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MgB<,2>具有临界转变温度高、相干长度大、化学组成和晶格结构简单、原料价格低廉等优点，而且远比陶瓷性氧化物高温超导体容易加工成形。这些优越的特性使其在超导电力、电子器件、国防以及医疗仪器(特别是核磁共振成像磁体)等方面具有广泛的应用前景。本文系统研究了各种不同物理化学性质的物质掺杂对MgB<,2>线带材微观结构和超导性能的影响。通过详细的分析和测试手段，探讨了纳米C掺杂提高线带材的临界电流密度的原因。分析了各种掺杂物质对MgB<,2>线带微观结构和性能产生不同影响的机理。论文的主要内容如下：
1、采用ZrB<,2>和zrSi<,2>对MgB<,2>线带材进行了系统的掺杂研究。实验发现，和MgB<,2>具有相同晶格结构的ZrB<,2>进入MgB<,2>晶体后产生类似于。Mg位替代的晶格缺陷而起到钉扎中心的作用。在9T(4.2 K)，10％ZrB<,2>掺杂样品的临界电流密度达到6590 A/cm<2>以上。ZrSi<,2>掺杂时，在热处理过程中和MgB<,2>发生反应生成Mg<,2>Si等杂质，部分纳米级杂质可以起到钉扎中心的作用。在10 T(4.2 K)条件下，5％ZrSi<,2>掺杂样品的临界电流密度相对于未掺杂样品提高10倍以上。
2、率先选用MoSi<,2>、SiC晶须、Si/N/C等作为掺杂物质研究了硅化物掺杂对MgB<,2>线带材微观结构和超导性能的影响。对于不能在MgB<,2>相生成过程中分解的MoSi<,2>来说，大部分粒子不但不能作为钉扎中心来提高材料的钉扎能力，而且会影响MgB<,2>晶粒之间的连接性，因而掺杂后样品的临界电流密度提高不大。而对于能够发生分解的ZrSi<,2>、SiC等物质来说，Mg<,2>Si等杂质的生成提供了大量的钉扎中心，因而显著提高了材料的钉扎能力。更为重要的是，由于SiC掺杂时可以发生C对B的替代，不但会引入晶内钉扎中心，而且还影响到材料的能带散射，提高了MgB<,2>材料的上临界场和不可逆场，因而样品的临界电流密度在10 T(4.2 K)时高达1.5×10<4>A/cm<2>，达到世界先进水平。
3、首次系统研究了纳米C掺杂对MgB<,2>线带材的影响。实验发现，随着C掺杂量增加或热处理温度的升高，MgB2的晶格常数α不断减小，表明C对B的替代量不断增加。MgB<,2>衍射峰的半高宽随c掺杂量的增加而变大，说明c掺杂在MgB<,2>超导芯中引入了杂质和晶格缺陷，这会提高样品的磁通钉扎能力。在10T(4.2 K)时，8％C掺杂的MgB<,2>带材样品的临界电流密度超过2.2x10<,4>A/cm<2>，这是目前世界上在C掺杂MgB<,2>线带材中得到的最高数值。
4、采用标准四引线法直接测量了MgB2带材在各个磁场下电阻随温度的变化关系，得到了样品在5-35 K温度范围内上临界场和不可逆场数值。在4.2 K时，未掺杂样品的不可逆场仅为16 T，而950℃处理的C掺杂样品的不可逆场高达22.9 T，与Nb3Sn超导体的上临界场相当。在20 K时，C掺杂样品的不可逆场高达9 T，与Ni-Ti超导体在4.2 K下的上临界场相当。这些上临界场或不可逆场数值达到了目前国际先进水平。
5、分析了含碳类物质掺杂提高MgB<,2>上临界场和不可逆场的原因。由于C比B多一个电子，C的替代会在σ带中引入电子，增加载流子的散射，减小它们的自由程，降低超导相干长度，进而提高MgB<,2>材料的上临界场H<,c2>。与此同时，C对B替代导致的晶格畸变以及掺杂物质和MgB<,2>反应生成的纳米级沉积物对于提高MgB<,2>材料的磁通钉扎能力作用也十分显著。