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纳米YBa_2Cu_3O_（7-δ）的铈、镧掺杂及YBa_2Cu_3O_（7-δ）掺杂选取的研究

作　者: 杨国峰
导　师: 孙爱民
学　校: 西北师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: YBa2Cu3O7-δ 超导体 掺杂 柠檬酸盐热分解 纳米粉末 拓扑指数 晶格常数
分类号: O483
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


YBa2Cu3O7-δ超导体具有交流损耗低、在磁场下载流能力强、不可逆场较高、及性价比高等优点,可广泛应用于能源、信息、医疗、交通、国防、科学研究等方面。YBa2Cu3O7-δ高温超导材料是本世纪最受关注的材料之一。本论文首先对超导物理进行了简单地概述,其次,对超导材料、超导物理的发展历史和高温超导材料的应用做了简要介绍。接下来简单地介绍了YBa2Cu3O7-δ的一些基本特征、超导电性及制备方法、本论文的选题思路以及拓扑理论。考虑到YBa2Cu3O7-δ掺杂的重要性,本论文以“纳米YBa2Cu3O7-δ的Ce、La掺杂及YBa2Cu3O7-δ掺杂选取的研究为题,主要述及以下几方面的研究工作:1.我们采用柠檬酸盐热分解法成功制备了纳米Y1-xCexBa2-xLaxCu3O7-δ（x=0- 0.25）一系列样品。根据Scherrer公式计算得到样品的平均晶粒尺寸范围为29.25 nm至74.47nm。利用X-射线衍射仪、标准四探针法和红外吸收谱仪对Y1-xCexBa2-xLaxCu3O7-δ的物相结构、R-T特性、红外吸收特性进行分析研究。X-射线测量表明,材料具有单相正交晶系结构（x≤0.0625）。电阻率测量表明,掺杂浓度小于0.0625的样品都具有金属行为,表现出了良好的超导电性,并且有急剧的超导转变。当0.11≤x≤0.25时,样品在171.5K附近发生了由金属相到绝缘相的转变。Y1-xCexBa2-xLaxCu3O7-δ（0≤x≤0.25）所有样品的红外吸收谱,均存在三个明显的吸收峰,它们分别位于594（A1）、1440（A2）和3430（A3）cm -1波数附近。结果表明A1模式分别由c轴对称伸长和Cu–O面的不均匀对称伸长引起的。2.依据现有的YBa2Cu3O7-δ掺杂实验,对掺杂YBa2Cu3O7-δ体系超导电性与其晶格常数进行了研究。结果表明:掺杂YBa2Cu3O7-δ体系转变温度随晶格常数a、b、c和元胞体积V的增大均出现先增后减的趋势,其中a、b可以分成两个区域来讨论,当b小于3.8728 A时呈现出递减的趋势。大部分掺杂YBa2Cu3O7-δ体系的晶格常数a的数值主要集中在3.8129 A～3.8858 A之间、b集中在3.8146 A～3.8902 A之间、c集中在11.6540 A～11.6985 A之间、晶胞体积V的数值主要集中在172.4824 A3～174.6539 A3之间。相比之下,掺杂YBa2Cu3O7-δ体系的晶格常数a越接近3.8230 A和3.8822 A、b越接近3.8207 A和3.8830 A、c越接近11.6985 A、V越接近173.1785 A3的掺杂效果越佳。超导体的晶体结构与其超导电性有着密切的联系,所以上述结果给研究者对掺杂YBa2Cu3O7-δ体系超导电性的研究工作有一定的指导意义。3.利用价电子轨道能量Ei和价电子层数ni,构建了新的原子点价δi,由点价δi构建价电子轨道能量拓扑指数mE。研究了Y系、Bi系高温超导氧化物与mE的0阶指数的关系,发现有较好的规律性。Y系高温超导氧化物的0E值处在13.9536～16.1452之间的时候Y系高温超导氧化物表现出很好的超导电性。Bi系高温超导氧化物的0E值处在15.8045～16.3455和19.5900～20.3772这两个区间的时候,也表现出很好的超导电性。因此,本文提出用价电子轨道能量拓扑指数mE作为Y系、Bi系高温超导氧化物超导电性的一个新判据,这对今后实验工作者制备出具有更高Tc的Y系、Bi系超导氧化物有很好的指导意义。

全文目录


摘要  6-8
Abstract  8-10
第一章 绪论  10-24
  1.1 超导材料简介  10-11
  1.2 超导材料的发展  11-13
  1.3 高温超导材料的应用  13-15
  1.4 钇钡铜氧的基本特征  15-17
    1.4.1 钇钡铜氧的晶体结构  15
    1.4.2 钇钡铜氧高温超导体的电子相图  15-16
    1.4.3 钇钡铜氧的掺杂效应  16-17
  1.5 钇钡铜氧高温超导材料的制备方法  17-19
    1.5.1 固相法  17
    1.5.2 液相法  17-18
    1.5.3 气相法  18-19
  1.6 本论文的研究思路和主要内容  19-21
  参考文献  21-24
第二章 分子拓扑理论  24-30
  2.1 分子拓扑理论的发展  24
  2.2 连接性指数系列  24-27
  2.3 分子拓扑指数的应用  27-28
  参考文献  28-30
第三章 纳米YBa_2Cu_3O_(7-δ)的Ce、La掺杂研究  30-42
  3.1 实验过程  31-32
  3.2 结果与讨论  32-38
  3.3 本章结论  38-40
  参考文献  40-42
第四章 晶格常数与掺杂YBCO体系超导电性的关系  42-51
  4.1 钇钡铜氧及掺杂钇钡铜氧体系晶格常数与超导电性的关系  42-47
  4.2 晶胞体积与超导电性的关系  47-48
  4.3 本章结论  48-49
  参考文献  49-51
第五章 价电子轨道能拓扑指数与Y、Bi系超导电性的关系  51-59
  5.1 理论分析  51-54
  5.2 Y系、Bi系高温超导氧化物价电子轨道能量拓扑指数mE的0 阶计算  54-55
  5.3 结果与讨论  55-57
  5.4 本章结论  57-58
  参考文献  58-59
第六章 总结与展望  59-60
附录：作者攻读硕士学位期间发表和已完成的论文  60-61
致谢  61

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 固体缺陷
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