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符合BCS理论的超导转变温度为39K的MgB2超导体,由于其具有较长的相干长度(ξ~5nm,)、晶界间不存在弱连接、有高的转变温度、高的临界电流密度和高的上临界磁场等优势,自发现至今,一直是超导领域研究的热点,它在超导电子学和高场应用上有着良好的经济效益及潜在的广阔应用前景。
本论文介绍了MgB2的基本结构、性质及应用,并重点研究了三方面内容:一.用混合物理化学气相沉积法(HPCVD)在SiC衬底上制备MgB2薄膜时,不同Mg含量对MgB2成膜质量的影响;二.SiC衬底上MgB2薄膜时效性研究;三.利用溶液法在SiC衬底上制备MgB2厚膜的性质研究。具体内容为:
1.利用HPCVD法在SiC衬底上制备了一系列MgB2薄膜,Mg源的含量分别为1.0g、1.5g、2.5g、3.5g,通过对四个样品的物相结构、形貌分析,以及各种超导性质的测量,我们发现Mg含量对MgB2成膜质量有很大的影响。在生长温度为680-720℃时,生长条件为B2H6的流速为4sccm,浓度为5%,H2的流速为300sccm,反应舱总压强为5kPa时,当Mg含量为2.5g左右时,样品的超导转变温度TC为40.6K,转变宽度为0.4K,5K时临界电流密度JC(0T)达6.1×107A/cm2,上临界场为14T,各项性能相对最佳,MgB2薄膜成膜质量最高。
2.利用HPCVD方法制备出同一批次的3个SiC衬底MgB2薄膜样品,在不同温度和湿度的干燥箱中分别保存了1个月、3个月、8个月之后,将其各种性质测量数据相对比,可以得出其超导性质随时间增加的退化关系,发现其超导性能在8个月后退化比较严重,超导转变温度TC变化很小,转变宽度△T明显增加,临界电流密度JC仍保持在107A/cm2较高的水平。
3.我们用溶液法制备MgB2超导厚膜,利用储氢材料Mg(BH4)2的乙醚溶液作为前驱体加热分解获得MgB2,反应式为Mg(BH4)2→MgB2+4H2,并对在SiC衬底上生长的厚度约为20μm的超导膜进行了各种性能测试和表征,厚膜的临界转变温度达到了38K,临界电流密度JC约为106A/cm2,零温时上临界磁场HC2为25T,实验证明溶液法在制备MgB2超导厚膜方面有很大优势。