鉍酸鹽超導(dǎo)體的熔鹽制備技術(shù)以及摻雜效應(yīng)研究.pdf

1、本論文旨在探索制備高穩(wěn)定性鉍酸鹽超導(dǎo)材料的新技術(shù)以及研究鉍酸鹽超導(dǎo)體的化學(xué)摻雜效應(yīng)，為在該體系繼續(xù)探索超導(dǎo)新材料提供依據(jù)。論文涉及主要研究?jī)?nèi)容如下：微觀形貌可控的BaPb1-xBixO3(BPBO)樣品的熔鹽制備技術(shù)，性能高度穩(wěn)定的Ba1-xKxBiO3(BKBO)樣品的熔鹽制備技術(shù)，BKBO和BPBO超導(dǎo)體系中的絕緣體一金屬轉(zhuǎn)變機(jī)理研究，La和Pr摻雜對(duì)Ba0．6K0．4BiO3樣品超導(dǎo)電性的影響，Hg摻雜對(duì)BaPb0．75Bi0．2

2、5O3樣品超導(dǎo)電性的影響，以及Hg摻雜對(duì)MgB2超導(dǎo)性能的影響。 論文第三章開發(fā)出一種BPBO熔鹽制備新技術(shù)。通過(guò)調(diào)整制備工藝，可控制樣品的晶粒形貌和尺寸等，實(shí)現(xiàn)BPBO超導(dǎo)體的可控生長(zhǎng)。本章最后，對(duì)制備BPBO超導(dǎo)體熔鹽反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行分析研究，突出體現(xiàn)了熔鹽法制備BPBO樣品的優(yōu)越性。此為論文創(chuàng)新點(diǎn)之一。另一方面，利用固相反應(yīng)法，溶膠凝膠法和高溫高壓法制備BaPb0．75Bi0．25O3超導(dǎo)體，并與熔鹽法制備樣品相比較，發(fā)現(xiàn)熔鹽

3、法制備樣品的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度明顯高于其它樣品。熔鹽法的成功應(yīng)用為BPBO超導(dǎo)體的制備提供了一個(gè)新的途徑，也為可控新型高溫超導(dǎo)材料的研究提供了有價(jià)值的參考。 在BKBO的制備過(guò)程中，開發(fā)出了一種新的熔鹽制備技術(shù)。通過(guò)改良傳統(tǒng)熔鹽法，并研究反應(yīng)原料配比，熔鹽量，反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對(duì)樣品組分和超導(dǎo)電性的影響，成功制備出性能高度穩(wěn)定的系列單相BKBO超導(dǎo)體。此為論文創(chuàng)新點(diǎn)之二。此研究解決了BKBO化學(xué)穩(wěn)定性差和單相BKBO樣品制備困難的問(wèn)題

4、，為大規(guī)模制備BKBO超導(dǎo)體奠定了基礎(chǔ)。 此后，將熔鹽法應(yīng)用于YBa2Cu3O7和NaxCoO2超導(dǎo)前驅(qū)體的制備，為高效低成本地制備這類氧化物超導(dǎo)材料提供了一個(gè)新的途徑。此為論文創(chuàng)新點(diǎn)之三。熔鹽法只需單步反應(yīng)即可完成，操作簡(jiǎn)單方便，制備溫度低，所需設(shè)備少且對(duì)設(shè)備要求較低，適合應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)，推動(dòng)BKBO及更多超導(dǎo)材料在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)程。進(jìn)一步改進(jìn)熔鹽法可用于制備單晶材料，為理論研究提供高品質(zhì)樣品。 第五章和第六章分

5、別研究摻雜對(duì)BKBO和BPBO樣品晶體結(jié)構(gòu)及超導(dǎo)電性的影響。其中La和Pr的摻雜在不同程度上抑制了Ba0．6K0．4BiO3的超導(dǎo)電性。Hg摻雜則導(dǎo)致BaPb0．75Bi0．25O3樣品超導(dǎo)電性的“再入”現(xiàn)象，即隨著摻雜濃度的增加，體系的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變經(jīng)歷以下過(guò)程：超導(dǎo)電性被抑制到完全消失然后再次進(jìn)入超導(dǎo)相，使得超導(dǎo)相圖中出現(xiàn)兩個(gè)超導(dǎo)區(qū)。文中通過(guò)電子結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建，對(duì)這一現(xiàn)象的機(jī)理進(jìn)行解釋。此為論文創(chuàng)新點(diǎn)之四。 針對(duì)BKBO和BPBO

6、系統(tǒng)，分別從能帶理論出發(fā)分析其絕緣體一金屬轉(zhuǎn)變機(jī)理，并定性分析其超導(dǎo)電性與宏觀晶格畸變的關(guān)系，建立簡(jiǎn)單鈣鈦礦結(jié)構(gòu)化合物中的超導(dǎo)模型。此為論文創(chuàng)新點(diǎn)之五。此理論的提出為在該體系中探索新超導(dǎo)材料提供了有價(jià)值的參考。 論文最后一部分研究Hg摻雜對(duì)MgB2樣品超導(dǎo)電性及性能的影響。高壓條件下合成的Mg1．05-x(HgO)xB2樣品臨界電流密度顯著提高。HgO與反應(yīng)原料中的鎂結(jié)合形成MgHg合金相，高溫高壓條件下，MgHg合金呈液態(tài)，均

7、勻分布在MgB2基體中，一方面抑制晶粒長(zhǎng)大，另一方面使氧化物雜質(zhì)在MgB2樣品中均勻分布，有效提高樣品的臨界電流密度，其機(jī)理與其它氧化物摻雜提高臨界電流密度機(jī)制有本質(zhì)的區(qū)別。與其它摻雜樣品相比較，利用高溫高壓技術(shù)合成的Hg摻雜MgB2樣品，雜相承載能力增強(qiáng)并有效提高了樣品的應(yīng)用性能，降低了制備過(guò)程中對(duì)反應(yīng)原料純度相當(dāng)高的要求，有利于工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。此為論文創(chuàng)新點(diǎn)之六。若進(jìn)一步對(duì)反應(yīng)初始原料配比及反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化，可能得到性能更為優(yōu)越的產(chǎn)品