令人惊奇的超导体MgB2

过去的15年,基于铜氧化物上发现的种种现象,使科学家们对超导电性乐观地描绘着一幅幅美妙的图画,因为这些超导体体现出具有吸引力的新方向：高转变温度,弱耦合层,异乎寻常的磁通状态,赝能隙,带材,以及在动力和电子工业中的应用。可现在又在不起眼的角落里冒出MgB2 40K的超导电性。今年1月10日,Jun Akimitsu在日本Sandai举行的过滤金属氧化物研讨会上宣布了这一发现,在实验和理论上引起新的冲击波。两个月以后,美国物理学会(APS)在西雅图举行的三月会议上,1000位科学家聚集一起举行了一次事先未安排的关于MgB2的专题讨论会…     

低温合成MgB2超导体成功

2002年10月日本粉末技术研究所、大阪大学焊接科学研究所以及冈山大学环境理工学院联合采用机械研磨连接技术(MCB)在低温成功合成了二硼化镁(MgB2)超导体。MCB是一种用机械的方法使不同的超微粒子化学结合的技术。由于在低温下使原始材料牢固地结合在一起，所以材料具有更好的性能。将硼粉和镁粉按2:1摩尔比混合，进行MCB处理后，在500℃左右烧结，低温合成了MgB2超导体。电子显微镜和磁化率测量表明，合成的MgB2超导体具有良好的性能。如果用一般研磨方法混合原始粉，在650℃左右烧结才能开始得到有超导电性的样品，可是采用MCB技…     

新型金属间化合物MgB2超导材料

2000年10月日本科学家发现了新型金属间化合物MgB2超导体,其超导转变温度Tc为39K,在非铜氧化物块状超导体中最高,具有广阔应用前景,MgB2的发现立即使其成为当前超导研究的新热点.本文侧重从材料角度论述MgB2的晶体结构、应用上的优点和主要制造方法.     

机械合金化工艺制备大块MgB2超导体

由德国德累斯顿金属材料研究所的约根· 意科特领导的研究小组采用一种机械合金化工艺制备了具有高临界电流密度的大块MgB2超导体，这种超导体在20K，1T磁场下临界电流密度为10000A/cm2，并具有较高的不可逆场。他们认为，由于在这种材料中含有直径大约为40nm~100nm的球形晶粒，并存在大量的晶界，因此改善了磁通钉扎特性，提高了临界电流密度。他们相信，进一步的研究将能开发出接近薄膜性能的块状材料。所谓机械合金化，就是用研磨球使粉末粒子反复破碎和冷结合，制备大块MgB2超导体的工艺。将镁粉和无定型硼粉按化学计量比放在充有氩…     

在具有一定压力的氢气气氛下合成金属间MgB2超导体

到目前为止，MgB2超导体主要以B和Mg为原始粉，通过粉末冶金方法制备而成。如何制作不含任何杂质(如MgO)并具有大晶粒尺寸的MgB2样品，对研究MgB2及其相关系统的内禀超导电性是非常必要的。过去的研究曾表明，固溶氢有助于通过形成空位而增加原子扩散。因此可以说，在具有一定压力的氢气气氛下有助于MgB2的合成反应，从而改善MgB2及其相关系统的超导特性。最近，日本Y.Nakamori等人研究了加压氢气气氛对MgB2超导体的合成条件以及样品结构和超导特性的影响。用纯度为99.9%、粒度约200μm的Mg粉和纯度为99%、粒度约0.1μm的非晶B粉作…     

复合微波合成法快速制备MgB2超导体

中科院物理所发布了一则快讯，介绍了用复合微波合成法快速制备MgB2超导体材料的方法及材料的性能。按理论计算配料，用42μm的高纯粉（99．99％）与Mg粉组成两组试样，A组用1500μm粗Mg粉，B组用〈154μm的Mg粉。     

B粉对分步法制备MgB2超导体的影响

通过分步反应法,利用晶态B粉和无定形B粉分别与Mg粉反应制备了MgB2超导体。其中分步反应法的第1步采用不同状态的B粉与Mg粉按原子比Mg:B=1:4混合,对于掺杂的样品另加5%,8%(质量分数)的SiC,采用900℃,30min或800℃,1h进行高温热处理。第2步是补充Mg粉,使Mg:B=1:2,均混的粉末经装管拉拔后进行第2步750℃,2.5h热处理。通过XRD、SEM研究样品的相组成、微观结构。采用标准四引线法测定了样品的I-V曲线。结果表明:晶态B粉与Mg粉可在第1步的热处理过程中生成大量低反应活性的MgB4。从微结构分析发现晶态B粉制备的样品具有更好的晶粒连通性,从而也得到了更稳定的I-V关系曲线。     

C掺杂对MgB2超导体水解行为的影响

采用固态反应法制备了纯MgB2和C掺杂MgB2超导体。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）和物性测试仪（PPMS）研究了纯MgB2超导块材和C掺杂的MgB2超导块材的水解行为对微观结构和超导电性的影响。结果表明，纯MgB2和C掺杂的MgB2超导体与水之间存在明显的化学反应。C掺杂部分进入MgB2的晶格中，其余部分以第二相粒子形式存在于晶界处，使得首先发生于晶界的水解反应受到抑制，从而提高了MgB2超导体的水解稳定性，减缓了水解反应速度。     

高压处理对先位法MgB2超导体的影响

高压方法已经用于许多重要技术领域的开发 ,其中包括MgB2 超导体。高压技术可用于增加粉末的密度 ,提高粉末装管法导体的填充因子 (FF) ,改善超导复合体的均匀性。波兰科学院高压研究中心最近报道了高压处理对先位法MgB2 超导性能影响的实验结果。使用商店买来的MgB2 粉 (纯度为98% )制作 2种导体。一种导体用纯铜做外壳材料 ,双轴轧制 (TAR )成外径为0 96mm的线和 0 3 6mm× 2 72mm的扁带 ;另一种导体用Cu/Fe (内 )双金属外壳材料 ,液静挤压成外径为 5 4mm、 3 2mm和4 2mm的圆线。无论是纯Cu管还是Cu/Fe管内都是用手工以适当的…     

MgB2新型超导材料研究进展

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。     

交流和直流应用的Cu/Fe/MgB2超导线和MgB2/YSZ/Hastelloy涂层超导体

目前 ,MgB2 超导体的研究关注点主要集中在 3个方面 :临界温度Tc;不可逆场Hirr;临界电流密度Jc 和磁场的关系。尽管Nb基A— 15型超导体和MgB2 超导体的晶体结构和电子结构有很大不同 ,但是在钉扎机制以及受钉扎机制所制约的Jc 和磁场的关系方面 ,这 2种超导体非常相似。在具有高密度缺陷的MgB2 薄膜中 ,Jc 和磁场的关系曲线具有一个很高的平台 ,这说明如果进一步引入纳米尺寸的缺陷 ,从原理上讲还可以进一步提高MgB2 涂层导体的性能 ,甚至可能超过Nb3Sn。Nb3Sn和MgB2 超导体的临界电流数据在 10T时几乎重合 ,这说明MgB2 超导体具…     

掺杂的MgB2超导体中Fe和Co的局域环境

由于MgB2具有39K的超导转变温度，因此使它成为另一类别的高温超导体的新成员，它可以用做穆斯堡尔谱仪这种化学探测技术的激发靶。穆斯堡尔谱仪可以用来探测固体的电子特性，震动特性和磁特性。如果所研究的材料中不含穆斯堡尔激发元素，那末就需要掺杂，最常用的是Fe。用穆斯堡尔谱仪对高Tc铜氧化物超导体虽已进行过广泛的研究，但是由于这种铜氧化物超导体结构的复杂性，使穆斯堡尔谱的解释变得非常困难。而MgB2仅含有两种元素，因此仅有两个可能的代位位置。匈牙利科学院结构化学核技术研究所最近用掺杂Fe和Co的MgB2超导体研究了掺…     

高性能新型MgB2中空超导线

转变温度为 3 9K的MgB2 超导体发现不久 ,就观测到这种材料具有一些有利于实际应用的特性。例如 ,在冷加工状态 ,未经过热处理的粉中即有持续超导电流。磁光成像观测发现 ,磁场几乎从高密度、多晶块状材料内部完全排出。这说明MgB2 超导体晶界不会对超导电流起阻隔作用。这一特性使制造MgB2 为基的超导体变得容易。目前主要有 2种粉末装管法 ,一种是原位法 (insitu) ,另一种是先位法 (exsitu)。在制作过程中 ,采用细粉、合适的热处理制度并施以高应变能得到最好的结果。用先位法制备的样品在高场下具有较好的电流传输特性 ,而在低场或自…     

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超导材料的若干应用研究

MgB2超导材料具有满足实用化要求的超导参数和低廉的原材料及制造成本，为超导应用提供了新的契机。