2001年超导转变温度高达39K的金属间化合物MgB2的发现激起了物理学界、材料界和工业界的广泛关注，本论文首先概要地分析了5年来MgB2超导体的研究进展，认为经过5年的发展，MgB2超导材料20K的上临界磁场已经超过了处于工业应用前沿的NbTi合金超导体液氦温度下的性能，而阻碍MgB2在20K温区大规模工业应用的主要原因在于由于缺乏合适的钉扎中心导致临界电流密度Jc随磁场的升高而下降很快。然后讨论了MgB2提高磁通钉扎性能的基本方法，认识到引入纳米级缺陷、细化MgB2晶粒和改善晶粒间的连接性是提高MgB2临界电流特性的有效途径。进而提出了本文的研究方案，论文选择化学掺杂作为主要的研究手段在MgB2引入有效钉扎中心并辅以对影响MgB2Jc性能的制备工艺参数进行优化组合，从而实现对MgB2超导体微观结构的主动控制，特别是主动控制材料的由生长条件变化引起的纳米尺度的化学组分调制、局域结构调制和缺陷结构变化。在此基础上，论文对MgB2超导材料由于掺杂引起的正常态性质、超导态性质和微观结构变化做了系统研究，并重点讨论了MgB2磁通钉扎行为。 论文的第二章在第一章的基础上系统地分析和评述了MgB2五年来的研究状况和重要进展。对MgB2的基本性质进行了讨论，认识到MgB2是典型的二类超导体，MgB2的高Tc来源，双能隙本质，以及一些基本超导参数。对块材和线带材制备工艺进行了综述，详细讨论了影响MgB2超导体Jc性能的各种参数，包括粉末原料的颗粒度及分布、热处理条件、反应机制以及镁和硼的化学计量比。认识到要获得高Jc的MgB2超导材料，必须满足：超导相体积分数大、晶粒小且致密性好、微裂纹和孔洞尽量少、各种杂相少且分布均匀，工艺研究表明镁向硼缓慢扩散能够形成高度致密的MgB2超导材料。论文其后对于MgB2的磁通钉扎性质和提高磁通钉扎工艺作了分析，认识到MgB2的磁通钉扎结构以及混合态下的电磁行为能够采用GLAG理论描述，了解了晶界研究的重要性和各种提高磁通钉扎工艺的现状、缺点和发展方向。本章最后关注了上临界磁场及其各向异性的研究，分析讨论了上临界磁场对MgB2临界电流特性的影响，结果表明，在高温超导体中工程应用范围决定于与磁通钉扎相关的不可逆磁场，与此相反，上临界磁场及其各向异性可能是影响MgB2临界电流特性更为重要的因素；对于MgB2的双能隙结构对上临界磁场的影响的分析表明，除了可以应用传统超导体通过增加杂质散射以缩短电子的平均自由程从而提高Hc2的方式，调整MgB2超导体中独特的σ面内散射、π面内散射以及σ与π的面间散射，成为提高MgB2的实用超导性能新方式。 目前大多数的MgB2掺杂研究主要在MgB2形成正常相粒子充当吸引性磁通钉扎中心，论文的第四章中，在氩气保护条件下，采用固相反应法制备了质量百分比为0,3,5和10％Bi2Sr2CaCu2O8含量的MgB2块状样品。用X射线衍射和扫描电子显微镜对样品进行了显微结构分析；用物理性能综合测试系统振动样品磁强计测量了所有样品在不同磁场下的直流磁化强度随温度的变化曲线，并测量了不同温度下的准静态磁化曲线，通过Bean临界态模型分析出临界电流随磁场和温度的变化。实验结果表明，随着掺杂量的增大MgB2超导体临界温度基本不变，超导转变宽度略为增大；相比于未掺杂样品，掺杂量为3wt％样品抗磁信号和临界电流密度有较大提高。显微结构分析结果表明，部分Bi2Sr2CaCu2O8分解为Cu2O和其它杂相，有部分Bi2Sr2CaCu2O8颗粒保留在样品内部，成为有效的钉扎中心。同吸引性钉扎中心相比，排斥性钉扎中心钉扎效率相对较低。 论文第五章探讨了碳和钛同时掺杂提高MgB2超导性能的合作性，采用固相反应法制备出了C掺杂、Ti掺杂和C/Ti同掺的MgB2的块材。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、SQUID磁强计系统分析了晶体结构、显微结构、临界电流密度、上临界磁场、不可逆场和临界电流密度的变化。结果显示：C/Ti共掺能在整个磁场范围内提高MgB2块材的Jc，C/Ti共掺样品的Jc、Hirr和Hc2都超过了未掺杂、Ti掺杂、C掺杂样品，XRD衍射分析表明，C/Ti共掺样品并无TiC相的衍射峰，而且Ti的掺入并不影响C对B原子的替代量，扫描电子显微镜分析表明，C/Ti共掺样品为晶粒尺度为200-300nm球形晶粒组成的纳米结构超导体，Ti掺入Mg(B1-xCx)2中引起的MgB2晶粒减小、晶界面积增加和晶粒连接性改善，是Jc提高的主要原因。因此，碳元素提高MgB2的上临界磁场和钛元素掺杂细化晶粒提供大量的晶界作为钉扎中心这两种掺杂机制是相互合作的，是提高MgB2超导体临界电流特性颇为可行的方法。