高臨界電流密度的MgB-,2-塊材摻雜研究.pdf

1、由于較高的超導轉變溫度(Te)，原材料廉價和無弱連接效應，MgB2超導材料被認為有可能取代傳統(tǒng)的Nb基超導材料，在制冷機工作溫區(qū)(20 K~30 K)有可能成為工業(yè)化應用的超導材料，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)應用。引入納米級缺陷、細化MgB2晶粒和改善晶粒間的連接性是提高MgB2臨界電流特性的有效途徑。本文選擇化學摻雜作為主要的研究手段引入有效釘扎中心

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

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

4、導電性有更強的抑制作用。當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MgB2超導體在高場下的臨界電流密度(Jc)，但同一般的C摻雜類似，檸檬酸摻雜會導致超導轉變溫度(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MgB2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)的結果，其臨界電流密度值達到了1.2×104A/cm2，要遠高于沒有摻雜的樣品。但是當摻雜量進一步增加到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果。總之，雖然碳水化合物摻雜MgB2超導體，稍微了降低了超導轉變溫度，但明顯的增大了C，B取代的水平，不可逆場Hirr，上臨界場H