MgB2薄膜的有效磁通钉扎

MgB2超导体是近年来材料界关注的焦点,长期从事超导材料研究的刘春芳教授就近期国内外MgB2的研究进展状况做了以下重点报道。     

在烧结过程中控制MgB2磁通钉扎特性

为了用MgB２制做实用装置，必须制备在高磁场下具有高临界电流密度的MgB２超导材料。很多类型的晶体缺陷，例如堆垛层错、晶界、非超导第二相等都可起到有效的磁通钉扎中心的作用。为创造晶体缺陷，在超导体中起局域钉扎中心的作用，可以使用各种方法，例如化学掺杂、离子、中子、脉冲激光以及电子辐照等等。有些技术已在MgB２系统中获得了成功。可是，这些技术虽然提高了MgB２高磁场下的临界电流密度，但却降低了材料的转变温度TC。最近，美国洛斯阿拉莫斯（LosAlamos）国家实验室，超导技术中心研究出一种在烧结过程中直接产生有效的…     

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。     

烧结工艺对多芯MgB2线材磁通钉扎特性的影响

MgB2 超导电性的发现引起基础研究和应用研究的广泛兴趣。至今高临界电流的MgB2 块材、薄膜、线材和带材 ,都有报道。对制造电缆和磁体的实际应用而言 ,关键是开发带材和线材 ,其中最根本的是确定MgB2 的磁通钉扎特性 ,因为磁通蠕动越过钉扎中心将限制临界电流密度。为了理解磁通钉扎基本机理 ,从而提高载流能力 ,重要的是研究抵抗磁通运动的激活能。有人研究了采用先位法 (ex -situ)制备的铁基四芯MgB2 线材的磁通钉扎特性 ,采用 2根线材 ,通过测量其温度—电阻变化和电流—电压特性 ,发现其一 (B线 )在 8T高磁场下都有高的传输特性 ,…     

SiC纳米粒子掺杂的MgB2超导体中元素代位引入的磁通钉扎

提高钉扎力的掺合技术有多种，例如MgB2薄膜使用的氧合金化法，MgB2粉的中子辐照法等等。在超导体中增加钉扎特性比较简单的方法是化学掺杂工艺。尽管这方面的工作做过不少，但结果常常是有争议的，因为所做的掺杂主要还是局限于添加，在MgB2基准工作温度20K以上这种添加对钉扎是无效的。最近澳大利亚沃伦岗大学研究了SiC纳米粒子掺杂对MgB2(SiC)x临界温度Tc，临界电流密度，晶体结构以及磁通钉扎的影响。用in situ方法制备了MgB2样品。将纯度为99%的镁粉，纯度为99%的非晶硼粉与SiC粉按(Mg+2B) (SiC)x，(X=0, 0.057, 0.115, 0.23…     

MgB2/Cu MgB2/Fe/Cu单芯线的结构以及晶粒连接和钉扎特性

MgB2超导体是近年来材料界关注的焦点,长期从事超导材料研究的刘春芳教授就近期国内外MgB2的研究和开发进展状况做了以下重点报道。     

元素替代对PMPYBCO超导体磁通钉扎的影响

采用粉末熔化处理法制备了一系列元素替代体系的Ｙ１－ｘＬｎｘＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（Ｌｎ＝Ｈｏ,Ｅｒ或Ｇｄ）及ＹＢａ２Ｃｕ３－ｘＳｎｘＯｙ超导体,系统地研究了体系的熔化温度、临界温度、微观结构和磁通钉扎特性等随元素替代量的变化。     

NbTi超导体的新进展——（Ⅱ）人工钉扎中心NbTi超导体

在提高NbTi超导体临界电流密度方面，人们已做了大量的研究工作，如改善NbTi合金的均匀性、元素添加、复合体的设计及组装方式、复合线的加工及热处理等等，最终的目的是在超导体中形成密度高、大小均匀的纳米级有效磁通钉扎中心。这些工艺技术都是间接地通过调整外部条件有限地影响内在因素，最终提高临界电流密度Jc。怎样才能更直接、更有效地实现NbTi超导体钉扎结构的最佳化，人工引入钉扎中心技术得到了应用和发展。人工引入钉扎中心即在NbTi超导体中直接加入不同于基体的钉扎材料，经过加工形成有效的磁通钉扎中心(Artificial Pin…     

采用一种新的扩散法制备实用化的MgB_2超导体

利用一种新的Mg扩散方法,在常压下成功制备出致密的MgB2超导块材,样品密度最高达1.95g/cm3。结果表明:加热到900℃保温24h后炉冷,所得到的样品性能最佳。该样品在50Oe的外场下,超导转变温度(Tc)为38.1K,转变宽度仅0.9K;10K,20K,自场下临界电流密度(Jc)值分别达0.53,0.37MA/cm2。此外,通过添加少量纳米Pr6O11或者石墨,都能使MgB2的实用化性能得到显著改进。     

Ti5Nb人工钉扎中心NbTi超导体的磁通钉扎机制分析

采用棒基组合的装配方法，用热挤压和冷加工相结合的工艺制备了岛状Ti5Nb人工钉扎中心NbTi超导体，其中Ti5Nb体积含量为10％。通过对此超导体进行详细的磁通钉扎机制分析，认为样品的磁通钉扎力特征主要由正常相钉扎和Δκ扎相结合的机制决定。根据分析的结果，采用多源标度方法，很好地拟合了不同线径样品的磁通钉扎力密度随磁场变化的曲线。拟合的结果表明：样品在较低场下的性能主要由正常相钉扎机制决定，而在较高场下的性能主要由Δκ钉扎机制决定。并且随着线径的减小，正常相钉扎力密度和Δκ钉扎力密度均有不同程度的提高。     

扩散法制备CNTs掺杂的MgB2超导块材

采用扩散法制备高Jc的MgB2超导块材,将制备样品的超导性能与传统固相反应法制备CTNs掺杂的MgB2超导块材的性能做详细对比。研究发现,所采用的新型扩散方法可以有效地提高MgB2块材的密度,减少原料Mg粉中氧的不利影响,该法制备的MgB2块材更为均匀,MgO杂相较少,从而可以在自场下得到较高的临界电流密度,但在高场下性能提高并不明显,而CNTs掺杂可以有效改善扩散法制备的样品在高场下性能较差的弱点。CNTs掺杂量为0.5%（质量分数）的样品,在10 K,4 T条件下,Jc仍有1.0×104 A/cm2,在零场下更达到了0.46 MA/cm2,比在相同条件下用固相反应法制备的样品要高2~3倍。     

冷却速度对高能球磨法制备MgB_2块材的组织及性能影响

研究了不同的冷却速度下,采用高能球磨法制备的MgB2块材的组织结构及性能。研究表明,高能球磨法制备的MgB2块材的晶粒尺寸细小,晶粒呈近等轴状,晶粒连结性较好。冷却速度对MgB2超导体的临界电流密度和磁通钉扎有很大的影响,Jc-B特性曲线呈现鱼尾效应,表明晶界或非超导第二相(富B相)充当了磁通钉扎中心,提高了MgB2超导体在磁场下的临界电流密度。     

热处理与元素掺杂对原位法MgB2／Fe／Cu超导线材临界电流密度的影响

采用低碳钢作为外包套材料，通过原位法粉末装管工艺（in-situPIT）制备出高密度Ti、zr掺杂的MgB2／Fe／Cu线材。将线材短样在氩气保护条件下，于650-800℃烧结2～5h。MgB2线材的微结构分析显示，通过该工艺制备的MgB2／Fe／Cu线材比MgB2块材具有更好的晶粒连结性和更高的致密度。采用标准的四引线法，在4．2K，0～8T的磁场下测试线材的I临界电流密度。测试结果显示，800℃烧结的Mg0.9Zr0.1B2／Fe／Cu线材获得了最高的临界电流密度。     

Influence of Nb Diffusion Layer on Superconductivity of MgB2/Nb/Cu Wires

采用原位法粉末装管工艺(in-situ PIT),以Nb/Cu复合管作为包套材料制备了MgB2超导线材并且在氩气保护气氛中,不同温度条件下保温2h进行成相热处理。分别采用电阻-温度测试、磁矩转变测试、临界传输电流测试以及Nb-MgB2界面磁光研究等分析手段进行研究。结果表明:当热处理温度高于750℃时,在MgB2超导芯丝和Nb阻隔层之间形成一个扩散层,该扩散层的存在阻碍了电流的传输,从而导致在磁测法测试中可以检测到超导相存在,而在传输法测试中无法看到超导传输现象。说明采用Nb作为MgB2超导线带材的扩散阻隔层时其热处理温度不能高于750℃。     

Texture and Anisotropy of Jc of ex situ MgB2/Fe Mono—Filamentary Tapes

采用不同粒度的初始MgB2粉末，通过粉末套管法技术制备出非原位单芯MgB2／Fe超导带；测量了不同磁场和温度下MgB2／Fe带的以值．结果表明；Jc具有各向异性，其各向异性的大小受初始粉末尺寸的影响．对剥离铁包套后MgB2芯的XRD图拟合分析表明，MgB2均显示轻微的织构，MgB2／Fe界面处的织构稍强．MgB2的再结晶晶粒尺寸随初始粉末尺寸的增大而增大．讨论了粉末粒度和织构度与Jc各向异性的关联性．     

马来酸掺杂对MgB_2带材超导性能的影响

采用马来酸掺杂制备了MgB2/Fe超导带材。利用X光衍射、扫描电镜、电测和磁测等手段对样品进行了表征。结果显示,马来酸掺杂显著提高了带材在磁场下的临界电流密度和上临界场。掺杂样品在高磁场下具有良好的临界电流性能主要归因于马来酸分解产生的高活性C对B的替代引起的HC2提高和由晶粒细化而引入的磁通钉扎中心。     

TiC掺杂12芯MgB2线材微观结构以及超导电性

采用 PIT工艺,以分步法粉末为装管前驱粉,选用中心铜铌复合棒增强的导体结构制备了TiC掺杂MgB2多芯线材,研究了不同热处理温度对于粉末相组成、线材的微观结构以及超导电性的影响,结果表明分步法粉末能够有效提高C原子的取代水平,同时芯丝中MgB2晶粒尺寸达到亚微米级,MgB2晶粒连结性较好,制备多芯线材在4.2 K,5 T时,其Jc仍高达3×104 A/cm2。     

混合粉末对先位法MgB_2超导带材性能的影响

将掺杂纳米C或SiC的预烧结粉与镁粉和硼粉进行混合作为先位(ex-situ)粉末套管法(Powder-In-Tube)的填充粉末,制备出MgB2/Fe超导带材。结果表明,掺杂纳米C或SiC样品的临界转变温度均比未掺杂样品的低1.5K左右。纳米C或SiC样品的临界电流密度(Jc)均得到了极大的提高。且在4.2K,8T下,掺杂纳米C样品的Jc最高,约为104A/cm2,比未掺杂样品以及采用商业MgB2制备样品的Jc高约1个数量级。在预烧结过程中纳米C或SiC中的C对B位的有效替代所产生的晶格畸变以及晶粒连接性的提高可能是掺杂样品的Jc提高的主要原因。