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超声处理和葡萄糖掺杂对MgB_2结构和超导性能的影响

作　者: 李仪成
导　师: 张勇
学　校: 西南交通大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: MgB2 化学掺杂超导电性磁通钉扎
分类号: TM26
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文主要研究了不同有机溶剂超声硼粉以及葡萄糖掺杂对MgB2超导体超导电性和微观结构的影响,深入讨论了葡萄糖掺杂对MgB2超导体钉扎行为的影响。根据葡萄糖掺杂结果,研究了热处理对葡萄糖掺杂样品超导性能的影响。第一章简要介绍了超导体的发展、基本特征以及分类,并对MgB2超导体的结构,超导性能,超导机制等进行了简单的阐述,提出了本文的主要研究工作。第二章着重介绍了一些制备MgB2块材的常用实验方法,并简单介绍分析测试方法及相关测量仪器。第三章研究了丙酮、酒精、甲苯三种不同有机溶液超声硼粉对MgB2样品超导性能的影响。结果表明,有机溶液超声硼粉有助于原料的充分反应和改善晶粒结构及晶粒间的连接性,进而提高样品的磁通钉扎性能和高场下的载流能力,间接地解决了硼粉易团聚问题。第四章首先研究了不同比重的葡萄糖掺杂对MgB2超导电性和微观结构的影响,随后根据其结果又研究了不同热处理对葡萄糖掺杂样品超导电性的影响。葡萄糖掺杂结果表明,随着掺杂量的增加,a轴晶格参数单调缓慢地减小,c轴晶格参数几乎没有发生变化；超导转变温度(Tc)下降,超导转变宽度增加；但葡萄糖掺杂可以显著提高样品在低温高场下的载流能力。此外,一定量地葡萄糖掺杂可以有效优化样品的微观结构,提高晶粒间的连接性。热处理研究结果表明,高温烧结可以增加碳替代硼的比例,增强样品的磁通钉扎性能；另一方面,高温烧结可以提高Mg向B扩散速率,使杂相和缺陷分布更加均匀。因此我们认为,晶粒细化与碳替代硼和杂质、缺陷等均匀分布相结合的方法可能是提高样品钉扎性能的有效途径。第五章是在第四章不同比重的葡萄糖掺杂研究基础之上,利用传统钉扎力理论的标度公式fp=Abp(1-6)q对所有样品的约化钉扎力曲线进行了拟合。拟合结果表明,掺杂使得拟合结果向着晶界钉扎机制靠近。在用集体钉扎理论分析拟合Jc-t曲线中,我们发现纯MgB2多晶样品中δTc钉扎起主要作用；掺杂样品中,δl钉扎和δTc钉扎共同作用,δl钉扎的贡献随着掺杂量的增加而增大。从掺杂对钉扎机制的影响中,还发现掺杂量为10wt%时,对钉扎机制的影响趋于饱和,过多的掺杂只会减少有效载流面积,增加了杂质散射和晶格缺陷,使载流性能进一步下降。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-14
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 主要研究内容  12-13
  1.3 本文结构  13-14
第2章文献综述  14-28
  2.1 超导材料的发展及基本特征  14-16
  2.2 超导材料的分类  16-17
  2.3 MgB_2超导体的概述  17-27
    2.3.1 MgB_2的晶体结构  17
    2.3.2 MgB_2超导性能  17-19
      2.3.2.1 超导转变温度T_c  18
      2.3.2.2 临界电流密度J_c  18
      2.3.2.3 磁通钉扎  18-19
    2.3.3 MgB_2超导机制  19-21
      2.3.3.1 晶体结构和同位素效应  19-20
      2.3.3.2 电子能带结构  20
      2.3.3.3 霍尔效应  20-21
    2.3.4 MgB_2超导体的研究  21-27
      2.3.4.1 热处理工艺  21-23
      2.3.4.2 粉末原料  23-24
      2.3.4.3 辐照效应  24-26
      2.3.4.4 化学掺杂  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 MgB_2的制备与表征  28-35
  3.1 MgB_2块材制备  28-29
    3.1.1 固相反应法  28-29
    3.1.2 扩散法  29
    3.1.3 化学溶液法  29
  3.2 MgB_2块材的分析测试系统  29-34
    3.2.1 X射线衍射(XRD)  29-31
    3.2.2 扫描电子显微镜(SEM)  31-32
    3.2.3 磁性测量系统  32-33
    3.2.4 电输运测量系统  33-34
  3.3 本章小结  34-35
第4章不同超声溶液对MgB_2超导性能的影响  35-40
  4.1 引言  35
  4.2 实验制备  35-36
  4.3 结果及讨论  36-39
  4.4 本章小结  39-40
第5章化学溶液法葡萄糖掺杂  40-51
  5.1 引言  40
  5.2 不同比重的葡萄糖掺杂研究  40-45
    5.2.1 实验制备  40-41
    5.2.2 结果及讨论  41-45
  5.3 热处理对葡萄糖掺杂样品超导性能的影响  45-50
    5.3.1 实验制备  45-46
    5.3.2 结果及讨论  46-50
  5.4 本章小结  50-51
第6章葡萄糖掺杂对MgB_2超导体钉扎行为的影响  51-58
  6.1 约化钉扎力曲线拟合分析  51-53
  6.2 集体钉扎理论分析  53-57
  6.3 本章小结  57-58
结论  58-60
致谢  60-61
参考文献  61-70
攻读硕士学位期间发表论文  70

超声处理和葡萄糖掺杂对MgB_2结构和超导性能的影响

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