Al_2O_3(0001)基底MgB_2/B/MgB_2多层膜的制备及性质

本文介绍了应用混合物理化学气相沉积(HPCVD)制备MgB_2薄膜技术,以B膜作为势垒层在单晶Al_2O_3(0001)基底上制作了纵向三明治结构的MgB_2/B/MgB_2多层膜.采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)和标准四线法对获得的MgB_2/B/MgB_2多层膜断面结构、超导薄膜晶体结构及超导特性进行了测量研究.实验结果表明,制备的MgB_2/B/MgB_2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.     

聚酰亚胺在MgB2约瑟夫森结制备中的应用

MgB_2超导材料由于其优异的超导性能和电学参数,是制作超导集成电路的理想材料之一。制备基于MgB_2超导薄膜的高质量约瑟夫森结是超导电子学应用的关键。以聚酰亚胺(PI)为抗蚀层,在MgB_2超导薄膜上实现微米量级的图形线条制作,以此工艺为基础,结合MgB_2超导薄膜的气相化学沉积和晶型B介质层沉积方法,制作了基于MgB_2超导材料的约瑟夫森纵向结阵列,并测试了相应结的约瑟夫森效应。     

MgB_2/Ta多层膜的制备及性质

本文应用磁控溅射技术(MS)和混合物理化学气相沉积法(HPCVD)在单晶Al_2O_3基底上制备MgB_2/Ta多层膜.通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)和标准四线法对MgB_2/Ta试样的表面形貌、晶体结构、超导特性及断面结构进行了测量研究.结果表明MgB_2/Ta多层膜结构清晰,超导薄膜显示出良好的超导特性.     

MgB_2/B/MgB_2约瑟夫森结的制备与直流特性

本文采用MgB_2薄膜的混合物理化学气相沉积制备技术和金属掩膜版工艺,以B膜为势垒层在单晶Al_2O_3(0001)基底上制作了纵向三明治结构的MgB_2/B/MgB_2约瑟夫森结.应用标准四引线法对该超导结的R-T曲线和不同温度下的直流I-V曲线进行了测量研究.实验结果表明,制作的MgB_2/B/MgB_2约瑟夫森结超导开启温度为31.3 K,4.2 K时临界电流密度为0.52 A/cm~2,通过对直流特性I-V曲线的微分拟合,清晰地观测到MgB_2的3D带的能隙?π为2.13 meV.     

硼膜制备工艺、微观结构及其在硼化镁超导约瑟夫森结中的应用

MgB_2材料具备临界转变温度较高、相干长度大、临界电流和临界磁场高等优点,被认为有替代Nb基超导材料的潜力.研究了不同温度下以化学气相沉积法制备的硼(B)薄膜的微观结构.实验结果表明:较低温度沉积的B先驱薄膜为无定形B膜,可以与Mg蒸气反应生成MgB_2超导薄膜;当沉积温度高于550?C时,所得硼薄膜为晶型薄膜;以晶型硼薄膜为先驱膜在镁蒸气中退火,不能生成硼化镁超导薄膜.利用晶型B膜的这一特点,成功制备了以晶型硼薄膜为介质层的硼化镁超导约瑟夫森结.     

挤压工艺制备19芯MgB_2超导线材及其性能研究

本文采用挤压工艺研制19芯结构的多芯MgB_2/Nb/Cu超导线材,通过单道次挤压工艺将多芯复合包套从Φ64mm挤压到Φ20mm。挤压后的复合线通过冷拉拔最终加工到Φ1.4mm,并在670℃,保温2h进行烧结热处理,成功地制备出百米量级长度的MgB_2超导线材。采用该工艺所制备MgB_2超导线材具有良好的晶粒连接性和芯丝结合强度;显微分析表明该多芯复合线材横截面及超导芯丝分布较为均匀;在20和35K,自场下测试了所研制线材的传输性能,其超导临界电流密度J_c分别为1.05×10~5和6.7×10~4A/cm~2。     

原位电阻测试分析Mg(BH_4)_2制备MgB_2的成相过程

Mg(BH_4)_2作为优质的储氢材料,在约300 ℃开始分解释放H_2,并最终生成MgB_(2.)由于Mg(BH_4)_2的释氢反应可以在较低的温度下获得MgB_2,使其成为了制备MgB_2超导材料的一种有效途径.本文采用了原位电阻法,通过测量Mg(BH_4)_2分解过程中电阻温度曲线,详细地研究了 Mg(BH_4)_2分解生成MgB_2的相变过程.同时,利用电阻温度的微分曲线,确定了在分解过程中不同产物的成相温度(TPF).其中,MgB_2的成相温度可以低至410℃.通过与粉末烧结法制备MgB_2块材的成相温度对比,估算出反应前Mg的颗粒尺寸最低可达3.4 nm.此外,样品的XRD分析给出了生成的MgB_2晶粒在10—18 nm之间,在SEM图像中也同样观察到了 MgB_2纳米纤维结构.这表明,Mg(BH_4)_2分解生成的Mg与B形成了接近原子级的混合,从而使MgB_2可以在更低的成相温度(410 ℃)、更短的反应时间内成相.该方法为MgB_2在超导应用的制备提供了新的思路,有利于实现MgB_2的工业化生产.     

热处理工艺对先位法 MgB2带材临界电流密度性能的影响

本文采用先位粉末装管法(ex-situ PIT)制备了12芯Ni基MgB_2超导带材,并研究了三种不同的热处理工艺对带材可加工性能、MgB_2-Ni反应层相成分、芯丝微观结构及输运临界电流性能的影响.研究表明:通过采用适当的热处理和加工工艺,可以有效改善超导带材的可加工性能,调控MgB_2芯丝与Ni基体的反应层厚度,从而获得各组元变形均匀、晶体连接性优良的带材.采用最佳的工艺获得的带材在4.2K、2T下临界电流(Ic)达到212A,临界电流密度为(Jc)为8.8×104 A·cm~(-2).     

不同包套材料对MgB_2超导线材性能影响

采用原位粉末套管法(in-situ PIT)制备了不同包套材料的MgB2线材,前驱粉末按照Mg:B=1.1:2的比例将Mg粉和B粉混合均匀,分别装人低碳钢、316L不锈钢以及Monel管中,均拉拔至直径1mm,然后800℃保温10min.对烧结后的线材进行微观形貌、相成分以及超导电性的分析检测.结果表明,MgB_2/Monel线材内部粉体中生成MgNi_2相,使其临界电流密度减弱;MgB_2/SS线材由于MgB_2粒径较大,使其高场下的J_c值较差;MgB_2/Fe线材的超导电性最好,在10K,0T时J_c高达5.3×10~5 A/cm~2.     

Fe的磁化对MgB_2/Fe线材载流特性的影响的仿真研究(英文)

由于铁的磁化特性,对于铁包套的MgB_2线材来说,线材的截面形状和铁包套的厚度都会影响到MgB2超导芯的磁场,进而影响到MgB_2线材的载流能力。文中将建立几种典型的单芯及多芯MgB_2线材模型,并利用有限元方法(finite element method,FEM)分析铁包套对这些模型中超导芯的最大磁场B_(max)和临界电流密度J_c,经过对这几种典型结构的载流能力进行比较,可以得到一些有益于改善铁包套MgB_2线材的载流能力的合理性建议。     

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.     

C掺杂MgB2超导线材的失超特性研究

研究了不同芯数(单芯、6芯和12芯)的C掺杂MgB2超导线材的失超特性.在制冷机环境(20K)下测量了C掺杂MgB2超导线材样品在自场下的最小触发能及失超传播速度.实验结果表明,失超传播速度随着工作电流的增大而线性增加.失超传播速度的大小跟测量位置有关,离触发区越近的传播速度越大.单芯样品的最小触发能最小,6芯和12芯线的最小触发能相差不大.最小触发能随工作电流的增加成指数形式衰减.     

原位法MgB2-B4C复相超导体的成相与特性

以B4C粉末与Mg粉为原料,采用真空同相反应法成功制备了复相MgB2超导块材,研究了不同制备工艺下MgB2的成相,测量分析了材料的X射线衍射谱、扫描电镜图像、低温电输运特性等.结果显示,合成的复相超导材料含MgB2超导相、B4C绝缘相和少量MgB2C2杂相,MgB2超导相含量与B4C粒径、合成温度、反应时间等有关,并在...     

从正常态电阻探讨MgB_2的超导机制

采用化学气相沉积先驱B薄膜两步异位退火法在不同条件下制备了6个MgB2超导薄膜样品,测量了样品的电阻随温度变化关系;结合描述正常态电阻的Bloch-Gruneisen公式,研究了正常态电阻的特性;正常态电阻的测量结果与电子-声子相互作用的描述相符,认为MgB2的超导机制是以声子为媒介的电子-声子相互作用为主。     

基于碳化硼复相MgB2超导体制备及特性

以廉价的B4C粉和Mg粉为原料,用真空固相反应法成功制备了复相MgB2-B4C超导材料,通过X-射线和扫描电子显微镜分析了样品的成相和织构,除MgB2、B4C和MgB2C2外样品中未明显检测到其它杂相,其中MgB2相含量高达87.7%.电阻-温度特性测量表明,所制备的样品零电阻温度Tc(0)=31.5 K,转变宽度(T...     

19芯Fe/Cu复合包套二硼化镁超导线制备及其超导性能研究

采用In-Situ PIT方法,以工业级低纯度B粉(92%)和镁粉(99%)为原料制备了19芯Fe/Cu复合包套MgB2超导线。断面扫描电镜观测表明,超导线内部超导芯分布排列均匀,Fe层都能完好包围MgB2芯体,Fe与Cu层结合紧密,填充因子0.17。750℃热处理1h后,样品超导转变温度Tc(onset)=33.5K,转变宽度ΔTc=4.8K。X光衍射检测发现,MgB2超导相中不存在其它Mg-B化合物杂项,但含有少量MgO和FeB2。多芯化后,超导芯中FeB2略有增加。四引线Ic测试发现,19芯样品在4.2K,4T时,临界电流密度为5622A/cm2,比单芯样品14400 A/cm2降低约2/3。     

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．     

MgB_2带材的超导电性与制备温度的关系

报导了利用电泳技术在不锈钢基底上制备 Mg B2 超导带材。采用扫描电子显微镜、X射线衍射、电测量和磁测量技术 ,分别研究了后退火温度对带材表面形貌、晶体结构、超导转变温度和临界电流密度的影响。结果表明 ,随着后退火温度的升高 ,Mg B2 带材的结晶情况逐渐变好 ,超导转变温度升高、转变宽度变窄。 90 0℃下制备的带材的临界电流密度为 6× 10 5A/ cm2 (5 K,0 T)。     

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。