超导材料研究进展及其应用.pdf

5 6陶瓷2 0 0 9 N o 7广咕俸每矿珏哪，僵学静e 每f 哪静毒；技；术；讲；座；k。j“。0t-。，。0k。j超导材料研究进展及其应用杨公安蒲永平王瑾菲庄永勇韦继锋(陕西科技大学材料科学与工程学院西安71 0 0 2 I)摘要综合评述了高温超导材料研究进展，详细介绍了近年来发展的高温超导材料改性的各种方法，阐述了硼化镁结构及性质的研究结果；简要介绍了最近开展的超导材料在实践中的应用等。关键词高温超导硼化镁磁悬浮进展前言长期以来，如何找到一种完全没有电阻，能消除电能损耗的导电材料，一直是物理学家和材料科学工作者梦寐以求的愿望。人们已经看到了一个现象：良导体的金属材料随着环境温度降低，电阻是逐渐减小的。阿蒙顿在1 7 世纪末提出了温度绝对零度的概念。到1 8 世纪，科学家盖吕萨克查理斯确定温度的绝对零点为一2 7 3，人们开始了使空气中的气体(如：C O：、N：、H：、H e)液化的低温技术研究。1 9 1 1 年荷兰科学家卡茂林昂纳斯发现汞在4 2K 时的零电阻，随后，人们在多种材料中也发现这种特性：在满足临界条件(临界温度T、临界电流J、临界磁场H)时物质的电阻突然消失，这种现象称为超导电性的零电阻现象。这是1 9 3 3 年迈斯纳和奥赫森费耳德同时发现的，同时还发现了迈斯纳效应。零电阻效应和迈斯纳效应是超导态两个独立的基本性质。1 9 5 7 年B a r d e e n 等提出了著名的B C S 理论【2 1，揭示了长时期不清楚的超导起因。从2 0 世纪7 0 年代起人们就将注意力转向寻找高温超导体，1 9 7 3 年找到的临界温度最高的材料是T c 值为2 3 2K 的N b，c e 薄膜，到1 9 8 5 年这个记录一直保持不变。1 9 8 6 年瑞士I B M 实验室科学家缪勒和柏诺兹发现了转变温度为3 6K 的I J a B a C u O 超导体心J，揭开了高温超导发展的帷幕。1 9 8 7 年2 月，美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤1 把Y B a C u O 系材料临界超导温度提高到9 0K 以上，液氮的禁区(7 7K)奇迹般地被突破了。1 9 8 7 年底，T l B a C a C u O 系材料又把临界超导温度的记录提高到1 2 5K。从1 9 8 6 1 9 8 7 年短短一年多的时间里，临界超导温度竟然提高了1 0 0K以上，使超导的应用和发展迈上了一个新台阶。最新的报道中是以水银掺杂得到H 9 2 B a 2 C a 2 C u，O m。，在常压下其临界温度已达1 3 4K。I高温超导材料目前，高温超导材料指的是：钇系(9 2K)、铋系(1 1 0K)、铊系(1 2 5K)和汞系(1 3 5K)以及2 0 0 1 年1 月发现的新型超导体二硼化镁(3 9K)。其中最有实用价值的是铋系、钇系1(Y B C O)和二硼化镁(M g B：)b l。氧化物高温超导材料是以铜氧化物为组分的具有钙钛矿层状结构的复杂物质l，在正常态它们都是不良导体。同低温超导体相比，高温超导材料具有明显的各向异性，在垂直和平行于铜氧结构层方向上的物理性质差别很大。高温超导体属于非理想的第类超导体且具有比低温超导体更高的临界磁场和临界电流，因此是更接近于实用的超导材料。特别是在低温下的性能比传统超导体高得多。1 1第一代B i 系高温超导(H T S)线材第一代H T S 带材 q 1 是指用粉末管法生产的B i系带材，其制备过程工艺流程：将适当配比的前区粉填充到金属套管内，拉拨至一定尺寸之后截成多股芯线。再次装入银套管内拉拨至直径为l 一2m m，然后轧制成万方数据2 0 0 9 N O 7陶瓷5 7宽3 5m m，厚0 2 0 0 3 0f i l m 的带材，再进行热处理或多次反复的形变处理，使晶粒沿a b 面择优取向，形成所谓的形变结构，得到最终成品带材，典型的工艺流程8 1 如图l 所示。图IB i 系H T s 带材制备工艺流程B i S r C u O(B S C C O)属超导体晶粒的层状化结构，使人们能够利用机械变形和热处理获得具有较好晶体取向的B i 系线带材。即把B i s r C u O 粉装入金属管(A g 或缸合金)中进行加工和热处理的方法。经过十几年的发展，利用这种方法已经开发出长度为千米级的铋系多芯超导线材。美国、日本、德国、中国等国已具备生产几百米到上千米的批量能力。可以说，铋系高温超导带材的临界电流密度、长度已经基本上达到了电力应用的要求而其价格对手限流器应用已基本满足要求。从而为开展强电应用研究奠定了基础。因此，各国都大力开展有关超导磁体、输电电缆、超导变压器和故障限流器等方面的应用研究。1 2Y B a C u O(Y B C O)高温超导带材由于第一代B i 系带材的高成本以及它的一些性能问题。如磁场下临界电流的急剧衰减等，使得基于它的超导技术在工业上的大规模应用前景变得渺茫。超导界不得不将研究重点转移到开发基于Y B C O 体系旧的第二代高温超导带材上来，因为Y B C O 具有更为优异的磁场性能，是真正的液氮温区下强电应用的超导材料。与B i 系相比，Y B C O 的各向异性比较弱，可以在液氮温区附近较高磁场下有较大临界电流密度，但由于晶粒间结合较弱，难以采用装管法制备。采用沉积、喷涂等镀膜方法制备钇系超导带材是当前高温超导强电应用材料研究的重点。近年来，采用I B A D P L D 和R A-B i T S P L D(M O C V D 或M O O)复合技术制备涂层带材已取得重大进展。如日本I S T E C 公司已制备出长2 1 2m，临界电流达2 4 5 A 的第二代带材。美国、德国等1也已制备出百米量级的Y B C O 带材l7 1。高温超导体改性圳的主要目的是为了提高各项l|缶界参数(临界温度T 临界电流密度J 和临界磁场强度H)。以往铜氧化合物超导体的改性主要是通过元素掺杂，但各项超导体临界参数近年来一直没有大的提高。美国哈佛大学杨培东和查尔斯研究发现，在超导体的晶体结构中造成某种缺陷，可以提高超导体的载流能力。他们把纳米氧化镁加入超导体材料中，使超导体的载流能力提高1 0 倍，但临界温度没有提高。K u m m e t h 等用高能重离子如金离子来轰击超导体，这些粒子会把它们所通过路径的原子轰击出去，从而在材料中掘出沟道，但是离子的穿透能力很差。所以这种方法也不是很理想。近年一种新的尝i 式方法是向超导材料中添加纳米棒状化合物形成棒状缺陷然而大多数化合物在高温下都会与超导材料发生反应。已知的氧化镁纳米棒是比较理想的材料。因为氧化镁比较稳定，几乎不会与超导材料发生反应。但是现在没有一种理想的制备纳米级氧化镁的成熟方法，微米级的氧化镁又实在太大，只会消弱超导体的载流能力。所以目前的技术障碍就是找到一种制备直径为纳米级的氧化镁触须的方法。相信随着纳米科技的发展。这种缺陷掺杂将是超导研究领域的一个重要方向。1 3 新型M g B，超导线带材M g B：是2 0 世纪5 0 年代就早已熟悉的材料，然而直到2 0 0 1 年3 月日本科学家才发现它是超导体，其超导转变温度为3 9K 1。随后各国科学家对M g B 2 进行了深入的研究，包括大块、薄膜、线材、带材样品的制备、各种替代元素对转变温度的影响、同位素效应、H a l l 效应的测量、热动力学的研究、临界电流和磁场的关系、微波和隧道特性的研究等等。人们为什么会对超导转变温度仅为3 9K，比汞掺杂高温超导体的转变温度1 3 4 K 的1 3 还低的M g 产生如此巨大的兴趣呢?原因是：M g B：是常规超导体，其超导机制可以用B C S 理论解释。目前，M g B：是这类超导体中临界温度最高的。构成氧化物高温超导体的化学元素昂贵，合成超导材料脆性大，难以加工成线材。而硼元素和镁元素的价格低廉，容易制成线材。氧化物高温超导体是由氧元素和2 种以上金属元素组成的复杂化万方数据5 8陶瓷2 0 0 9 N o 7合物，自发现以来，人们就放弃了在简单化合物中寻找具有较高临界温度超导体的想法，忽略了对金属问化合物的研究。M g B：超导体的发现，使冷落了近3 0 年的简单化合物超导体研究升温。科学家们相信，具有更高临界温度的简单化合物超导体最终将会被发现。而且，M g 的各向异性不大，具有较高的临界电流密度。碳化硼是一种高温P 型半导体材料，它具有强硬度、低密度、高化学惰性等优异的性能川。它在l0 0 0 高温下。可与F e、N i、T i、Z r 等金属反应；另外由于1 0 B 原子具有很强的吸收中子的能力所以碳化硼在原子物理和医学上具有很好的应用；此外，碳化硼良好的性能使得在微电子学、核物理、军事以及空间技术方面具有广泛的应用0 1。O r 3、1 K图2 M g B 2 结构图M g 具有简单六方A l 型结构和空间群，其结构如图2 所示。这种结构含有类似石墨的硼层，硼层被六方紧密堆积的镁层隔开。镁原子处在硼原子形成的六角形的中心，并且给硼原子面提供电子。M g 在1 3 一B链长方向具有较强的各向异性，硼原子面之间的距离明显大于在硼原子面中的B B 距离。M g B：的超导转变温度几乎是二元超导体N b,G e 超导转变温度(2 3K)的2 倍，是目前具有最高超导转变温度的低温超导体。在B C S 理论框架内，低质量元素产生较高频率的声子模，可导致更高的转变温度。过去曾有人预言，最轻的元素氢在高压下具有最高的超导转变温度。M g B e 的发现再一次证实含有轻元素的化合物具有更高T。M g B：高达3 9K 的超导转变温度已接近或已超过B C S 理论所预言的超导转变温度的理论上限。至今所有的研究似乎都支持这种结论，M g B：超导电性的机理与经典的B C S 理论一致B C S 理沦是金属和金属间化合物超导电性的基础。近几年来已经用各种方法制备了M g B 2 线带材。目前的研究集中在粉末装管技术，这是因为装管工艺能很容易推广到大规模工业生产中。美国、日本以及欧洲在线材实用化方面进行了大量出色的工作，已能生产百米量级的线带材。目前国内从事M g B：带材研究和开发的单位主要有西北有色金属研究院【3 叫4 1 和中科院电工研究所等。2 超导材料的应用进展2 1电流引线在给低温环境下工作的超导磁体和电力设备供电时，由低温到高温之间的电流引线会消耗许多液氦。高温超导体由于I 临界温度高，热导率低，可以在超导态下给磁体供电n 纠，从而把由低温区到高温区的热漏减少到了极小的程度。目前用作电流引线的材料主要有B i 一2 2 1 2 及B i 一2 2 2 3 的棒、管和带材、以及熔融法Y B C O 棒材。目前电流引线已成功地用于微型致冷机冷却的N b T i 及N b S n 磁体系统第一次实现了不需用液氦的超导磁体应用。2 2 输电电缆高温超导电缆副具有体积小、重量轻、损耗低和传输容量大的优点。从2 0 世纪9 0 年代起，美国、日本和丹麦等国都相继开展这方面的研究，并进行示范性实验。2 0 0 4 年E t 本东京电力公司研制出5 0 0m 长、7 7k V Ak A 单芯高温超导电缆。2 0 0 4 年1 2 月，中国科学院电工研究所与甘肃长通电缆公司等合作研制成功7 5m、1 0 5k V 1 5k A 交流高温超导电缆。并接人到甘肃长通电缆公司6k V 配电网中向车间供电运行 I。云电英纳超导电缆公司也于2 0 0 4 年完成3 3m 长、3 5k V 2k A 高温超导交流电缆的开发。安装在云南普吉变电站中运行。美国S o u t h w i r eA M S C 公司等在2 0 0 6年分别研制出2 0 0m、1 3 5k v 3k A，3 5 0m、3 4 5k v 0 8k A 和6 6 0m、1 3 8k v 2 4k A 的三相高温超导交流电缆并投入实际运行。2 3 磁体高温超导磁体 1 2 1 在M R、N M R、磁悬浮列车m 1、磁分离技术、高能加速器、磁性扫雷技术和磁流体推动技万方数据2【)()9 N o 7陶瓷5 9术等方面有重要的应用价值。美国超导体(t l M S C)公司研制了一个利用机械致冷机冷却的高温超导磁体。在2 7K 零外场下能产生2 1 6 T 的磁场。最近日本住友电工将B i 系多芯带绕制的四双饼高温超导磁体插入N b T i 及N b S n 组合磁体中，在4 2K 产生了常规低温超导体无法实现的2 4T 的磁场博J，已能满足lG t t z 核磁共振磁体要求。B i 一2 2 1 2 线材绕制线圈和磁体是目前研究的重点之一。B i 一2 2 1 2 具有较高的临界温度，用这种材料绕制的磁体具有高的稳定性和可靠性，因此，这种磁体能够在广阔的范围内得到应用【。3结语高温超导体作为现在临界温度最高的一种超导体，国内外科学家汹1 对其展开了大量的研究。但如何提高各项临界参数，尤其是提高临界温度，仍然是高温超导研究领域最大的难题。好在高温超导体可以在液氮温区实现超导，所以高温超导体已具备了实际应用的价值。硼化镁作为2 l 世纪刚刚发现的一种新型超导材料旧，以其简单的结构和较高的临界温度引起了人们的广泛兴趣，并具有一定的应用前景。通过掺杂对硼化镁改性以提高其临界参数仍将是研究的热点1。综上所述，虽然现在“超导热”正在降温，但通过进一步系统的研究，并提出新的材料制备思路和进行作用机制的探讨超导材料研究的前景仍然十分广阔。在未来的研发中旧I，超导材料将广泛应用于从基础建设到医疗等各个领域，富有魅力的超导材料热可能又将拉开序幕|2 川。参考文献I石勇超导材料的制备与特性研究山西煤炭管理干部学院学报2 0 0 6(2)：J 1 7 1 1 82JB a r d e e n，LNC o p e r，JRS e h d e f f e r T h e o r yo fs u p e r c o n-d u c t i v i t y P h y s i c a lR e v i e w，1 9 5 7(5)：I1 7 5 一l1 9 43 赵忠贤高温氧化物超导体的特征物理，1 9 8 9(4)：1 9 3一1 9 54 严仲明，董亮，王豫超导材料在电工领域的应用电工材料，2 0 叽(2)：2 3 2 75T a l i a n aP r i k h n a，W o l f g a n gG a w a l e k，N i k o l a yN o v i k o v H i g h p r e s s u r es y n t h e s i z e dn a n o s l r u c t u r a lm a g n e s i u md i b o r i d-e-b a s e dm a t e r i a l sf i ws u p e r(O R I l l(-l i v ee l e t l r o n l o b r s g e n e r a l o r 8a n dp a m p s J,m r n a lo l M a t e r i a l sP n H e s s i n gT e c h n 一J I l；y，2 0 0 7，181：7l7 56M e iB oT a n g HYB a i MXP a n B u l km e t a l l i cs u p c w o n d u c-l i v eL C u N i l0 一A I I ol；I a J o u r n a l,I fN o n C r y s t a l l i n eS o l i d s，2 0 0 5 3 5 I：25 7 2 25 7 57 马衍伟超导材料研究及应用进展科学新闻2 0 0 7(5)：2 0 _ 2 l8 金建勋郑陆海高温超导材料与技术的发展及应用电子科技大学学报2 0 0 6，3 5(4)：6 1 2 6 2 39MH a g i h a m，TS h i m a，ST a n a k a S u p e r c o n d u c t i v i t ya n ds l l l l c l a r a lc h a r a c l e r i s t i c so fc e r a m i cP r,B 山C a 7O I，一p r e p a r e db ya m b i e n tp r e s s u r ea y n l h e s i su s i n gc i t r a t ep y r o l y s i sm e t h o d P h y s i e aC，2 0 0 7(6)：1 6 1 1 6 41 0 钱廷欣，周稚伟，赵晓鹏新型超导材料的研究进展材料导报，2 0 0 6，2 0(2)：9 8 1 0 0I I 吴高建，刘胜利，徐锡斌探索新型高温超导材料碳化硼的研究低温物理学报。2 3(2 5)：2 6 9 2 7 11 2 许爱霞，马衍伟高温超导材料强磁场下的制备研究低温物理学报，2 0 0 5 2 7(5)：8 1 2 8 1 61 3 潘雄国内外超导材料需求、研发简况行业信息，2 0 0 6(3)：4 7 4 91 4 李想中国超导材料发展快步走向实业化相关产业，2 0 0 6(5)：3 l 一3 21 5 王岳高温超导材料在舰船上的应用材料开发与应用，2 0 0 4，2 0(2)：3 3 3 51 6 林良真，肖立业超导电力技术新进展及其未来发展的思考前沿进展，2 0 0 6，3 5(6)：4 9 1 4 9 61 7 韩征和。十五”8 6 3 超导材料与技术专项成果新材料产业2 0 0 6(1)：2 1 2 31 8 窦华超导材料的应用内蒙古电大学刊，2 0 0 4(2)：5 5_ 5 61 9 侯炳林，朱学武高温超导体在未来聚变装置中的应用低温与超导，2 0 0 4，3 2(3)：4 8 5 22 0Y u r i k oO k a a O p e r a t i o nr e s u l t o fs u p e r c o n d u c t i v en m t e r i a lf a b r i c a t i o ne x p e d m e n t si nt h ea s e r ss p a c e A c l aA s t m n a u t i e a。2 0 0 4 5 5：1 8 I 1 8 82 I闫世成M g B 2 超导材料的若干应用研究国外工艺技术集锦，2 0 0 7，2 6：7 一I O2 2 斯琦“微米薄束”超导材料新突破高科技与产业化。2 0 0 7(9)：1 8 一1 92 3 林良真我国超导技术研究进展及展望电工技术学报，2 0 0 5，2 0(1)：卜6万方数据超导材料研究进展及其应用超导材料研究进展及其应用作者：杨公安，蒲永平，王瑾菲，庄永勇，韦继锋作者单位：陕西科技大学材料科学与工程学院,西安,710021刊名：陶瓷英文刊名：CERAMICS年，卷(期)：2009，(7)被引用次数：0次 参考文献(23条)参考文献(23条)1.石勇 超导材料的制备与特性研究期刊论文-山西煤炭管理干部学院学报 2006(02)2.J Bardeen.L N Cooper.J R Sehdeffer Theory of superconduelivily 1957(05)3.赵忠贤 高温氧化物超导体的特征期刊论文-物理 1989(04)4.严仲明.董亮.王豫 超导材料在电工领域的应用期刊论文-电工材料 2007(02)5.Taliana Prikhna.Wolfgang Cawalek.Ni-kolay Novikov High-pressure synthesi-zed nanostructuralmagnesium diborid-e-based materials for supereonductive electromotors,generators and pumps 20076.Mei Bo Tang.H Y Bai.M X Tan Bulk metallic supercondue tive La60 Cu20 Ni1O-Al10 glass 20057.马衍伟 超导材料研究及应用进展 2007(05)8.金建勋.郑陆海 高温超导材料与技术的发展及应用 2006(04)9.M Hagiwara.T Shima.S Tanaka S-uperconductivily and struclural characl-eristics of ceramic Pr2 Ba4Cu7 O15-prepa-red by ambient pressure synthesis usi-ng citrate pyrolysis method 2007(06)10.钱廷欣.周雅伟.赵晓鹏 新型超导材料的研究进展期刊论文-材料导报 2006(02)11.吴高建.刘胜利.徐锡斌 探索新型高温超导材料碳化硼的研究期刊论文-低温物理学报 200312.许爱霞.马衍伟 高温超导材料强磁场下的制备研究期刊论文-低温物理学报 2005(05)13.潘雄 国内外超导材料需求、研发简况 2006(03)14.李想 中国超导材料发展快步走向实业化 2006(05)15.王岳 高温超导材料在舰船上的应用期刊论文-材料开发与应用 2004(02)16.林良真.肖立业 超导电力技术新进展及其未来发展的思考期刊论文-前沿进展 2006(06)17.韩征和 十五863超导材料与技术专项成果 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二硼化镁(MgB2)超导电性的发现，轰动了整个凝聚态物理界，因为它创造了金属间化合物超导材料转变温度的新纪录，超导转变温度高达39K。与合金类低温超导材料不同，它可以工作在制冷机工作温区(20-30K)，从而降低昂贵的液氦温区制冷成本。氧化物高温超导体虽然具有超导转变温度高的优势，但由于相干长度小导致凝聚能和磁通钉扎能低；层状结构导致各向异性；陶瓷特性使得材料容易脆裂及原材料价格比较昂贵等等，在应用上受到很大限制。而MgB2与陶瓷类的高温超导材料比较，成型容易、各向异性较弱而相干长度大，这些都使得MgB2有着很好的应用前景。本论文中采用高能球磨方法制备了Mg/B先驱粉末，通过SEM和EDX分析对比了不同球磨时间粉末的形貌、粒度和均匀性，通过简单、可行的方法实现了粉末的大变形，获得了晶粒尺寸小、均匀性好的Mg/B先驱粉末。研究了球磨时间、烧结温度和时间等合成参数对MgB2超导块材的致密度和晶粒连结性的影响，讨论了高能球磨Mg/B先驱粉末的反应烧结致密行为，并提出在选择MgB2超导块材的合成参数时，在高的致密度和良好的晶粒间连结之间平衡是非常重要的。研究表明，高能球磨是获得高致密度、细晶组织的高性能MgB2块材的有效途径。采用优化工艺制备的MgB2块材中获得了非常高的性能。在15K,0.59T的磁场下，临界电流密度Jc高达2.0106A/cm2；在2T下，临界电流密度Jc高达5.7105A/cm2；在5T下，仍高达3.0104A/cm2。在MgB2超导块材优化工艺的基础上，利用粉末装管法成功制备了高临界电流密度的MgB2超导线材。通过包套材料和加工工艺及参数的合理选择，进一步提高了MgB2致密度，并解决了MgB2线材在大形变量下易断裂的问题，保证了加工过程的稳定性。微观组织分析显示MgB2线材的晶粒已达到纳米尺度级，呈韧窝状，且为穿晶断裂，晶界形成网络，表明加工后MgB2线材的致密度和晶粒连结性都得到很大提高，磁通钉扎能力得到改善。研究了热处理温度对于线材的临界电流密度的影响。过低(650)和过高的热处理温度(800)使MgB2超导线材中产生杂相，导致晶粒连结性不好，同时也影响MgB2的微观形貌，这可能是导致这两个温度区间制备的线材性能下降的原因。在低场下，700制备线材的Jc明显高于其它温度制备线材的Jc；而在高场下，750制备线材的Jc明显高于其它线材的Jc。在15K，3.5T下，700制备线材的Jc达到3104A/cm2。2.会议论文 韩欢庆.卢惠民.邱定蕃 二硼化镁的制备方法及性能研究现状 2004 MgB2高温超导特性的发现，掀起了研究简单化合物超导材料的热潮。本文综述了MgB2的组织结构、合成方法、导电性的研究现状。3.学位论文 公丕锋 用G-L理论对二硼化镁超导电性的研究 2006 自1911年荷兰物理学家昂尼斯发现超导电性以来，超导研究一直是人们关注的热点问题。特别是1986年发现了高温氧化物超导体以后，在凝聚态物理学界掀起了研究高温超导的热潮。中国在研究高温超导方面也取得了很大的进展。在2001年1月，日本物理学家宣布二硼化镁具有超导电性，而且超导转变温度高达39K。这一发现再次把超导研究推向了高潮。本论文主要用京兹堡-朗道理论来研究超导体MgB2的超导电性。在第一章中，我们简要的回顾了超导发展的历程，介绍了BCS理论、京兹堡-朗道理论、G-L方程的解法极其主要结论和二带模型。在第二章中，我们比较详细的介绍了MgB2超导体正常态和超导态的基本性质，其中包括同位素效应、霍尔效应、压强效应、临界磁场、相干长度、掺杂效应等。研究表明，MgB2超导体存在两个超导能隙。第一个能隙大约在38.6K附近，呈现各向异性；第二个能隙大约在12K附近。由此我们可以用二带模型来描述MgB2体系的超导特性。在第三章中，通过G-L理论来研究了相干长度(T)、伦敦穿透深度(T)以及京兹堡-朗道参量(T)=(T)/(T)在Tc附近对温度T的依赖关系。理论计算结果与MgB2样品的实验数据符合的很好。同时与单带G-L理论算出的结果作了对比，对比发现二带G-L理论更能精确描述MgB2的超导电性，在第四章中，考虑带间相互作用，在弱耦合极限下，得到二带s-波超导体临界温度Tc的公式及同位素效应指数。在这里，耦合相互作用在每一个带中包括两部分：电子-声子相互作用和非电子-声子相互作用，当Tc40K时，在弱耦合机制中得到MgB2的同位素效应指数=0.3，并且带间电子-声子相互作用比非电子-声子相互作用对同位素效应指数的影响大。4.期刊论文 钱廷欣.周雅伟.赵晓鹏.QIAN Tingxin.ZHOU Yawei.ZHAO Xiaopeng 新型超导材料的研究进展-材料导报2006,20(2)综合评述了铜氧化合物高温超导材料研究进展,详细介绍了近年来发展的铜氧高温超导材料改性的各种方法,阐述了硼化镁、有机超导体研究现状,特别是有关硼化镁结构及性质的研究结果;简要介绍了最近开展的钴氧化物新型超导材料研究等.5.学位论文 孔令启 MgB2超导带材失超特性研究 2008 本文针对MgB2超导带材，研究它们在制冷机传导冷却、液氦浸泡准绝热、液氦气冷准绝热等不同工作环境下的失超传播速度、最小失超传播能等失超传播特性。同时利用一维热流方程模型，分别模拟出上述三个工作环境下超导体失超传播过程中由超导态过渡到正常态的温度变化行为，并综合实验和仿真结果，从而推导出带材的失超传播特性。上述的三个工作环境中，制冷机传导冷却工作环境是绝热工作环境，而后两者并非是绝热工作环境，为了模拟带材的绝热工作环境，对带材作如下处理：用玻璃丝带对已固定好电压引线的带材以半叠包的方式缠绕一圈，玻璃丝带与带材成45度夹角，然后用低温环氧胶均匀涂抹在玻璃丝带的表面，随后用烘箱烘烤已涂匀环氧的带材18-24小时，最后取出带材直到低温环氧完全固化。这样，带材在液氦浸泡或气冷条件下的绝热工作环境就模拟出来了。同时，本文还对高温超导带材Bi-2223/Ag的失超传播特性进行了实验和仿真工作，这为研究MgB2超导带材的失超传播特性起到了理论的铺垫作用。本文的工作对超导磁体及电力系统的应用有着重要的参考价值。6.学位论文 储旺盛 T-EXAFS研究过渡金属二硼化物的晶格动力学行为及其同位素效应 2007 同步辐射光源具有能谱连续、高通亮和亮度、高相干性等优异特性，因此人们利用同步辐射光源发展了一系列的实验方法来研究丰富多彩的物理、化学和生物世界。其中，X射线吸收谱学(XAS)是研究原子周围局域配位环境的有力工具之一。目前XAFS已经在材料科学、纳米科学、环境科学和生命科学等研究领域发挥着巨大的作用。据统计，在世界各地的同步辐射装置上，各种形式的XAFS实验站曾占到全部实验站总数的1/41/3。本论文首先详细调研和总结了XAS的原理、实验方法、实验装置和数据处理方法。首次详尽地总结了目前多重散射理论在XAS领域的应用，给出了基于此理论的XANES谱学的理论推导，并将此理论推广到EXAFS谱学。其次，本论文阐述了如何利用依赖温度的EXAFS谱(T-EXAFS)去探测材料的局域振动信息，并将此方法应用于研究近年来发现的二硼化镁超导体的超导机制。2001年人们发现二硼化镁具有很高的超导转变温度(高达39 K)，颠覆了传统的思想观念，即常规的BCS超导体不可能突破T=30 K。这个奇异超导体的发现也刺激着人们住其它的硼化物中，特别是与二硼化镁具有同样晶体结构的二元硼化物中，寻找新的具有高超导转变温度的超导体。然而，令人惊奇的是，到目前为止，还没有一个二元硼化物的超导转变温度超过10 K。此外，二硼化镁超导机制的研究还给停滞了十几年的超导理论研究注入了新的动力。二硼化镁材料作为超导理论研究的理想模型，具有下面两个很明显的优势：1)同高温超导材料铜氧化物相比，二化镁具有非常简单的晶体结构，这对其微观电子结构、声子结构、电卢相互作用等机制的研究极为有利；2)二硼化镁具有的超导转变温度介于低温超导体和高温超导体之间，通过对其超导机理的研究，将极大地促进高温超导理论的研究。虽然白2001年以来，关于MgB超导电性的研究已有成百上千篇高质量的论文发表出米。令人遗憾的是，至今人们对二硼化镁具有高的超导转变温度的真止原因还是不清楚。由于过渡金属二硼化物和二硼化镁在超导电性上的差异和晶体结构上的相似性，使得过渡金属二硼化物成为研究二硼化镁超导电性的理想的参考模型。过渡金属与二硼化镁相比，具有以下的不同：1)过渡金属二硼化物具有d电子结构；2)过渡金属二硼化物中的金属离子的质量相对较大。d电子的数目影响着这些化合物的电子结构性质，例如在这些过渡金属二硎化物中，只有二硼化钪(ScB2)和二硼化钇(YB2)和二硼化镁一样，硼的p带在A点位丁费米能级之上。金属二硼化物中，金属原子质量的差异预计将在两个方面调节这些化合物的品格振动特性：1)质量很轻的金属将增强体系的声子频率；2)由于B原子的质量非常得小，重金属原子的振动将很难与硼原子的振动耦合。也许正是金属二硼化物中金属的质量著异调控着品格的动力学性质，从而影响着这些体系的电声耦合，导致各白不同的超导性质。然而，剑目前为止，研究这些体系动力学结构的方法还主要局限于非弹性中子散射方法。这个方法能够给出体系的广义声子态密度，但是很难给出体系的局域振动模。冈此，迄今我们还不是很清楚在这些具有相同结构的金属二硼化物体系中，金属是如何调节晶格振动特性，从而影响其超导电性的。EXAFS由于其元素选择性，能够探测选定中心的局域结构信息。通常我们利用EXAFS探测的局域结构信息包含吸收中心周围的配位原子类型、数目、距离和无序度。其中，无序度包含静态无序和热无序，热无序包含有局域结构动力学信息。由于受X射线的激发，吸收原子的芯态电子成为光电子，光电子在吸收原子和配位原子之间的单次散射导致了EXAFS信号的产生。因此，EXAFS信号携带的结构信息是二体相关的，与XRD实验所获得独立原子的动力学信息具有显著的不同。通过测量EXAFS振荡随温度的变化(T-EXAFS)，原子对分布函数宽度的温度依赖关系能够被提取出来，分离出决定宏观物性的不同贡献，从而将宏观观测的物性同微观原子局域振动相互作用联系起来。本论文我们利用XANES谱并结合从头计算研究了3d过渡金属二硼化物的电子结构。然后，利用T-EXAFS精确测量了4d和IVB族过渡金属二硼化物的Debye-waller(DW)因子对温度的依赖行为。对于过渡金属二硼化物的阳离子和阴离子配位层，我们首次观察到Dw vsT函数展现出奇异的依赖行为，这种行为我们不能够简单地利用传统的Einstein关联模型进行描述了。为此，我们发展了一个含有两个Einstein特征温度的扩展Einstein关联模型，利用这个模型我们成功地描述了这种依赖行为。通过扩展Einstein模型，我们获得了两个决定阳离子和阴离子配位层局域振动的振动模式，其中一个振动模式具有很高的频率，而另一个振动模式的本征频率则很低，这两个振动模式分别对应于B原子相对振动的光学声子利对应于金属原子集体振动的声学声子。通过对比研究4d过渡金属二硼化物的局域振动，我们发现由于过渡金属4d电子数目的不同导致成键强度的不同，从而影响了局域振动频率的大小。也就是说，过渡金属原子通过调制其组成二硼化物的电子结构而影响着其品格振动动力学行为。通过对比研究IVB族过渡金属二硼化物的局域振动，我们发现过渡金属的质昔影响着阳离子和阴离子配位层局域振动的退耦合程度，这个退耦合程度我们可以通过扩展Einstein模型中的参数a来表征。过渡金属质量越大，退耦合效应就越强。利用我们发展的扩展Einstein模型，我们还第一次直接测量了与MgB具有相同品体结构和相似电子能带结构的YB的局域振动动力学行为中的B同位素效应。在B和B的两个YB中，其局域振动频率存在一个能量漂移，这个漂移对于光学声子振动显得尤为明显43meV，对丁声学声子振动这个漂移为12 meV。通过YB局域振动的同位素效应研究，我们从实验上直接将B-B的振动和此类非强关联体系的超导电性关联起来。简而言之，通过这些过渡金属二硼化物的T-EXAFS研究以及和MgB的对比，我们获得了下面两个至关重要的结论：1)在过渡金属二硼化物中，由于其特殊的层状结构以及金属和硼原子之间巨大的质量差异，使得金属原子和硼原子之间发生了退耦合效应，这种退耦合效应随着金属质量的增加越发明显。止是这个振动退耦合效应使得过渡金属二硼化物无法向MgB那样获得令人惊奇的超导转变温度；2)通过研究YB的局域振动的B同位素效应研究，我们从实验上直接证实了B-B的振动对于金属二硼化物超导电性起着直观重要的作用。我们研究得剑的这两个结论对于理解到底什么因素使得MgB具有如此不同的超导电性起到积极的作用。在金属二硼化物中，B-B的振动是超导电声耦合的关键，但是单纯的B-B振动使得二硼化物的超到电性趋于平庸。在MgB中，正是Mg金属原子和B原子在质量上的接近，使得MgB中B原子的振动和Mg原子的振动发生了关键性的耦合，导致了其超导转变温度的增加。7.期刊论文 汪京荣 二硼化镁应用要比高温超导容易-稀有金属快报2001,(9)专家们最近认为,对二硼化镁(MgB2),虽然任何能市场化的产品还为期尚远,但由于其结合了高临界温度和化合物简单性两重优点,似乎已经成为超导研究的主要焦点.8.学位论文 俞坚 Fe掺杂SmBaCuO单晶与磁场诱导MgB超导体的磁通钉扎研究 2008 超导磁通钉扎机制的认识一直是超导理论和应用研究的重要课题之一，特别是在高温氧化物超导体和近年人们新发现的MgB2超导体的强电应用面临重要突破的今天，该问题的研究和探索尤为迫切，成为当