实用化MgB2超导材料研究进展

本文综述了实用化MgB2超导材料的最新研究进展.最新的理论和实验结果表明通过元素替代和掺杂,有希望进一步提高MgB2超导线带材的临界电流密度和磁通钉扎特性,完全可以达到实用化要求.目前MgB2超导磁体的制备技术研究已经开始,极有可能开发出采用闭路循环制冷机制冷的核磁共振成像仪(MRI)取代现在医学上使用的基于低温超导的核磁共振成像系统.     

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．     

MgB2超导体的正电子湮没研究

本文利用正电子湮没技术（PAT）对不同密度的MgB2样品分别进行了测定，结果发现正电子在MgB2中自由态的湮没时间（本征寿命τ1）和在捕获态的湮没时间（缺陷寿命τ2）比其他高温超导体都明显要高，这反映了MgB2的体电子浓度相对于其它超导体要低，可能归因于MgB2超导材料本身的晶体结构和化学组成，MgB2超导材料的正电子寿命不仅与晶体的结构缺陷，而且与样品的密度或孔隙度有关．     

利用电泳法在金属基底上制备MgB2超导厚膜

利用电泳技术在高熔点金属基底Ta,Mo和W上制备MgB2 超导厚膜 .厚膜中的MgB2 晶粒结合紧密 ,粒度小于1μm ,呈随机取向生长 .电阻测量表明沉积在Ta ,Mo,W上的MgB2 厚膜的超导起始转变温度分别为 3 6.5K ,3 4.8K ,3 3 .4K ,对应的转变宽度为 0 .3K ,1.5K和 2 .0K .三种基底上制备的MgB2 厚膜的临界电流密度在不同温度下随外磁场的变化情况基本相同 ,MgB2 Mo厚膜的临界电流密度在 5K ,1T时可达 1.2× 10 5A cm2 .本工艺可以随意控制膜的厚度、形状、大小 ,也可进行双面沉积 ,且制备出的MgB2 厚膜的超导性能优良 ,为MgB2 超导体的实用化提供了可能     

采用扩散法制备高临界电流密度的MgB2块材研究

采用一种新的Mg扩散方法,在常压下成功制备出致密的MgB2超导块材,样品密度最高达1.95 g/cm3,并得到了最佳的热处理条件.采用X射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM)和超导量子干涉仪(MPMS)分别对样品的物相,微观结构和超导性能进行了表征.结果表明:纯的MgB2在5×10-3 T的外场下,起始超导转变温度(Tc)为38.1 K,转变宽度仅0.9 K;10 K自场下临界电流密度(Jc)值达0.53 MA/cm2.此外,纳米Pr6O11或C掺杂能显著改善MgB2的实用化性能,其中15at.%C掺杂的MgB2(MgB1.85C0.15)在10 K,6 T下,Jc高达104 A/cm2.     

MgB2超导磁体失超传播与失超保护研究

基于现有MgB2超导线材的最新发展水平,设计了一个1.5T的超导磁体. 通过求解FDE方程,了解和分析该磁体的失超传播过程中电阻变化和温度分布情况.对于设计的磁体的应用,提出了可行的失超保护方案.由于MgB2超导材料和常规高低温超导材料相比具有多方面的优势,MgB2超导磁体的先期研究就具有了非常重要的应用意义.     

电流转移对MgB_2/Fe超导带材失超传播速度的影响

在MgB2/Fe超导带材中,Fe包套与MgB2超导芯的交界处有很薄的反应层,其主要成分为Fe2B和FeB,其电阻率很高,导致当电流在基材和超导芯间转移时存在一个转移长度,在这一长度上会产生电压分布并伴随有焦耳热产生,从而影响到带材的临界电流测量和热稳定性.本文使用分布电阻模型分析了MgB2/Fe超导带材中的电流转移特点,推导出电流转移长度的公式及由于电流转移产生的焦耳热.并把电流转移产生的焦耳热加入到MgB2/Fe超导带材在绝热条件下失超传播的一维分析当中,推导出失超传播速度的公式,对超导带材失超传播速度的传统计算公式进行了改进.本文对研究MgB2/Fe复合超导带材的热稳定性分析及MgB2超导带材的实用化具有参考价值.     

采用CVD异位退火和双温区HPCVD工艺制备MgB_2/B/MgB_2多层膜北大核心CSCD

介绍了采用了MgB2薄膜的化学气相沉积(CVD)异位退火和双温区混合物理化学气相沉积(HPCVD)制备技术,并以B膜作为势垒层在多晶的Al2O3基底上制作了三明治结构的MgB2/B/MgB2多层膜.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和标准四线法对制备的MgB2/B/MgB2多层膜的断面结构、超导薄膜晶体结构及超导特性进行了测量研究.结果表明,制备的MgB2/B/MgB2多层膜结构清晰,底层和顶层超导薄膜显示出良好的超导特性.     

MgB_2超导储能磁体可行性研究及结构优化

MgB2作为超导材料中的一颗新星,可以很好的应用于超导磁体。文中对比分析了作为超导磁体应用材料MgB2的超导特性,之后进行了MgB2磁体电磁设计。并通过与已有的Bi系超导磁体的对比,论证了MgB2在超导储能磁体应用中的可行性。针对MgB2超导特性进行磁体结构优化设计,得到两种新思路的螺管型磁体模型,都能够达到更好的经济性。     

MgB2超导薄膜的微波测量

报道了利用蓝宝石介质谐振器技术测量MgB2超导薄膜的微波表面电阻Rs、OK时的穿透深度λ(O)和超导能隙△(O)．λ(O)和△(O)的值是通过先测量样品穿透深度λ(T)的变化量△λ(T)，然后由BCS理论模型拟合△λ（T)的实验数据得到的．测试样品是利用化学气相沉积技术在MgO(111)基片上制备的c轴织构的MgB2超导薄膜，薄膜的超导转变温度和转变宽度分别为38K和0．1K．微波测试结果表明在10K，18GHz下MgB2薄膜的Rs约为100μΩ，可以和高质量的YBCO薄膜的Rs值相比拟；BCS理论拟合得到的MgB2超导薄膜的λ(0)=102nm，△(0)：1．13kTc．     

新型超导体二硼化镁(MgB_2)基础研究及其应用展望

文章简要介绍了新型超导体二硼化镁的发现、研究进展和应用前景 .理论和实验都已经证明 ,二硼化镁的超导电性来源于电声子耦合 ,可以用具有S -波对称性波函数的BCS图像来描述 .然而在二硼化镁超导体中 ,人们发现有两个超导能隙 ,一个在 6meV ,另外一个在 2meV左右 ,它们同时在超导转变温度处打开 ,这给超导机理研究带来了一些新的内容 .在混合态物理方面 ,人们发现超导与正常态的边界线 (上临界磁场Hc2 )与磁通融化线(不可逆线Hirr)之间有很大的间隙 ,即使在绝对零度时也是如此 ,作者提出这可能是由于双能隙的结果或磁通物质的量子融化 .在应用方面 ,最有可能把它做成超导磁体 ,利用闭路循环制冷机制冷在 2 0K左右使用 ,这样极有可能取代现在医学上使用的核磁共振成像的液氦温度超导磁体     

Superconductivity in dense MgB2 wires

MgB2 becomes superconducting just below 40 K. Whereas porous polycrystalline samples of MgB2 can be synthesized from boron powders, in this Letter we demonstrate that dense wires of MgB2 can be prepared by exposing boron filaments to Mg vapor. The resulting wires have a diameter of 160 microm, are better than 80% dense, and manifest the full chi = -1/4pi shielding in the superconducting state. Temperature-dependent resistivity measurements indicate that MgB2 is a highly conducting metal in the normal state with rho(40 K) = 0.38 microOmega cm. By using this value, an electronic mean-free path, l approximately 600 A can be estimated, indicating that MgB2 wires are well within the clean limit. Tc, Hc2(T), and Jc data indicate that MgB2 manifests comparable or better superconducting properties in dense wire form than it manifests as a sintered pellet.     

拓扑指数与掺杂二硼化镁体系超导电性的关系

构建了电性连接性指数mF和价电子能级连接性指数mE,计算了二硼化镁体及掺杂二硼化镁体系的0阶拓扑指数0F和0E,发现与超导转变温度Tc之间有良好的规律性,因此,本文提出以电性连接性指数mF和价电子能级连接性指数mE作为掺杂二硼化镁体系超导电性的新判据.     

Superconductivity of metallic boron in MgB2

Boron in MgB2 forms stacks of honeycomb layers with magnesium as a space filler. Band structure calculations indicate that Mg is substantially ionized, and the bands at the Fermi level derive mainly from B orbitals. Strong bonding with an ionic component and considerable metallic density of states yield a sizable electron-phonon coupling. Together with high phonon frequencies, which we estimate via zone-center frozen phonon calculations to be between 300 and 700 cm(-1), this produces a high critical temperature, consistent with recent experiments. Thus MgB2 can be viewed as an analog of the long sought, but still hypothetical, superconducting metallic hydrogen.     

Superconductivity of MgB 2 Thin Films Prepared By CoEvaporation and Magnetism of MgB 2 /Fe Multilayers Studied By Mössbauer Spectroscopy

MgB 2 thin films and MgB 2 /Fe multilayers have been prepared by vapor deposition of the elements in vacuum. X-ray diffraction studies of the MgB 2 samples show preferred c -axis growth along the film normal direction. Superconducting transition temperatures of 18 K and 22 K have been measured before and after annealing, respectively, of an MgB 2 film of 1575 Å thickness. Atomic force microscope images show island growth of the films leading to a rough surface. Mössbauer spectroscopy on MgB 2 /Fe/MgB 2 multilayers of various Fe layer thicknesses indicates superparamagnetic behavior. Evidence is provided for the formation of interfacial amorphous (a-) Fe 3 B. The magnetic ordering of Fe and a-Fe 3 B and the size effect in MgB 2 are assumed to be the cause for the destruction of the superconductivity in the as-grown multilayers.     

硬度和电负性对掺杂二硼化镁体系临界电流密度的影响

依据Slater过渡态计算法计算出的元素的硬度和电负性作为标度,通过对二硼化镁及掺杂二硼化镁超导体硬度和电负性的计算,研究了二硼化镁及掺杂二硼化镁超导体硬度和电负性与临界电流密度的关系,发现其具有较好的规律性。由此,提出用硬度均衡值ηcq和电负性的平均效应值cχq作为提高掺杂二硼化镁超导体临界电流密度的一个新依据,对今后二硼化镁超导电性的改善有很好的指导意义。     

SiC掺杂MgB_2的烧结过程及其动力学分析

SiC掺杂MgB2体系由于其优异的超导性能而受到普遍关注并成为超导领域中一大研究热点,但是目前的研究大多集中在SiC对MgB2超导性能的影响上,对SiC的加入对MgB2烧结过程的影响研究很少.本文结合差热分析和物相鉴定,系统研究了SiC掺杂MgB2体系的烧结过程,并在此基础上探究了其反应动力学机理.结果表明,在烧结过程中Mg先和B发生反应,随着温度的升高在Mg和B还没有反应完全的时候SiC和Mg继而开始反应.反应动力学分析表明该体系的固相反应阶段为相界面控制反应过程,其表观活化能为547.5KJ/mol,指前因子为5.76×1015min-1.     

平均价电子数与掺杂MgB_2体系临界电流密度的关系

研究了掺杂二硼化镁超导体系的平均价电子数与临界电流密度之间的关系,发现它们之间有较好的规律性。由此,提出用平均价电子数作为提高掺杂二硼化镁超导体临界电流密度的一个新依据,对今后二硼化镁超导电性的改善有很好的指导意义。     

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。