为正,另一端为负,此时压电陶瓷呈现压电 性.极化处理的压电陶瓷因束缚电荷的作用在压电陶瓷片的极化两端很快吸附一层来自 外界的自由电荷,这时束缚电荷与自由电荷数值相等、极性相反,故此压电陶瓷片对外不 呈现极性,如图4G3G2所示.因此,具有压电性的压电陶瓷是一种经过极化处理后的人工 多晶铁电体. 图4G3G1 压电陶瓷的极化过程 图4G3G2 压电陶瓷束缚电荷与自由电荷 二、压电陶瓷的正压电效应和逆压电效应 如图4G3G3所示,如果在压电陶瓷片上加一个与极化方向平行的外力,压电陶瓷片将 产生压缩变形,片内的束缚电荷之间距离变小,电畴发生偏转,极化强度变小,因此吸附在 其表面的自由电荷有一部分被释放而呈现放电现象.当撤去外力时,压电陶瓷片恢复原 状,极化强度增大,因此又吸附一部分自由电荷而呈现充电现象.这种因受力而产生的机 械效应转变为电效应、机械能转变为电能的现象称为压电陶瓷的正压电效应. 正压电效应产生的电荷与外力成正比例关系,即 Qm =dmjFj (4G3G1) 式中,Qm 为电荷;dmj为压电应力常量,一般为二阶张量;Fj 为作用力;下标m 和j表示方向
物理实验教程 一近代物理实验 图43-3正压电效应 反之,当对压电材料在极化方向上施加一定电场时,材料将产生压电形变。这是由于 压电材料受电场作用时在晶体内部产生了应力(压电应力),通过应力作用产生了压电形 变,当外电场撤去时压电形变随之消失,这种现象称为逆压电效应。逆压电效应满足: S:=diE. (4-3-2) 式中,S:为压电形变:d为压电应变常量,一般为二阶张量:E。为外电场强度:下标i和 表示方问。 压电效应的可逆性如图4-3-4所示,利用这一特性可 正压电效应 实现机械能与电能的相互转换。没有损耗时,该过程将 机械能压电介质 电能 是完全可道的,此时正压由效应的压申应力常量与道压 电效应的压电应变常量互为转置矩阵,即(d)= 逆压电效应 (d.)。因此,两者通常统称为压电常数,并不加以区 图4+34压电效应的可逆性 分。实际上压电陶瓷是有损耗的,一般实验通过逆压电效应测出的压电常数(逆压电常 数)略大于通过正压电效应测出的压电常数(正电压常数)。 三、压电常数测量原理 压电常数既可通过正压电效应测量,也可通过逆压电效应测量。本实 验采用逆压电效应来测量,即通过施加一个外电场来测量压电陶瓷的相应 形变。 由 根据空间受力不同,压电常数为3×6的二阶张量,即 测量原理 (d)=(di)=dadada das da d3 (4-3-3) da ds ds ds ds d 对于压电陶瓷,只有经极化处理后才具有压电性,而极化方向通常选:方向,因此18 个分量中只有d划是非零的,则式(4-3-2)可以简化为: S3-daE (4-3-4 式(4-34)表示在:方向上加一电场后,压电陶瓷片在之方向上产生线性应变,其比 例系数为压电常数d。若式(4-3-4)两边同时乘以压电陶瓷片的厚度t,则可得压电陶瓷 片的厚度变化量(形变量)△和压电陶瓷片两端施加的电压U的关系为: △t=S,t=duEat=daU (4-3-5) 由式(4-3-5)可知,只要测量出压电陶瓷片的厚度变化量就能求出压电常数d。 由于压电常数d,在数值上约为10-C/N数量级,因此常用的单位是pC/N或者pm/V。 为了测量如此微小的厚度变化,实验中采用迈克尔逊干涉法测量。图43-5是迈克尔 222
— 222 — 图4G3G3 正压电效应 反之,当对压电材料在极化方向上施加一定电场时,材料将产生压电形变.这是由于 压电材料受电场作用时在晶体内部产生了应力(压电应力),通过应力作用产生了压电形 变,当外电场撤去时压电形变随之消失,这种现象称为逆压电效应.逆压电效应满足: Si =dinEn (4G3G2) 式中,Si 为压电形变;din 为压电应变常量,一般为二阶张量;En 为外电场强度;下标i和 n 表示方向. 图4G3G4 压电效应的可逆性 压电效应的可逆性如图4G3G4所示,利用这一特性可 实现机械能与电能的相互转换.没有损耗时,该过程将 是完全可逆的,此时正压电效应的压电应力常量与逆压 电效 应 的 压 电 应 变 常 量 互 为 转 置 矩 阵,即 (dmj)= (din)T. 因此,两者通常统称为压电常 数,并 不 加 以 区 分.实际上压电陶瓷是有损耗的,一般实验通过逆压电效应测出的压电常数(逆压电常 数)略大于通过正压电效应测出的压电常数(正电压常数). 三、压电常数测量原理 压电常数既可通过正压电效应测量,也可通过逆压电效应测量.本实 验采用逆压电效应来测量,即通过施加一个外电场来测量压电陶瓷的相应 形变. 根据空间受力不同,压电常数为3×6的二阶张量,即 (dmj)=(din)T = d11 d12 d13 d14 d15 d16 d21 d22 d23 d24 d25 d26 d31 d32 d33 d34 d35 d36 æ è ç ç ç ö ø ÷ ÷ ÷ (4G3G3) 对于压电陶瓷,只有经极化处理后才具有压电性,而极化方向通常选z 方向,因此18 个分量中只有d33是非零的,则式(4G3G2)可以简化为: S3 =d33E3 (4G3G4) 式(4G3G4)表示在z 方向上加一电场后,压电陶瓷片在z 方向上产生线性应变,其比 例系数为压电常数d33.若式(4G3G4)两边同时乘以压电陶瓷片的厚度t,则可得压电陶瓷 片的厚度变化量(形变量)Δt和压电陶瓷片两端施加的电压U 的关系为: Δt=S3t=d33E3t=d33U (4G3G5) 由式(4G3G5)可知,只要测量出压电陶瓷片的厚度变化量 Δt就能求出压电常数d33. 由于压电常数d33在数值上约为10-10C/N 数量级,因此常用的单位是pC/N 或者pm/V. 为了测量如此微小的厚度变化,实验中采用迈克尔逊干涉法测量.图4G3G5是迈克尔
0 材料制备与检测技术实验第4章 逊干涉法的光路原理图。由半导体激光器发出的光经分束镜后被分成两路,反射光射向 平面反射镜M,(附压电陶瓷组件),透射光射向平面反射镜M,(固定),两路光分别经M, 和M,反射后,再经分束镜反射和透射后又重新会合,经扩束镜到达白屏,产生干涉圆环。 白屏 扩束镜 分束镜 M. 压电陶瓷组件 图43-5迈克尔避干涉法光路原理图 如果压电陶瓷片厚度减小或者增大半个波长,光程差就会减小或者增大一个整波长, 对应就会有一个干涉圆环“缩进”中心或者自中心“冒出”。如果压电陶瓷片厚度变化为N 个半波长,即 A-N (4-3-6) 对应就有N个干涉圆环向中心“缩进”或者自中心“冒出”。根据这个原理,如果已知所用 入射光的波长入,并数出“缩进”或者“目出”的圆环数,就能计算出压电陶瓷片的厚度变化 【实验器材】 可回 实验器材主要为压电陶瓷特性实验仪和电源组件。压电陶瓷特性实 验仪的基本结构如图4-3-6所示 迈克尔逊干涉装置组装在一个平台式的基座上,基座的台面是一块厚 频42 钢板,起稳定作用,基座侧平板上有四个孔位,可以按多种光路的需要安装 实验器材 并锁紧光源。F-P动镜平面可在二维面内调节,并受预置螺旋控制移动:测微螺旋每转动 0.01mm,动镜随之移动0.005mm。固定镜带有压电陶瓷组件。 【实验内容】 一、基础性实验内容 (1)搭律并调节历克尔孙干涉仪,观察干洗条致的形状,并分析干涉条纹的特点, (2)在干涉条纹出现的条件下接通压电陶瓷电源,使加载在压电陶瓷上的电压U从 0V缓慢加载至150V左右,记录干涉条纹移动的相应数目N,再反方向降压测量,计算 压电常数。实验用的压电陶瓷实际上是压电陶瓷堆,由100片小压电陶瓷薄片堆积而成 故压电常数计算公式为: d-102元(am/VW (4-3-7) 式中,激光的波长入=632.8nm。 -223
— 223 — 逊干涉法的光路原理图.由半导体激光器发出的光经分束镜后被分成两路,反射光射向 平面反射镜 M1(附压电陶瓷组件),透射光射向平面反射镜 M2(固定),两路光分别经 M1 和 M2 反射后,再经分束镜反射和透射后又重新会合,经扩束镜到达白屏,产生干涉圆环. 图4G3G5 迈克尔逊干涉法光路原理图 如果压电陶瓷片厚度减小或者增大半个波长,光程差就会减小或者增大一个整波长, 对应就会有一个干涉圆环“缩进”中心或者自中心“冒出”.如果压电陶瓷片厚度变化为N 个半波长,即 Δt=N λ 2 (4G3G6) 对应就有 N 个干涉圆环向中心“缩进”或者自中心“冒出”.根据这个原理,如果已知所用 入射光的波长λ,并数出“缩进”或者“冒出”的圆环数,就能计算出压电陶瓷片的厚度变化 量 Δt. 【实验器材】 实验器材主要为压电陶瓷特性实验仪和电源组件.压电陶瓷特性实 验仪的基本结构如图4G3G6所示. 迈克尔逊干涉装置组装在一个平台式的基座上,基座的台面是一块厚 钢板,起稳定作用,基座侧平板上有四个孔位,可以按多种光路的需要安装 并锁紧光源.FGP动镜平面可在二维面内调节,并受预置螺旋控制移动;测微螺旋每转动 001mm,动镜随之移动0005mm.固定镜带有压电陶瓷组件. 【实验内容】 一、基础性实验内容 (1)搭建并调节迈克尔逊干涉仪,观察干涉条纹的形状,并分析干涉条纹的特点. (2)在干涉条纹出现的条件下接通压电陶瓷电源,使加载在压电陶瓷上的电压U 从 0V 缓慢加载至150V 左右,记录干涉条纹移动的相应数目 N,再反方向降压测量,计算 压电常数.实验用的压电陶瓷实际上是压电陶瓷堆,由100片小压电陶瓷薄片堆积而成, 故压电常数计算公式为: d33 = 1 100 Nλ 2U (nm/V) (4G3G7) 式中,激光的波长λ=6328nm
物理实验教程 一近代物理实验 1一He八e藏光器:2一侧平板:3一扩束镜:4一白屏:5一分束镜: 6一补偿镜:7一下-P动镜:8一测微螺旋:9一周定镜:10一孔位。 图436压电陶瓷特性实验仪基本结构 (3)选择电压U为0~150V,每隔15V测一次干涉条纹移动的数目N,绘制电压U 与移动数日八的关系曲线,并根据曲线拟合计算出压电常数d:,然后与(2)中的测量结 果进行对比分析。 二、设计性实验内容 1.实验内客 在结合现有实验条件的基础上,通过查阅文献资料自主设计实验方案,尝试完成下列 实验内容: (1)在不同直流电压驱动下测量压电陶瓷的形变量与电压之间关系,研究压电陶瓷 的迟滞和蛞变特性。 (2)在不同频率交流电压驱动下测量压电陶瓷的压电常数,研究压电陶瓷的频率响 应特性 2.实验要求 阐述实验基本原理和方法,说明测量系统组成和基本实验步骤,进行实际实验测量, 选择合理方法处理实验数据,分析与讨论实验结果。 【注意事项】 (I)在用He-Ne激光器作光源时眼睛不可直视光束。接收并观测激光干涉条纹时必 须使用白玻璃屏,不可用肉眼直接观察,以免伤害视网膜 (2)压电陶瓷加电后切勿用手去触摸反射镜M,以免发生触电危险。 (3)反方向降压测量时要等干涉条纹稳定后再操作。 【思考与讨论】 (1)正压电常数和逆压电常数的物理含义分别是什么? 224-
— 224 — 1—HeGNe激光器;2—侧平板;3—扩束镜;4—白屏;5—分束镜; 6—补偿镜;7—FGP动镜;8—测微螺旋;9—固定镜;10—孔位. 图4G3G6 压电陶瓷特性实验仪基本结构 (3)选择电压U 为0~150V,每隔15V 测一次干涉条纹移动的数目 N,绘制电压U 与移动数目N 的关系曲线,并根据曲线拟合计算出压电常数d33,然后与(2)中的测量结 果进行对比分析. 二、设计性实验内容 1.实验内容 在结合现有实验条件的基础上,通过查阅文献资料自主设计实验方案,尝试完成下列 实验内容: (1)在不同直流电压驱动下测量压电陶瓷的形变量与电压之间关系,研究压电陶瓷 的迟滞和蠕变特性. (2)在不同频率交流电压驱动下测量压电陶瓷的压电常数,研究压电陶瓷的频率响 应特性. 2.实验要求 阐述实验基本原理和方法,说明测量系统组成和基本实验步骤,进行实际实验测量, 选择合理方法处理实验数据,分析与讨论实验结果. 【注意事项】 (1)在用 HeGNe激光器作光源时眼睛不可直视光束.接收并观测激光干涉条纹时必 须使用白玻璃屏,不可用肉眼直接观察,以免伤害视网膜. (2)压电陶瓷加电后切勿用手去触摸反射镜 M1,以免发生触电危险. (3)反方向降压测量时要等干涉条纹稳定后再操作. 【思考与讨论】 (1)正压电常数和逆压电常数的物理含义分别是什么?
材料制各与检测技术实验第4章 (2)如何测量压电品体的压电常数? (3)迈克尔逊干涉仪的原理是什么?其干涉图样有什么特点? (4)为什么用迈克尔逊干涉法测量压电陶瓷的压电常数? (⑤)用迈克尔逊干涉法测量时,若用黄光或白光代替HcNe激光,干涉图样会有什么 变化? 【参考文献) [1]王矜奉,苏文藏,王春明,等.压电振动理论与应用[M们.北京:科学出版 社,2011. [2]王泰雷,李吉超,赵明磊,等.压电钱电物理[M门.北京:科学出版社,2009. [3]张沛林,钟维烈.压电材料与器件物理[M们.济南:山东科学技术出版社,1997. [4]许小红,武海顺.压电薄膜的制备、结构与应用[M们.北京:科学出版社,2002 [5]李书光,王殿生,物理实验教程一大学物理实验[门.东营:中国石油大学出 版社,2006 实验44超导材料的基本特性测量 超导电性发现于1911年,荷兰科学家昂纳斯(H.K.Onnes)在实现氢气(He)液化 之后不久发现,在温度稍低于4.2K时水银(Hg)的电阻率突然下降到一个很小值,之后 在1912一1913年间他又发现锡在3.8K低温时有零电阻现象。昂纳斯把金属在低温下 的零电阻性质称为超导电性,这一伟大的发现导致了超导物理学科的诞生。昂纳斯因液 氨的制备和超导现象的研究获得了1913年的诺贝尔物理学奖。 从发现超导现象起人们就一直努力揭示其本质。经过了半个世纪,直到1957年才由 美国巴丁(J.Bardeen)、库柏(L.N.Cooper)?和施里弗(.R.Schrieffer)攻克了这个难题, 提出了超导的微观理论(BCS理论),成功地解释了有关超导电性的各种基本性质和产生 超导现象的原因。1972年巴丁、库柏和施里弗三人因BCS理论共同荣获诺贝尔物理学 奖。1957年日本江绮玲于奈(L.E8aki)从实验上发现了半导体的隧道效应并发明了馨道 二极管,l960年挪威贾埃弗(L.Giaever)从实验上发现了超导体的隧道效应,l962年英国 约瑟夫森(B.D.Josephson)从理论上预言了超导电流能够通过隧道阻挡层即约瑟夫森效 应,三人共同荣获1973年的诺贝尔物理学奖。1986年美国BM研究所的德国科学家缪 勒(K.A,Muller)和瑞士科学家柏诺兹(J.G,Bednorz)发现辋机制氧(La-Ba-C-))陶瓷 材料存在35以上的超导转变温度,这是开启高温招导体研究的里程碑。仅隔1年零制 和柏诺兹就共同获得了1987年诺贝尔物理学奖,也开创了诺贝尔物理学奖获奖时间相距 成果发表时间最短的先例。铜氧化物高温超导体的转变温度在常压下已经高达130K以 上,突破了液氨温区。这一进展预示着一场新的技术革命。目前发现的超导材料已经有 数千种,可分为金属和合金超导体、金属化合物超导体、氧化物高温超导体、铁基超导体和 -225—
— 225 — (2)如何测量压电晶体的压电常数? (3)迈克尔逊干涉仪的原理是什么? 其干涉图样有什么特点? (4)为什么用迈克尔逊干涉法测量压电陶瓷的压电常数? (5)用迈克尔逊干涉法测量时,若用黄光或白光代替 HeGNe激光,干涉图样会有什么 变化? 【参考文献】 [1] 王 矜 奉,苏 文 斌,王 春 明,等.压 电 振 动 理 论 与 应 用 [M].北 京:科 学 出 版 社,2011. [2] 王春雷,李吉超,赵明磊,等.压电铁电物理[M].北京:科学出版社,2009. [3] 张沛林,钟维烈.压电材料与器件物理[M].济南:山东科学技术出版社,1997. [4] 许小红,武海顺.压电薄膜的制备、结构与应用[M].北京:科学出版社,2002. [5] 李书光,王殿生.物理实验教程———大学物理实验[M].东营:中国石油大学出 版社,2006. 实验4G4 超导材料的基本特性测量 超导电性发现于1911年,荷兰科学家昂纳斯(H.K.Onnes)在实现氦气(4 2He)液化 之后不久发现,在温度稍低于42K 时水银(Hg)的电阻率突然下降到一个很小值,之后 在1912—1913年间他又发现锡在38K 低温时有零电阻现象.昂纳斯把金属在低温下 的零电阻性质称为超导电性,这一伟大的发现导致了超导物理学科的诞生.昂纳斯因液 氦的制备和超导现象的研究获得了1913年的诺贝尔物理学奖. 从发现超导现象起人们就一直努力揭示其本质.经过了半个世纪,直到1957年才由 美国巴丁(J.Bardeen)、库柏(L.N.Cooper)和施里弗(J.R.Schrieffer)攻克了这个难题, 提出了超导的微观理论(BCS理论),成功地解释了有关超导电性的各种基本性质和产生 超导现象的原因.1972年巴丁、库柏和施里弗三人因 BCS理论共同荣获诺贝尔物理学 奖.1957年日本江崎玲于奈(L.Esaki)从实验上发现了半导体的隧道效应并发明了隧道 二极管,1960年挪威贾埃弗(I.Giaever)从实验上发现了超导体的隧道效应,1962年英国 约瑟夫森(B.D.Josephson)从理论上预言了超导电流能够通过隧道阻挡层即约瑟夫森效 应,三人共同荣获1973年的诺贝尔物理学奖.1986年美国IBM 研究所的德国科学家缪 勒(K.A.Muller)和瑞士科学家柏诺兹(J.G.Bednorz)发现镧钡铜氧(LaGBaGCuGO)陶瓷 材料存在35K 以上的超导转变温度,这是开启高温超导体研究的里程碑.仅隔1年缪勒 和柏诺兹就共同获得了1987年诺贝尔物理学奖,也开创了诺贝尔物理学奖获奖时间相距 成果发表时间最短的先例.铜氧化物高温超导体的转变温度在常压下已经高达130K 以 上,突破了液氮温区.这一进展预示着一场新的技术革命.目前发现的超导材料已经有 数千种,可分为金属和合金超导体、金属化合物超导体、氧化物高温超导体、铁基超导体和