一种高温超导材料临界电流密度测试的方法

临界电流密度(J_c)是超导材料的重要特征参数之一,精确的测量临界电流密度对研究超导材料特性及超导器件稳定性具有重要意义.本文介绍了一种基于经典电磁感应理论和超导技术理论测量YBCO超导薄膜临界电流密度的方法和测试装置.研究显示,在液氮环境下,将超导薄膜加入初级线圈和次级线圈中间会明显影响次级线圈的接收效果.我们根据此测量方法搭建了一种测量YBCO薄膜临界电流密度的实验装置.在分析实验测量误差后,通过实验的对比,得到了加入超导薄膜对次级线圈的感应电压的影响,并分析感应电压与线圈互感之间的关系,从而算出超导薄膜的临界电流密度.实验通过噪声抑制和数据校正,准确地测量了超导薄膜的临界电流密度.     

高温超导薄膜临界电流密度的无损测量研究

临界电流密度Jc是超导薄膜的一个重要参量,它可以衡量超导薄膜的功率承载能力。大面积高温超导薄膜制成后,其Jc需要被无损精确测量。文中提出了一种新的交流磁场下的高温超导薄膜临界态模型:(1)基于此模型对薄膜的临界电流密度进行了精确无损测量;(2)并将实验测量的三次谐波电压曲线进行拟合研究。首先,根据麦克斯韦方程和伦敦方程,计算外加直流磁场超导薄膜Meissner态下电流和磁场在薄膜内的分布;然后分析薄膜进入临界态后内部电流的变化,在考虑顶扎力作用的情况下,提出了临界态电流和磁场非均匀分布模型;最后根据其模型,推导出三次谐波电压的表达式。为了验证该理论,分别对四片超导薄膜在不同频率下进行了三次谐波和临界电流密度测量。实验结果表明:三次谐波电压的理论与实验曲线一致;与四点传输法的测量结果相比较,该方法测量超导薄膜临界电流密度的误差在5%左右,具有高精度、无损伤、方便快捷等优点。     

Ф3英寸双面超导薄膜Jc均匀性测量

临界电流密度Jc是评价超导薄膜质量的重要参数之一，采用Jc测量装置可以准确、快速、无损检测Ф2～3英寸双面膜的Jc均匀性。该装置是利用高温超导薄膜的超导转变对线圈内感应电压产生的变化这一原理，测量线圈由初级和次级组成，所用信号频率为20kHz，次级信号在同样频率下由锁相放大器检测，测量过程全部由计算机控制，对于超导微波滤波器应用所要求的高质量Ф2～3英寸双面超导薄膜材料，必须具有高的Jc和低的Rs值，采用该装置测量超导薄膜的Jc均匀性，与Rs对应关系进行分析，将有助于超导薄膜的质量控制。     

Φ3英寸双面超导薄膜Jc均匀性测量

临界电流密度Jc是评价超导薄膜质量的重要参数之一.采用Jc测量装置可以准确、快速、无损检测Φ2～3英寸双面膜的Jc均匀性.该装置是利用高温超导薄膜的超导转变对线圈内感应电压产生的变化这一原理,测量线圈由初级和次级组成.所用信号频率为20kHz.次级信号在同样频率下由锁相放大器检测.测量过程全部由计算机控制.对于超导微波滤波器应用所要求的高质量Φ2～3英寸双面超导薄膜材料,必须具有高的Jc和低的Rs值.采用该装置测量超导薄膜的Jc均匀性,与Rs对应关系进行分析,将有助于超导薄膜的质量控制.     

厚度诱导的YBa2Cu3O7-δ超导薄膜剩余应力及临界电流变化

本文通过脉冲激光沉积法制备了不同厚度(80nm、320nm、1000nm和2000nm)的YBa2Cu3O7-δ(YBCO)超导薄膜,对它们的剩余应力和临界电流特性进行了对比研究.通过系列的激光显微Raman光谱和磁化曲线测量分别获得了薄膜剩余应力和磁化临界电流密度(Jc)对薄膜厚度的依赖关系.结果显示超导薄膜内剩余应力越小,Jc越高.对于中等厚度的薄膜样品(320nm和1000nm),其膜内剩余应力较小,同时由其特征的磁通匹配场大小推知在该厚度范围内的样品具有较高的线性缺陷密度,从而显示出较高的Jc值.     

c轴织构1111型铁基超导体临界传输电流密的计算

采用最大网络流量模型和Ford-Fulkerson算法思想编写的Matlab程序在计算c轴织构122型铁基超导体临界传输电流密度时表现出色。变动部分参数后,该模型和计算方法也同样适用于其它铁基超导体。这里计算了c轴织构的1111型铁基超导体在不同温度和磁场下的临界电流密度Jc,并研究了材料的相对密度对Jc的影响。     

利用电子束蒸发制备铝隧道结工艺研究

采用电子束蒸发的方法在Si片上制备超导铝(Al)薄膜。利用X射线衍射和直流四电极电阻法分别测试了厚度从100埃到5000埃的Al薄膜物向组成,超导转变温度(Tc)和临界电流密度(Jc)。当Al薄膜厚度大于500埃时,超导转变温度Tc=1.2K。电子束蒸发制备的Al薄膜性能良好,具有较高的结晶质量,为制备Al超导隧道结奠定了良好基础。对小面积的Al超导隧道结工艺进行了研究,该超导隧道结两层的超导体材料为Al薄膜,中间势垒层材料为Al2O3。其中Al薄膜利用电子束蒸发制备,势垒层通过直接氧化Al薄膜表面实现,该工艺和采用直接蒸发氧化物薄膜工艺相比不仅简单而且能有效防止势垒层不连续造成的弱连接。     

超导转变温度T_c的测量

临界温度T_c,临界磁场H_c和临界电流密度J_c是表征超导体的三个主要参数,在探索高温超导体的途径中,测定T_c也是一项重要的工作。通常,用电阻法和电感法测量T_c。电阻法是根据试样中电阻减小为零来测量,而电感法是基于超导体的迈斯纳效应。本文着重介绍一套利用电感法测量超导体临界温度T_c的装置。采用数一模转换器由X-Y记录仪直接描绘超导转变曲线,观察超导转变过程。一套由DWT-702改装的恒温控温装置,可作4.2—20K的定点测量。整个装置操作简单、控制容易,精确度较高,为大量探索高温超导体提供了有利条件。     

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.     

原位法MgB_2-B_4C复相超导体合成及相含量调控研究

以B4C和Mg为原料合成的MgB2-B4C复相超导体具有高的临界电流密度(Jc)和高的超导转变温度(Tc),是一种有潜力的实用MgB2超导材料,其成相机理对复相MgB2超导体的相含量调控和磁通钉扎研究具有重要意义。结合经典烧结理论,研究了B4C-Mg真空固相烧结制备MgB2-B4C复相超导体的超导相形成和晶粒生长过程,给出了B4C-Mg的金斯特林格扩散模型和MgB2晶粒生长过程。通过选择B4C原料粒径,MgB2-B4C复相超导体超导相体积相含量在18%-88%范围可控。相含量88%的MgB2-B4C复相超导体临界转变温度达33.5K,转变宽度1.5K。10 K环境6T外场下电流密度可以达到1×104A/cm2,表明MgB2-B4C复相超导体具有良好的磁通钉扎行为。     

超导腔的热击穿和超导铌材料RRR值的无损测量

介绍超导腔热击穿原理 ;讨论了超导体热击穿磁场与超导材料 RRR值之间的定量关系 ;同时介绍一种非常实用的超导腔体 RRR值的测量方法涡流法无损测量原理及其实现方法 ;最后给出了国内外两种典型超导铌材料 RRR值的比较测量结果     

金属有机溶剂法Y1Ba2Cu3O7-δ超导薄膜的Ce掺杂效应

通过三氟乙酸盐-金属有机物沉积方法（TFA-MOD）研究了Ce掺杂对钇钡铜氧（YBCO）超导薄膜性能的影响.观察到10 mol%Ce掺杂使YBCO超导薄膜的c轴取相降低,出现明显的a轴晶粒,薄膜表面变得粗糙.尽管超导临界温度稍有减小,其超导临界电流密度（Jc）在高磁场下性能获得了有效提高,当外磁场强度达到2T时,超导薄...     

预处理柠檬酸对MgB2块材掺杂的影响

本文介绍了预处理柠檬酸(C6H8O7)掺杂对MgB2超导体的影响.通过该实验我们将柠檬酸中的一部分氧元素除去,降低了样品中MgO的含量,从而有效减轻了杂质相对超导转变温度(Tc)的抑制.另外,还发现样品的临界电流密度(Jc)在处理温度为200℃时达到最优值.在10K,4T条件下,200℃预处理的样品的Jc达到1.4×1...     

超导双面膜Tc与Jc的无损测量系统

利用高温超导体磁屏蔽原理研制了一种双面超导薄膜的临界参数无损测量系统。该系统有29个传感器，可以无损地测出双面薄膜中的任一面的临界参数（Tc、Jc）值。该系统用液氮冷却。可测量最大薄膜直径为75mm。全系统由计算机实现自动控制。     

高温超导材料的应用遇到困难

两年前当高温超导材料出现时,人们的注意力集中于高的临界温度,认为材料有可能在液氮温度(77K)得到应用,不需要使用不便且昂贵的液体氦,前景似乎很美妙.事实上,对实际应用言,更重要的是临界电流密度Jc.科学家们为提高Jc而努力,在薄膜材料中得到了很大的成功,Jc在液氮温度可达 105A/cm2,足以满足大多数电子学方面应用的要求.体材料却相反,最高的Jc值也要比上述结果小100多倍.科学家们发现在提高Jc方面面临着复杂困难的局面,这主要来源于磁通线格子的行为. 早在60年代,人们就发现当电流通过时,超导体中的磁通线会感受到推力.如果磁通线被推…     

陶瓷超导体的磁化强度和临界电流密度

假定晶内临界电流密度 Jc 为常量(Bean 模型),由磁化强度定义直接计算了四种形状的晶粒的不可逆磁化强眨 M 与 Jc 的关系,得到了相应的 Jc(△M)中的几何因子修正量.对第二类超导体,退磁场和退磁因子在 Meissner 态和H_(c1)附近的混合态仍是重要的,在其余磁场中都可以忽略.对氧化物陶瓷超导块,由于弱连接,晶间磁场近似等于外场.讨论了块样中非超导部分对实验测量的磁化强度■及 Jc 估算的影响.     

超导薄膜磁场穿透深度的双线圈互感测量

磁场穿透深度是联系超导体宏观电动力学与微观机制的重要物理量,其精确测量对于研究超导机理以及探索超导应用具有重要意义.在众多的磁场穿透深度测量方法中,双线圈互感法具有测量精度高、技术相对成熟、对样品没有破坏等优点,可被用于细致地研究超导薄膜的磁场穿透深度对温度、掺杂、外延应力等参量的依赖关系.本文首先简要介绍了双线圈互感法的基本原理,指出该方法的测量精度主要受系统几何参数及薄膜边缘漏磁的影响;之后对自主设计搭建的透射型双线圈互感装置进行了系统的校验,并详细说明了其测量精度:对于厚度为100 nm,穿透深度为150 nm的典型薄膜样品,穿透深度绝对值的测量误差小于10%;最后通过测量NbN超导薄膜的磁场穿透深度进一步检验了装置的精度,分析表明穿透深度的测量值与文献报道结果符合.     

122型铁基超导线带材实用化研究进展

在种类众多的新型铁基超导材料中,122型铁基超导体具有高转变温度、超高上临界场、低各向异性、高临界电流密度等优点,因此成为高场应用领域最具竞争力的铁基超导材料.目前122型铁基超导线带材在4.2 K,10 T下的传输临界电流密度已经超过10⁵A/cm²这一实用化门槛值,表现出十分广阔的应用前景.本文回顾了新型铁基超导体的发现及发展历程,结合122型铁基超导体的自身特点,就如何制备高性能122型铁基超导线带材展开讨论,同时对粉末装管法制备流程中影响线带材性能的几大关键因素进行了详细分析.重点介绍了近年来122型铁基超导线带材的实用化研究进展,包括高强度线带材的制备、圆线的研制、多芯线材及长线的制备、超导接头的研究、力学性能及各向异性的研究等.对122型铁基超导线带材实用化研究进行了总结,并对其未来的发展趋势进行了展望.     

“三测量点”确定NbTi/Cu复合超导线材分流温度

分流温度(Tcs)是指超导磁体在特定的工作磁场与电流下,当温度升高,超导体中的电流开始流向基体材料时的温度.本文测量了在不同磁场,不同温度时多个测量条件下ITER用NbTi/Cu复合超导线材样品临界电流密度的值,Jc=F(B,T);根据线材不同的使用条件,总结出"三测量点"确定NbTi/Cu线材分流温度的简便方法,对比导体短样分流温度的测量结果,进一步验证了"三测量点"测量线材分流温度并预测导体分流温度的可行性.它为线材制造商及时了解工艺改进效果提供了有力依据.     

短时高温热处理工艺对YBCO超导薄膜结构和性能的影响

通过无氟高分子辅助金属有机物沉积法(PA-MOD)制备了YBCO超导薄膜,研究了785～845℃的不同短时高温热处理对YBCO薄膜双轴织构、表面形貌及超导性能的影响.X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)的结果表明,经800℃短时高温处理的YBCO薄膜具有良好的双轴织构和平整致密的表面形貌.物性测量(Quantum-DesignSQUID)的结果表明,该薄膜超导转变温度达到90K,77K自场下的临界电流密度(Jc)为2MA/cm2.