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本论文对最近发现的MgB2超导体和Na0.3CoO2·1.33H2O超导体的特征及研究现状作了总结;制备了Na1-xKxCo2O4、非水相KxCoO2与含水相KxCoO2·yH2O系列化合物,并对他们的结构、输运及磁学性质作了进一步的研究;还尝试了用熔盐电化学方法合成MgB2超导体,用微波合成法制备MgCNi3超导体及Ca掺杂Y-Ba-Cu-O超导体。全文分为四大部分:
1.MgB2熔盐电化学制备及其物性研究利用熔盐电化学合成方法制备MgB2超导体,以KBF4、H3BO3、MgCl2、NaCl、KCl、B2O3和Na2B4O7为原料,设计不同的实验方案。实验结果发现以MgCl2、NaCl、KCl和H3BO3为熔盐电解质体系,可以得到少量的MgB2超导体。用其它的实验方案在不同的温度和电压条件下很难得到MgB2,进一步研究熔盐合成法将会对探索非含铜氧化物新型超导体以及其它一些含混合价态过渡金属离子的层状化合物提供有力的帮助。
2.Na1-xK-xo2O4(0≤x≤0.35)的合成、结构、输运及磁学性质的研究利用固态合成法在0≤x≤0.35范围内制备出一系列钾掺杂的样品Na1-xKxCo2O4,经分析表明样品钾的实际掺杂量在0~0.22之间。钾的相对损失量可以分为三段:当0≤x≤0.15时,钾的相对损失量在14%左右;当0.15<x≤0.20时,钾的相对损失量在14%~35%左右;当0.20<x≤0.35时,钾的相对损失量在35%左右;随着钾掺入量的增加,钾的最大相对损失量可达35%。在整个测量范围内所有的样品呈现出金属导电性和顺磁性行为。钾掺杂可以增强样品的磁矩并在很高的温度范围内导致零场冷却和有场冷却(ZFC-FC)磁化率随温度变化关系曲线出现分叉现象,在56K附近出现自旋玻璃行为。这类二维过渡金属材料的导电机理,对于理解氧化物超导体的导电机理有重要的意义。
3.KxCoO2·yH2O(x≤0.4,0≤y≤0.8的合成、结构、输运及磁学性质的研究利用熔融碱的方法合成出非水相KxCoO2,并通过各种氧化途径制备了一系列含水相的KxCoO2·yH2O。对这类化合物的成份、结构、电输运性及磁性进行了一些研究,发现非水相KxCoO2存在一个类似Na0.5CoO2的正交超结构,水的嵌入将破坏这个超结构,含水相的样品在低温下电学及磁学性质表现异常。含水相的KxCoO2在30K附近呈现出金属绝缘体转变,在56K附近呈现出自旋玻璃行为。还用其它氧化剂像高锰酸钾,过硫酸钾和液溴等对样品进行氧化处理,氧化过程伴随着水的嵌入。用高锰酸钾和过硫酸钾溶液氧化得到含水相的Kx.12CoO2·0.8H2O与K0.16CoO2·0.6H2O,发现它们的空间群为P63/mmc,都属于六方晶系。K0.12CoO2·0.8H2O与K0.16CoO2·0.6H2O呈现出更强的金属性,而不像NaxCoO2呈现超导电性。且随着水含量的增多,钾离子含量的减少,KxCoO2自旋玻璃行为逐步被抑制,K0.122CoO2·0.8H2O的自旋玻璃行为基本上被完全抑制。K0.12CoO2·0.8H2O与K0.16CoO2·0.6H2O脱水后,主相由六方结构变为正交结构,且脱水后的样品表现出半导体行为。在氧气氛下,在不同的温度对KxCoO2体系进行了系统的充氧研究,发现退火以后样品也呈现出金属性,低温下表现异常,在56K附近的自旋玻璃行为更加明显。深入研究含水相的KxCoO2·yH2O和非水相的KxCoO2的结构、电输运以及磁性之间的相互关系,对新近发现的Na0.3CoO2·1.33H2O超导体的导电机理的理解有重要的意义。
4.微波合成MgCNi3超导体及Ca掺杂Y-Ba-Cu-O超导体的合成利用微波合成方法制备出了MgCNi3超导体和Ca掺杂的Y-Ba-Cu-O超导体。用此方法分别得到Tc=85K的Y1-yCayBa2Cu3O6+σ和Tc=7.5K的MgCNi3。并对MgCNi3成份、结构、电输运性及磁性进行了研究。此合成方法简单易行,且有一些传统合成方法无法比拟的优点,诸如合成时间短、效率高等。这种方法还可以推广到其它的一些无机材料的合成中。