高臨界電流密度的MgB-,2-塊材摻雜研究.pdf

1、由于較高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(Te)，原材料廉價和無弱連接效應(yīng)，MgB2超導(dǎo)材料被認(rèn)為有可能取代傳統(tǒng)的Nb基超導(dǎo)材料，在制冷機工作溫區(qū)(20 K~30 K)有可能成為工業(yè)化應(yīng)用的超導(dǎo)材料，特別是在核磁共振成像(MRI)。缺乏合適的釘扎中心和較低的上臨界場(Hc2)阻礙MgB2在20 K溫區(qū)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。引入納米級缺陷、細(xì)化MgB2晶粒和改善晶粒間的連接性是提高M(jìn)gB2臨界電流特性的有效途徑。本文選擇化學(xué)摻雜作為主要的研究手段引入有效釘扎中心

2、，提高M(jìn)gB2超導(dǎo)體的載流能力。 第一章簡要介紹了MgB2超導(dǎo)材料的研究背景，分析了目前所存在的主要問題，提出了本文的研究目標(biāo)和研究內(nèi)容。第二章回顧了超導(dǎo)電性的基本內(nèi)容和MgB2超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)過程，著重介紹了MgB2超導(dǎo)體釘扎性能的研究情況以及其它相關(guān)物性，并詳細(xì)回顧了MgB2化學(xué)摻雜的研究現(xiàn)狀。第三章介紹了本文中用于制備MgB2超導(dǎo)材料的制備方法，并簡單介紹測量相關(guān)的表征手段。 第四章研究兩種不同的熱處理工藝(淬火、預(yù)熱

3、)MgB2超導(dǎo)電性和顯微結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果顯示淬火有助于細(xì)化晶粒，提高樣品的臨界電流密度；預(yù)熱在一定程度上提高M(jìn)gB2樣品的致密度和磁通釘扎力，其中隨爐升溫600℃預(yù)熱1h再升至750℃保溫0.5h后淬火的樣品自場Jc達(dá)到0.586×106A/cm2，不可逆場Hirr超過7T，20K下在0.8T達(dá)到最大釘扎力Fpmax。 第五章研究了在MgB2超導(dǎo)體中A1，C兩種元素共同摻雜時對樣品的超導(dǎo)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，Al摻雜比C摻雜對超

4、導(dǎo)電性有更強的抑制作用。當(dāng)A1、C共摻時，A1的摻雜作用減緩C摻雜對Te的抑制作用。A1，C共摻和單獨摻C的兩組樣品中摻C都有相似的行為特性。 第六章首先研究了檸檬酸摻雜對MgB2超導(dǎo)電性及臨界電流密度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，檸檬酸摻雜可以有效的提高M(jìn)gB2超導(dǎo)體在高場下的臨界電流密度(Jc)，但同一般的C摻雜類似，檸檬酸摻雜會導(dǎo)致超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(Tc)下降，所以在高溫下檸檬酸摻雜對Jc的提高并不是非常明顯。臨界電流密度和釘扎力性能的分

5、析表明，檸檬酸摻雜可以有效的提高M(jìn)gB2在高場下的性能。在10K，4T條件下15％摻雜的樣品得到了最優(yōu)的結(jié)果，其臨界電流密度值達(dá)到了1.2×104A/cm2，要遠(yuǎn)高于沒有摻雜的樣品。但是當(dāng)摻雜量進(jìn)一步增加到20％時臨界電流密度反而出現(xiàn)了下降，因而檸檬酸的最優(yōu)摻雜可能在15-20％之間。山梨酸摻雜也得到類似的結(jié)果?？傊m然碳水化合物摻雜MgB2超導(dǎo)體，稍微了降低了超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，但明顯的增大了C，B取代的水平，不可逆場Hirr，上臨界場H