掺杂对MgB<,2>高场性能提高的研究

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2001年金属间化合物二硼化镁(MgB<,2>)超导电性的发现,令全世界凝聚态物理学界为之兴奋,并掀起了新一轮高临界温度超导研究的热潮。二硼化镁作为一种具有超导电性的新材料,为研究新一代具有简单结构的高温超导体开辟了新途径,并将成为电子材料领域冉冉升起的一颗新星。这种新型材料在许多方面都优于高温超导体:各向异性小,相干长度大,无弱连接现象等等。这些优越性使二硼化镁有很好的应用前景。作为一种新型超导体,它的许多基本性质都还有待研究。 本文首先通过PIT方法和普通的固相反应法制备了掺杂SiC纳米粉的MgB<,2>块材,比较了用两种不同方法在相同烧结温度下制备出样品超导性能的变化,包括不可逆场、临界电流密度等,并对影响其高场区和低场区临界电流密度的因素进行了分析,表明样品的高致密性和晶粒间良好的结合是提高其低场区性能的最关键因素,而C取代和引入纳米钉扎中心对提高其高场区性能有重要意义。还研究了烧结温度对样品相组分的影响,通过研究其衍射角和半峰宽的变化,将其超导性能的提高与样品的微结构紧密地结合起来。 在研究掺杂SiC纳米粉的基础上,结合提高MgB<,2>超导性能的关键因素,提出了掺杂TiC纳米粉的设想。用两种不同指标的镁粉和硼粉制备了纯的MgB<,2>块材以及掺杂TiC纳米颗粒的MgB<,2>块材,通过XRD对其微结构进行了分析,得到了衍射角随烧结温度的变化以及半峰宽随烧结温度的变化,通过谢乐公式计算了样品的晶粒大小,研究了晶粒大小与烧结温度的关系。通过SEM对其微观形貌进行分析,发现纯的:MgB<,2>的晶粒多在200-300nm,而掺杂TiC的样品晶粒明显细化,在80nm左右。细小的晶粒导致了其高场性能的提高。 在研究了纳米颗粒掺杂的MgB<,2>基础上,做了晶须掺杂的尝试。选取长径比较大的Si<,3>N<,4>晶须做掺杂物,研究了晶须对MgB<,2>相组分的影响,以及掺杂晶须对MgB<,2>微结构的诱导作用,通过晶须掺杂,得到了棒状的颗粒。并对Si<,3>N<,4>晶须掺杂的MgB<,2>的超导性能进行了测量并对结果进行理论分析。 文章最后研究了两种不同原料在相同工艺条件下制各样品性能上的差异,并对造成这种差异的原因进行了分析,指出原料镁粉的粒度对样品的密度和连接性起着至关重要的作用,而硼粉的晶态直接影响样品的超导电性能;研究了同一原料分别通过PIT方法与传统无压烧结方法制备出样品性能上的差异,指出PIT方法制备的样品由于密度较大,连接性较好,因而其低场区性能较好,而传统无压烧结方法制备的样品由于晶粒较细,晶界较多,高场区性能优于PIT方法制备的样品。
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