通常,电流通过导体时,由于存在电阻,不可避免地会有一定的能量损耗。所谓超导体的全导电性(Complete Conductivity)即在超导态下(临界温度以下)电阻为零,电流通过超导体时没有能量损耗。
超导体的完全抗磁性(Complete Diamagnetism)是指超导体处于外界磁场中,能排斥外界磁场的影响,即外加磁场完全被排除在超导体之外,这种特性也称为迈斯纳效(Meissner Effect)。迈斯纳效应的实验是将处于常导态的超导样品放置在磁场中,这时的磁场能进入超导样品,然后将其冷却至临界温度Tc以下,处于超导态时,在超导样品中的磁场就被排斥出来。如果把这个过程反过来,即先把处于常导态的超导样品冷却至超导临界温度以下,使其处于超导态,然后将其放入磁场中,这时磁场也被排斥在超导体之外。
如前所示,超导体的性能很多,但表征超导材料的基本参量有:临界温度Tc、临界磁场Hc、临界电流Ic和磁化强度Mc。其中Tc、Hc是材料所固有的性能,由材料基体电子结构所决定的,很少受形变、加工和热处理的影响,即Tc、Hc是组织结构不敏感的超导性能参数。而Ic对组织结构极为敏感。
在这些基本的参量测试中,临界温度Tc的测量十分重要,因此,现只讨论临界温度Tc的测量。
测量临界温度Tc有不同的方法,如电阻法、磁测量法等。测量的方法不同,Tc也会得到不同的结果。
为了测出Tc,需要精确地进行温度控制、温度测量,并准确地测量出超导态-常导态转变点。
目前,超导材料的Tc一般在0℃以下。因此首先要获得低温。如前所述,在4. 2K以下用液氦,在20K以下用液氢,在77K以下用液氮,而且一般采用减压的方法来获得。
(1)电阻测量法
电阻测量法是基于当样品进入超导态时,电阻变为零的一种测量方法。样品一般用线状或带状,同时要求样品内超导相是均质的,否则只能测出Tc较高的相的临界温度,而Tc较低
的相则测不出来。
(2)磁测量法
当超导材料存在不同的临界温度Tc相时,则不能用电阻法来测量Tc,因为在这种情况下,只能测出高Tc相的临界温度,而Tc较低的相则测不出来。在这种情况下可以采用磁测量法。
通过磁化率的变化来测量临界温度所用的电路是肖洛(Shawlow)电路。
伴随着常导态-超导态转变,样品从顺磁性转变为抗磁性,样品的磁化率将发生很大的变化。如果将样品置于电容器C构成振荡回路的线圈中,由于磁化率的变化,线圈的电感也要变化,可以用频率计测出振荡频率的变化。用这种方法可以测出任何形状、任何状态下的样品的临界温度,并且若同时存在有Tc不同相时,其Tc值可以分别测量出来。因此可以在一定程度上了解材料内部的组织状态。
3.超导体性能的测试