釔系超導體制備工藝和替代效應研究.pdf

1、針對釔系高溫超導材料傳統(tǒng)制備工藝中的一些問題，我們探索了水化學方法制備YBCO超導材料，并利用熱重分析技術(shù)分析了其反應過程。采用標準四引線法、x射線衍射(XRD)分析、掃面電子顯微鏡(SEM)和X射線能譜(EDS)分析等手段對制備的YBCO超導體進行了超導臨界轉(zhuǎn)變溫度、晶體結(jié)構(gòu)、粒徑和表面形貌以及微區(qū)成分進行了測試。在水化學方法制備出YBCO的基礎(chǔ)之上，我們嘗試了用這種方法制備釔系單疇超導塊材用前驅(qū)粉。這將對制備高質(zhì)量的釔系超導材料和單

2、疇用前驅(qū)粉提供一種全新的制備工藝，有助于提高單疇超導塊材的制備效率。 為了研究磁性離子和非磁性離子在YBCO中Cu位替代對超導電性的影響，通過傳統(tǒng)的固相反應法，我們制備出磁性離子Mn和非磁性離子zn替代Cu位的YBCO系列超導體。并應用標準四引線法、XRD分析技術(shù)、拉曼光譜、SEM以及EDS對Mn替代樣品的一系列性質(zhì)進行了研究；應用標準四極法、XRD分析，熱重分析技術(shù)對zn替代樣品的性質(zhì)進行了研究。 本文得出的主要結(jié)論如

3、下： (1) 合成的YBCO前驅(qū)粉體和單疇超導塊材用前驅(qū)粉體的粒子組成的團簇都在微米量級，燒結(jié)得到的樣品有良好的超導性能。燒結(jié)后樣品的XRD分析結(jié)果表明，在制備的樣品中幾乎沒有其他雜相的出現(xiàn)，EDS分析表明在樣品中也沒有Na的出現(xiàn)。這證明這種方法制備釔系超導材料是可行的。 (2) 利用水化學方法初步合成了單疇YBCO超導塊材用前驅(qū)粉，并初步進行了一些測試。結(jié)果顯示，制備的樣品的粒子組成的團簇的大小仍在微米量級。如果能將制

4、備的樣品的粒子團簇的大小控制在納米量級，將提高制備粉體的質(zhì)量，改善制備樣品的性能，為大規(guī)模制備釔系超導單疇塊材用前驅(qū)粉提供一種全新的工藝手段。 (3) 對Mn替代的系列YBa<,2>Cu<,3-x>Mn<,x>O<,y>(x=0.00，0.05，0.10，0.15，0.20，0.25，0.30，0.40)樣品的研究結(jié)果表明，低：Mn替代(x=0.00～0.20)的YBCO樣品，其超導轉(zhuǎn)變溫度幾乎沒有受到影響，并且保持了YBCO的

5、晶體結(jié)構(gòu)。一般認為如果Mn替代對于T<,c>的的臨界轉(zhuǎn)變溫度和結(jié)構(gòu)影響較小，Mn離子將取代了Cu-O鏈上的銅離子，改變的僅僅是載流子庫的載流子濃度，對整個超導電性的影響較小。但是我們根據(jù)SEM和EDS分析發(fā)現(xiàn)，在小量Mn替代的YBCO超導體內(nèi)Mn表現(xiàn)“富集效應”，即在一些小區(qū)域出現(xiàn)富Mn晶粒，而其它區(qū)域Mn含量極少，富Mn晶粒中Y元素含量急劇下降。Mn是否在此晶粒中取代Y還有待于進一步研究。所以我們有必要重新審視以往的觀點，即認為替代元

6、素進入晶格并均勻分布的已有結(jié)論。小替代量的Mn表現(xiàn)出的這種“富集效應”，顯示Mn替代的復雜性。其它元素替代對超導電性影響是否同樣存在這種現(xiàn)象，還需要進一步研究，也許對于超導電性的機理認識有所幫助。 (4)Zn替代樣品的晶格參數(shù)變化特征則表明，Zn在替代過程中對YBCO超導體的T<,c>影響很大，這是因為Zn的替代主要進入CuO<,2>上的Cu(2)位，又由于CuO<,2>面是超導發(fā)生的場所，所以Zn對T<,c>的抑制應該比較強。Zn替代