MgB2超导体含碳掺杂研究进展

MgB2超导体具有临界转变温度39 K、原材料廉价及制备工艺简单等优点,被认为是MRI中已用超导体最好的替代者.但是临界电流密度(Jc)随外加磁场增大下降较快的这一问题极大的阻碍了其实际中的应用.实验结果表明:采取掺杂的方法来提高MgB2的超导电性尤其是高场下Jc值是一条有效的途径,本文概述了用单质碳和含碳化合物对MgB2超导体进行掺杂从而提高其超导特性的最新研究工作,具体介绍了掺杂物颗粒大小、掺杂量以及烧结温度等参数对MgB2超导电性的影响.研究表明:在碳单质掺杂中纳米级碳颗粒和碳纳米管具有比较好的掺杂性能,可以大幅度提高高场下的Jc值;在含碳化合物中,用纳米级SiC进行掺杂不仅可以大幅度提高高场下的Jc值,而且相比碳单质有更高的Tc值.根据目前的研究结果,最后本文对MgB2超导体掺杂研究的未来发展趋势进行了展望.     

晶格常数与掺杂MgB2体系超导电性及硬度均衡值ηcp的关系

依据现有的MgB2掺杂实验,通过对掺杂MgB2体系超导电性与其晶格常数的研究,发现具有较好的规律性.因此本文提出用晶格常数作为掺杂MgB2超导电性的一个判断标准.为了得到晶格常数随掺杂元素及掺杂比例的变化规律,我们又研究了晶胞体积与掺杂MgB2体系硬度均衡值ηcp的关系,发现也具有较好的规律性.这些结果对掺杂二硼化镁超导电性的研究工作及今后实验工作者掺杂元素和掺杂比例的选取都有很好的指导意义.     

热处理温度对MgB2超导材料的超导电性及微观结构的影响

采用粉末烧结方法在不同温度(650℃,700℃,750℃,800℃,850℃,900℃)制备了MgB2超导块材.采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)研究了热处理温度对MgB2超导材料的成相及微结构的影响.采用磁化法测定不同温度制备MgB2超导材料的超导电性.结果显示热处理温度对MgB2超导材料的晶粒尺寸、形状和超导电性有明显影响,700℃制备的MgB2超导体具有最高的临界电流密度和最好的磁通钉扎特性,细小的晶粒尺寸是样品磁通钉扎特性改善的原因.     

葡萄糖掺杂MgB_2块材超导电性研究

本文采用化学溶液法制备了在不同热处理条件下葡萄糖掺杂的MgB2块材样品.并对样品的晶体结构及超导电性进行了系统分析.X射线衍射结果表明掺杂样品a轴方向上的晶格参数减小,说明MgB2晶格中部分硼原子被葡萄糖分解后的活性碳原子所替代.此外,在两种不同烧结温度下,5wt%C6H12O6掺杂量对Tc都有较小的抑制,但不可逆场和高场下的载流能力得到了提高.在10K,5T下,掺杂样品的临界电流密度可达104A/cm2,比纯样Jc值大2～3倍,这表明掺杂样品的磁通钉扎性能得到了有效改善.     

热处理温度对MgB2超导材料的超导电性及微观结构的影响

采用粉末烧结方法在不同温度（650℃，700℃，750℃，800℃，850℃，900℃）制备了MgB2超导块材．采用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）研究了热处理温度对MgB2超导材料的成相及微结构的影响．采用磁化法测定不同温度制备MgB2超导材料的超导电性．结果显示热处理温度对MgB2超导材料的晶粒尺寸、形状和超导电性有明显影响，700℃制备的MgB2超导体具有最高的临界电流密度和最好的磁通钉扎特性，细小的晶粒尺寸是样品磁通钉扎特性改善的原因．     

电负性/价电子轨道能拓扑指数与MgB_2体系转变温度的关系

利用电负性拓扑指数mF和价电子轨道能量拓扑指数mX的0阶指数0F和0V分别计算了MgB2及其掺杂MgB2体系的0F、0V发现其与超导转变温度Tc之间有良好的规律性,转变温度高的物质在最佳掺杂范围对应的0F和0V分别为2.9034-2.9509和3.9218-3.8613内。因此本文就以0F0、V作为掺杂MgB2体系超导电性的一个判据来选取掺杂物及浓度以提高转变温度,为实验工作者今后探索更好的掺杂MgB2体系超导物提供了一个很好的经验借鉴。     

MgB_2/Nb/Cu多芯线材的力学性能研究

实验中对采用原位法粉末装管工艺(in-situ PIT)制备的Nb芯增强,6芯、12芯和36芯等多种导体结构的Nb/Cu复合包套MgB2多芯超导线材的力学性能进行了针对性地研究;设计并加工了一套专门用于低温下MgB2线带材弯曲应力测试的样品架;研究了MgB2线带材的临界电流随弯曲应力的变化性能;同时研究了室温及低温条件下的拉伸对MgB2线材超导电性的影响。力学性能分析表明,所制备的Nb芯增强6芯MgB2超导线材在弯曲直径为80mm以上时,超导临界传输电流没有出现明显的退降,同时该线材的拉伸力学性能也比未增强线材有明显的改善。     

纳米Pr6O11粉末掺杂MgB2超导电性研究

本文采用固相反应法制备了一系列纳米Pr6O11掺杂的MgB2超导块材,掺杂量分别为0,1,3,5,10wt.%.X射线衍射结果表明:随着Pr6O11掺杂量的增加,MgB2的晶格常数也逐渐增大,也就是说Pr原子部分替代了MgB2晶格中的Mg原子.磁测量结果显示,Pr6O11的掺杂对MgB2的超导转变温度(Tc)有很小的抑制.在低含量Pr6O11掺杂(1wt.%)时,MgB2的临界电流密度(Jc)和不可逆场(Hirr)均有明显的提高,但进一步提高Pr6O11的掺杂量时,会损害MgB2在高场下的性能.文中同时也讨论了Pr6O11掺杂影响MgB2的Tc和Jc性能的机理.     

热处理对MgB_2超导体超导电性和显微结构的影响

采用固相反应法常压下制备MgB2超导块材,研究两种不同的热处理工艺(淬火、预热)对MgB:超导电性和显微结构的影响.结果显示淬火有助于细化晶粒,提高样品的临界电流密度;预热在一定程度上提高MgB2样品的致密度和磁通钉扎力,其中随炉升温600℃预热1 h再升至750℃保温0.5 h后淬火的样品自场Jc达到0.586 MA/cm2,不可逆场超过7 T,20 K下在0.8T达到最大钉扎力Fpumax.     

脉冲磁场处理对碳纳米管掺杂MgB2线材临界电流密度的影响

对碳纳米管(CNT)掺杂MgB2超导体磁场处理后的行为进行了研究. 结果表明,CNT掺杂MgB2超导体经5T脉冲磁场处理后临界电流密度Jc(H)在低磁场下提高了2-3倍,高场下提高一个数量级以上,扫描电镜结果显示CNT沿着处理磁场方向规则排列并且成为MgB2基体的形核中心和高效的磁通钉扎中心.     

TiB2掺杂MgB2超导线材临界电流密度和显微结构研究

以低碳钢管为包套材料,采用原位粉末套管法制备出5 mol%TiB2掺杂的MgB2超导线材.利用X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱分析和标准的直流四电极电阻法分别测试了线材的物相组成、显微结构、化学组成和临界电流密度(Jc).结果显示,TiB2掺杂能够提高MgB2线材的Jc,使其达到了9960 A/cm2(6K,4.5T)和1110 A/cm2(6K,7T),比未掺杂线材分别提高了14%和26%.TIB2掺杂引起的MgB2晶粒减小,晶界面积增加和晶粒连结性改善,是Jc提高的主要原因.在未掺杂MgB2线材中还发现了微裂纹、MgO晶须等不利于超导性能的特殊显微结构.     

硅掺杂MgB_2超导薄膜的制备及研究

本文报道了基于混合物理化学气相沉积法(Hybrid physical-chemical vapordeposition,简称为HPCVD),以硅烷热解出的Si原子作硅源,在SiC衬底上原位生长了一系列硅掺杂MgB_2超导薄膜样品.样品中最大硅掺杂量是9%.与纯净的MgB_2薄膜相比较,掺杂样品的超导临界转变温度T_c没有大幅下降,超导临界电流J_c得到了一定提升.在温度为5K,外加垂直磁场为3T的条件下,样品的临界电流密度最大达到2.7×10~5Acm~(-2).同时上临界场H_(c2)在超导转变温度附近对于温度的变化曲线斜率—dH/dT也有一定的提高.     

MgB2超导圆线基底交流损耗的计算分析

二硼化镁(MgB2)超导体在非铜氧化物陶瓷超导体中具有最高临界转变温度,给超导应用带来了新的契机.铁与镁不反应,且价格低廉,在需要热处理的超导成材工艺中,常常采用铁作MgB2的基底;然而,这种高磁导率的材料有可能增大基底的损耗.本文采用有限元分析软件ANSYS计算了工频下不同材料基底超导圆线传输交流的基底损耗,分析了基底损耗与电流大小、基底厚度之间的关系,对双层基底的损耗也进行了研究.本文的结果对于适当选取截面尺寸、基底材料和工作电流以期减小交流损耗,具有一定参考意义.     

激光辐照对MgB2超导体电子结构的影响

研究了光辐照对MgB2超导体电子结构的影响。对MgB2超导体进行不同时间的激光照射后,利用正电子湮没技术对光照样品进行了研究,根据正电子寿命谱参数的变化情况,对光辐照后MgB2超导体样品中缺陷及电子结构的变化进行了讨论。实验表明:MgB2超导体中的平均电子浓度对激光的照射十分敏感,并随光照时间的增加而增加。     

MgB2超导体能隙与比热的关系

基于双带模型,通过引入非电子—声子相互作用并利用自洽近似方法在BCS理论框架内讨论了硼化镁超导体的能隙及电子比热。     

电子性作用对MgB2超导体同位素效应的影响

通过引入电子性作用V_c,在弱耦合条件下导出了两带模型的T_c公式和同位素效应指数公式,计算了超导体MgB_2的超导转变温度和同位素效应,得到了与实验相符的结果。结果表明,带内电子性作用比带间电子性作用对同位素效应指数的影响要大。     

Survival of the d-wave superconducting state near the edge of antiferromagnetism in the cuprate phase diagram

In the cuprate superconductor YBa2Cu3O6+x, hole doping in the CuO2 layers is controlled by both oxygen content and the degree of oxygen ordering. At the composition YBa2Cu3O6.35, the ordering can occur at room temperature, thereby tuning the hole doping so that the superconducting critical temperature gradually rises from 0 to 20 K. Here we exploit this to study the c-axis penetration depth as a function of temperature and doping. The temperature dependence shows the d-wave superconductor surviving to very low doping, with no sign of another ordered phase interfering with the nodal quasiparticles. The only apparent doping dependence is a smooth decline of superfluid density as T(c) decreases.     

BaO掺杂对单畴GdBCO超导块材性能的影响(二)

为了有效地抑制Gd BCO超导块材在生长过程中出现的Gd/Ba替换现象,在前期工作的基础上,本文采用顶部籽晶熔渗生长工艺,通过在固相先驱粉中添加不同含量的Ba O粒子成功地制备出了一系列高性能的单畴Gd BCO超导块材,并且对样品的微观形貌以及临界电流密度进行了研究和分析.结果表明,随着BaO掺杂量的增加,样品中的Gd_(1+x)Ba_(2-x)Cu_3O_(7-δ)固溶体(Gd123ss)相呈现出减少的趋势,并生成了纳米量级的Gd123ss,这对GdBCO超导样品中存在的Gd/Ba替换起到了很好的抑制作用,使得样品中的GdBa_2Cu_3O_(7-δ)(Gd123)超导相有所增加;同时当样品中BaO的添加量在2 wt%—4 wt%之间时,样品的临界电流密度在一定程度上得到了有效提高.     

Evidence for a quantum phase transition in Pr2-xCe(x)CuO4-delta from transport measurements

The doping and temperature dependences of the Hall coefficient, R(H), and ab-plane resistivity in the normal state down to 350 mK is reported for oriented films of the electron-doped high-T(c) superconductor Pr(2-x)Ce(x)CuO(4-delta). The doping dependences of beta (rho=rho(0)+ATbeta) and R(H) (at 350 mK) suggest a quantum phase transition at a critical doping near x=0.165.