摻雜MgB-,2-超導(dǎo)塊材的制備及其性能研究.pdf

1、簡單金屬化合物MgB2自2001年超導(dǎo)電性被發(fā)現(xiàn)至今，引起了世界各國科學(xué)家對(duì)其組織結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)原理、制備方法及應(yīng)用前景的廣泛興趣。它具有較高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(Tc=39K)、大的相干長度(5～6nm)、較高的上臨界場、沒有晶界弱連接、晶體結(jié)構(gòu)簡單、原料成本低廉和成材容易等一系列的優(yōu)點(diǎn)，是目前被認(rèn)為最有可能首先實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的超導(dǎo)材料。 本論文首先利用一種新的Mg擴(kuò)散方法在常壓下成功制備出致密的MgB2超導(dǎo)塊材及對(duì)其超導(dǎo)性能及磁通

2、釘扎進(jìn)行了研究，然后表征了不同Mg/B化學(xué)計(jì)量比對(duì)MgB2超導(dǎo)體樣品的物相、微觀結(jié)構(gòu)及超導(dǎo)性能的影響，最后利用固相反應(yīng)法合成了一系列納米Pr6O11摻雜的MgB2塊材，并詳細(xì)研究了摻雜后對(duì)MgB2超導(dǎo)體樣品的超導(dǎo)電性及磁通釘扎性能的影響。論文共分為五章，主要內(nèi)容簡要?dú)w納如下： 第一章首先主要介紹了超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)及發(fā)展歷史、兩大基本性質(zhì)；然后重點(diǎn)論述了超導(dǎo)體的同位素效應(yīng)、幾個(gè)重要特征參數(shù)、釘扎力和釘扎中心：最后簡單敘述了超導(dǎo)體的應(yīng)用

3、前景。 第二章先簡述了MgB2超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)及其物理化學(xué)特點(diǎn)；然后重點(diǎn)綜述了MgB2超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)及研究現(xiàn)狀，再對(duì)MgB2超導(dǎo)體的臨界電流密度特性、磁通釘扎性能及應(yīng)用前景進(jìn)行了討論；最后對(duì)MgB2超導(dǎo)體制備及成材過程中存在的問題進(jìn)行了分析和總結(jié)。 第三章利用一種新的Mg擴(kuò)散方法，在常壓下成功制備出致密的MgB2超導(dǎo)塊材，其樣品密度最高達(dá)1.95g/cm3。采用XRD、SEM對(duì)樣品的微觀結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)及其相成分進(jìn)

4、行分析，利用MPMS超導(dǎo)量子磁強(qiáng)計(jì)測量樣品磁矩隨溫度的變化曲線(M-T)和磁滯回線(M-H)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：加熱到900℃保溫24h后爐冷，所得到的樣品性能最佳。該樣品在500e的外場下，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(Tc)為38.1K，轉(zhuǎn)變寬度僅0.9K；10K，20K自場下臨界電流密度(Jc)值分別達(dá)0.53，0.37 MA/cm2。此外，通過添加少量納米Pr6O11或者石墨，都能使MgB2的實(shí)用化性能得到顯著改進(jìn)。 第四章采用固相反應(yīng)法在

5、常壓下制備了一系列不同Mg/B化學(xué)計(jì)量比的MgxB2(x=0.90，0.95，1.0，1.05，1.10)超導(dǎo)塊材，并分別通過XRD，SEM和MPMS對(duì)MgB2超導(dǎo)體樣品的物相，微觀結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：名義組分為Mg0.9582的樣品臨界電流密度Jc性能最好。由于Mg的不足，抑制了晶粒生長，同時(shí)也使得MgB2內(nèi)部Mg缺位、△Tc、FWHM、Hc2和Hin的明顯增加，顯著改善了MgB2的磁通釘扎性能。 第五章采用固

6、相反應(yīng)法制備了一系列納米Pr6O11摻雜的MgB2超導(dǎo)塊材，摻雜量分別為0，1，3，5，10wt.％。X射線衍射結(jié)果表明：隨著Pr6O11摻雜量的增加，MgB2的晶格常數(shù)也逐漸增大，也就是說Pr原子部分替代了MgB2晶格中的Mg原子。磁測量結(jié)果顯示，Pr6O11的摻雜對(duì)MgB2的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(Tc)有很小的抑制。在低含量Pr6O11摻雜(1wt.％)時(shí)，MgB2的臨界電流密度(Jc)和不可逆場(Hirr)均有明顯的提高，但進(jìn)一步提高Pr