石墨烯掺杂MgB2块材超导性能和微观结构的研究

因为原材料相对低廉,综合制冷成本和材料成本,MgB2在20-25 K,1-3 T的中低磁场范围内应用具有明显的技术优势,有希望在这一工作温区替代传统的低温超导材料和氧化物高温超导材料,应用前景十分广泛。随着超导材料实用化的到来,对MgB2性能的要求也在逐渐提高,而影响它性能的主要因素磁通钉扎强度和晶粒连接性成为了人们的研究重点。本文通过直接掺杂石墨烯、石墨烯包覆硼掺杂、石墨烯丙酮溶液掺杂三种方法,系统研究了石墨烯采用不同方法掺杂时MgB2块材的晶体结构、临界电流密度(Jc)、磁通钉扎性能(Fp)。通过直接掺杂,MgB2在低场下临界电流密度值得到了明显提高,而包覆法和溶液法掺杂石墨烯由于在空气中氧化严重并没有改善MgB2超导性能。     

MgB2线带材工艺及性能研究进展

MgB_2线带材的加工经历了近15年的研究与发展,生产出的线带材可以在制冷机、较低磁场下使用,另外生产MgB_2线带材的原材料相对低廉,应用前景十分广泛。本文从MgB_2传统线带材加工和后续工艺方法的优化出发,概述了MgB_2线带材研究的进展,详细介绍了内部镁扩散法,即用中心镁棒代替传统镁粉,使用铜镍材料为包套,钽或铌为阻隔层并与镁之间填充硼粉,热处理后得到致密的MgB_2相。论述了未来MgB_2线带材加工的研究重点。     

高温超导氧化物YBCO的掺杂效应研究进展

综述了近10年来高温超导氧化物YBCO掺杂效应研究的进展。通过化学掺杂不但能提高YBCO的临界电流密度和临界转变温度等超导性能，而且能改善超导体的力学性能和影响晶体生长的热力学行为等。掺杂效应的研究使YBCO的应用性能得到了提高，同时为研究超导机制提供了更多的理论信息。     

Gd2O3的添加对Gd-Ba-Cu-O超导块材性能的影响

采用PMP工艺在空气中成功制备了Ф17mm的单畴Gd-Ba-Cu-O超导体。利用Gd2O3代替Gd211的添加，同样可以提高Gd-Ba-Cu-O的超导性能，并且可以降低样品的制备成本。但过量的Gd2O3的添加会造成Gd-Ba-Cu-O超导体中Gd-Ba固溶体的增加，从而降低样品的超导性能。本实验中Gd2O3的最佳添加量为0．15mol，制备的样品捕获磁通达到0．36T(77K)。     

纯MgB2和碳掺杂MgB2超导块材在酸浸过程中相成分和微观结构的演变

采用X射线衍射仪和扫描电镜系统研究了纯MgB2和碳掺杂MgB2超导块材在的盐酸溶液中(pH=2)酸浸后的相成分和微观结构演变过程.XRD结果显示,纯MgB2和碳掺杂MgB2超导块材均迅速与盐酸反应而分解.分解反应在5 h后完全结束,主要的固态产物是B(OH)3和MgCl2(6H2O).SEM结果显示,纯MgB2和碳掺杂MgB2超导块材与酸反应都是从晶界处开始,与纯MgB2块材相比,碳掺杂MgB2块材在与酸反应后仍保持致密的结构特征.而对酸浸10 min后纯MgB2和碳掺杂MgB2块材的临界超导转变温度测定结果显示,碳掺杂MgB2块材的临界超导转变温度保持不变,说明碳掺杂可提高MgB2在酸中的稳定性.     

气氛对YBiO_3成相过程的影响

在不同热处理气氛下,分别对用草酸盐共沉淀法制备的YBiO3粉末及在单晶YSZ(100)衬底上采用化学溶液沉积技术(CSD)沉积的YBiO3膜进行了研究。结果表明:在空气、氩气、氩-氧气混合气体中利用草酸盐共沉淀法均能合成YBiO3相;而在氩-氢混合气氛中,由于Bi3+将被还原成单质铋,采用草酸盐共沉淀法无法合成YBiO3单相粉末。同时YBiO3相在氩-氢混合气氛中也不稳定。在YSZ(100)单晶衬底上,空气气氛中可以成功制备c轴取向的YBiO3膜,而氩-氢混合气氛条件下无法获得YBiO3膜。这一结果限制了YBiO3作为缓冲层通过RABiTS路线来制备高温超导涂层导体。     

起始粉末对MgB2超导线材成相及微结构的影响

采用原位法粉末装管工艺制备了不同起始粉末MgB2/Nb/Cu单芯线材。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(EMS)研究了不同起始粉末对线材微观结构及相成分的影响。结果显示,从线材的微观结构和相成分角度来看,B粉影响不大,起主要作用的是Mg粉。     

三元硼化物AlMgB_(14)超硬材料的研究进展

AlMgB_(14)超硬材料具有高硬度、低密度、低摩擦系数、高热稳定性和良好的热电性能,可以应用于耐磨、切削装备、微器件和微电子机械装置的保护涂层等领域。本文介绍了目前制备AlMgB_(14)超硬材料的几种方法,详细介绍了通过分步反应法在常压条件下合成AlMgB_(14)超硬材料。首先,均匀混合Mg粉、Al粉、B粉和不同含量的Ti粉,在850℃密闭氩气条件下烧结2 h,得到Al和Ti掺杂的MgB_2块体;第二步在真空条件下1050℃下烧结0.5 h得到目标产物AlMgB_(14)-TiB_2。微观结构显示AlMgB_(14)晶粒细小,在晶界处有均匀细小的TiB_2颗粒弥散分布。还介绍了AlMgB_(14)块体和薄膜的研究现状,论述了AlMgB_(14)超硬材料未来的研究重点。     

不同包套石墨烯掺杂MgB2线材的超导性能研究

分别采用Fe和Nb作为阻隔层包套材料,通过原位粉末装管法工艺(in-situ PIT)制备出石墨烯掺杂的MgB₂/Fe(Nb)/Cu线材和Nb包套未掺杂的MgB₂单芯线材。在高纯氩气保护下、670~800 ℃保温2 h热处理线材。X-ray衍射显示,670 ℃热处理的线材主相均为MgB₂超导相,其中Fe包套线材的MgB₂相中含有Fe₂B杂相。三种线材的微观结构显示,未掺杂线材基体中的孔洞相对较大,而石墨烯掺杂的Fe、Nb包套线材晶粒之间的孔洞相对较小。线材样品的拉伸性能结果显示,热处理前由于加工硬化,三种线材的拉伸应变值远远低于热处理后的拉伸应变值,其中铁包套线材的硬化最为严重,但无论是否热处理,Fe包套样品的强度都是最大的。四引线法传输性能测试显示,670 ℃热处理Nb包套掺杂线材的临界电流密度(J_c)在4.2 k,2 T、4 T、6 T范围内均高于Fe包套掺杂线材的J_c,石墨烯掺杂线材(Nb、Fe包套)在2 T具有更好的传输性能,Nb包套掺杂线材的J_c最高可达到4.5×10₅A/cm₂。大于4 T后,两种包套的掺杂线材的J_c均低于未掺杂的线材,Fe包套样品的超导性能降低更大,显示其掺杂未全部进入晶格,导致在高场失去了磁通钉扎作用。     

热处理温度对Bi2223／Ag—Au带材相组成及载流能力的影响

用形变热处理工艺制备了Bi2223/Ag-Au带材,通过X射线衍射仪、超导量子干涉仪及标准四引线法研究了第1次热处理温度对带材中的相成分及载流能力的影响.结果显示:热处理温度超过840℃时,带材中会出现Bi2201相;热处理温度太低时不仅带材成相速率慢,而且带材中会出现较多的第二相.第1次热处理后,Bi2223相的转化率应该控制在85%附近,Pb离子进入到Bi2212晶格内,带材中有最少的Bi2201相、最少的其它非超导第二相有利于带材最终性能的提高.