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...     

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。     

非铁磁性管套法硼化镁带材的基本物理特性

采用粉末管套法,在不锈钢、铜和铝非铁磁性金属管套中制备了MgB2超导带材。电阻温度特性测量表明,以不锈钢管为包套制备的MgB2超导带材具备较好的电输运性能:临界转变温度最高(Tc=33.7K)、转变宽度最窄(零电阻转变ΔTc=1.2K,完全抗磁转变Tm=1.9K)。XRD测量显示,三种管套都能够使MgB2良好成相,MgB2和MgO相的相含量比例R(SS、Cu、A l)分别为7.15、2.45、3.77,样品中MgO相应该是Mg和管套中残余的氧反应的结果,铜管和铝管中还分别检测到了Cu2Mg和A l3Mg2相。对不锈钢管套MgB2带材的热导率测量显示,在超导转变温度以下热输运能力单调下降,满足多晶导体内热运动随温度变化的理论结果。     

MgB2超导薄膜正常态电阻特性研究

研究了MgB2超导薄膜正常态电阻的影响因素,探讨了与之相应的超导电性机制。MgB2超导薄膜样品采用两步异位退火的Mg扩散方法制备,通过电阻~温度曲线测量、扫描电子显微镜形貌观测和光学金相显微镜观察等方法研究了所制备薄膜的基本特性。实验结果表明,先驱硼薄膜的纯度严重影响着所生成的MgB2超导薄膜的转变温度,退火温度越高,影响越大;退火温度高的样品,正常态电阻大;退火时间长的样品正常态电阻大。     

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。     

C、Cu掺杂对MgB_2超导电性的影响

本文利用固相烧结法制备了一系列碳(C)、铜(Cu)掺杂的二硼化镁(MgB2)样品,并对样品进行细致的分析.X射线衍射图表明随着C掺杂量的增加c轴方向晶格常数几乎不变,a轴方向晶格常数略有减小,c/a随C掺杂量的增加逐渐增大,由此估算出了C的实际替代量,推测出此条件下C在MgB2中溶解度在12.5%和15%之间.电阻随温度变化关系(R～T)表明在Cu的掺杂量确定时,转变温度(Tc)随C的掺杂量的增大而降低。     

Mg粉粒度对MgB2超导体宏观特征和显微结构的影响

研究了Mg粉粒度对MgB2超导体宏观特征和显微结构的影响规律。将不同粒度的Mg粉和B粉分别按1.03∶2的比例混合、压制成型后,在流通高纯氩气的条件下于800℃烧结1h,制备出MgB2块材。利用阿基米德方法、X射线衍射仪和扫描电子显微镜等分别测试样品的密度、物相组成和显微结构等。结果表明,Mg粉粒度对MgB2超导体的物相组成没有影响;随着Mg粉粒度的增加,MgB2超导体的最大气孔尺寸、质量损失率、体积膨胀系数都逐渐增大,但其密度逐渐降低。     

混合物理化学气相沉积法制备蓝宝石衬底外延MgB2薄膜性质的研究

我们用混合物理化学气相沉积(Hybridphysicalchemicalvapordeposition简称为HPCVD)法在αAl2O3(00l)衬底上原位制备了一批超导性能良好的外延MgB2超导薄膜样品.用10%浓度的乙硼烷(B2H6)氢气混合气作为原料,研究了不同条件对MgB2薄膜沉积速率的影响.在一定条件下制备了一批MgB2薄膜,厚度为200nm左右,样品的零电阻转变温度(Tc0)最高达到39K.X射线衍射分析的θ～2θ扫描表明,MgB2薄膜的晶粒都具有较好的C轴取向,对样品的(101)面Φ扫描结果显示MgB2薄膜晶格与衬底有很好的外延取向,取向关系为[1010]MgB2∥[1120]Al2O3.由毕恩模型计算求得在5K和零场条件下,样品的临界电流密度Jc=9.8×106A/cm2.这些结果表明HPCVD技术在MgB2外延薄膜原位制备方面有着很大的优势,从而有利于实现MgB2薄膜在电子器件方面的应用.     

热处理温度对MgB2超导线材临界电流密度及磁通钉扎的影响

将化学计量比为1∶2的Mg粉和B粉直接装管,采用原位粉末套管(PIT)技术制备了MgB2/Fe线材,在四个温度条件下(650℃,750℃,850℃,950℃)进行了热处理.采用四引线法测量了不同温度和磁场下线材的临界电流密度(Jc),分析了热处理温度对磁通钉扎的影响,采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)研究了线材中MgB2超导相的微观结构.结果表明:热处理温度对MgB2/Fe线材的Jc和磁通钉扎特性有显著影响,最佳热处理温度应为750℃.     

制备温度对MgB-2薄膜超导电性的影响

报道了用两步法制备MgB2超导薄膜.首先利用脉冲激光沉积技术制备B膜,然后在Mg蒸气环境下对B膜进行后退火处理,通过扩散反应生成MgB2超导薄膜.采用扫描电子显微镜、x射线衍射、电阻测量和磁测量技术分析了前驱物B膜的制备温度对扩散产物MgB2薄膜的表面形貌、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B膜制备温度的降低,MgB2薄膜中晶粒粒度减小、c取向的衍射线宽化、超导转变温度升高、临界电流密度增大.300℃时制备的MgB2超导薄膜的超导起始转变温度为395K,临界电流密度为13×107A 关键词： MgB2超导薄膜 脉冲激光沉积 基片温度     

块体MgB_2中Zr元素对其致密性和微观结构的影响

将Mg粉、Zr粉和B粉按比例混合获得MgxZr1-xB2(x=5%、10%和20%),压制成型后,在流通氩气的条件下于800℃烧结2h。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析显微结构和化学组成,并且对烧结后的样品进行差热分析DSC。结果表明,适量的Zr掺杂使得MgB2的平均晶粒尺寸变小,晶界面积增加和晶粒连接性改善,从而获得致密性较高的MgB2超导体。     

IMD-MgB_(2)超导线材的研究进展

中心镁扩散技术(IMD)自2003年被Giunchi等人首创以来,国内外学者系统地揭示了Mg与B反应机制,MgB_(2)烧结成相过程及掺杂物的影响;IMD-MgB_(2)线材具有致密的MgB_(2)层,J_(e)远高于同等条件下传统PIT法制备的线材.目前IMD-MgB_(2)百米级线材已被成功制备,为IMD-MgB_(2)超导线材的生产应用奠定了基础.本文首先简要介绍了IMD-MgB_(2)超导线材的发展历程,其次讨论了对线材超导性能影响的相关因素,包括B粉和C掺杂、有效的MgB_(2)层密度、晶粒尺寸、粉末填充系数、线材直径、热处理条件及线材的交流损耗,最后简述了IMD-MgB_(2)超导线材目前存在的技术难题及未来的工作重心.     

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.     

超导体MgB2成相过程研究

根据镁和硼的基本化学性质、杂化轨道理论、前线轨道理论和粉末反应理论,分析了粉末反应中MgB<,2>晶核的形成及生长过程.这一过程可分三步完成:(1)两种粉粒碰撞接触,做反相微幅受追振动,产生MgB<,2>成相区;(2)两个硼原子相遇,价轨道经sp<'2>杂化生成B<,2>,镁原子的两个3s价电子自旋相反成对填入B<,2...     

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.     

铝、碳共掺提高MgB_2临界电流密度

本文研究了在MgBq超导体中Al,C及两种元素共同掺杂时对样品的超导转变温度,不可逆场和临界电流的影响.研究发现,少量的铝掺杂可以提高MgB2超导材料在低场下的临界电流密度,但由于对Tc的抑制而降低其在高场下的载流能力,而碳掺杂则可以有效提高MgB2超导材料的上临界场和不可逆场,从而达到改善其在高场下的载流能力的目的.研究发现,在0-7T外磁场范围内,1%铝和1%碳共同掺杂的样品表现出最佳的载流性能.钉扎力曲线的分析也应证了这一结果.