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授权级别：独家授权与委托
作品类别：国际论文网-农业理工论文
会员：fanhoulai
阅读： 次
编辑评分： 3
投稿时间：2014/6/6 15:30:13
最新修改：2014/6/6 15:30:13
来源：中国国际剧本网www.juben108.com |
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| 论文名：《掺杂对Y Ba Cu O 的超导电性及其晶格结构的影响》 |
| 【原创剧本网】作者:论文 |
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论文摘要：本文采用固相反应法成功制备出一系列 Y 与Y 的摩尔比为 1 : x ( x= 0、0.14、0.27、0.3、0.35、0.4、0.45、0.47、0.5、0.8、1.18 ) 的样品。实验结果表明：在 0.35 ≤ x ≤ 0.5 范围内，Y 的起始转变温度 T 、临界转变温度 T 以及转变宽度 △T 都在x = 0.47 出现了拐点，这说明了 x = 0.47 为最佳掺杂比例，同时本文也分析了Y 的晶格结构与其超导电性之间存在的内在关联。
论文关键词：高温超导材料,掺杂,超导电性
Tel:+8615095392987;
Email:luyanzhong2008@163.com.
引言
YBaCuO是高温氧化物超导材料体系中最具代表性的材料之一，它在应用领域和高温超导机理研究方面都具有举足轻重的作用。为了推动高温超导体在强电应用领域和强磁场范围内的实用化进程，必须向高温超导体中引入强的磁通钉扎中心，克服因弱的磁通钉扎而导致热激活磁通蠕动或磁通流变，以此来改善高温超导体的磁通钉扎能力，从而提高其磁场下的临界电流密度J。实践证明，掺杂是引进有效磁通钉扎中心最有效的方法，而掺杂方法主要有元素替代(或掺杂)和化合物掺杂。元素替代(或掺杂)在超导体中引入各种缺陷或杂质，形成钉扎中心，提高超导体临界电流密度J性能，但也降低了其临界转变温度T。化合物的掺杂因其可在不明显影响高温超导体临界转变温度T的情况下，明显地提高其临界电流密度J值而受到人们的青睐。
Murakami等人首先报道用QMG和MPMG方法制备的Y织构样品中，残留的Y颗粒可能作为强的磁通钉扎中心，提高织构化的Y超导体的J值。Wang等人认为伴随Y相产生的几何尺度与高温超导体的相干长度相当的层错、位错圈、孪晶面、贫氧区等可能作为磁通钉扎中心,提高YBCO超导体的J值。Lee等人用LPP方法制备的织构化的Y样品含有不同的Y粒子，对临界电流密度J有不同程度的改善。文献[11]报道，掺杂不同体积超细的Y相对磁通钉扎起主要作用。当Y相弥散分布，粒度与相干长度ξ相当时，对磁通束具有强的钉扎作用。
高温超导体YBaCuO被发现以来，人们大多侧重于探究在Y中掺杂Y，其临界电流密度J的变化规律及其原因，而对于在Y中掺杂Y，其超导电性的变化规律以及结构变化与超导电性之间所存在的内在关联等问题却报道不多。由于高温氧化物超导材料YBaCuO作为一种缺陷型的陶瓷材料，其特性很强地取决于它的晶格结构和电子行为。因此本文对Y中掺杂Y进行了比较全面系统的研究，主要探究了由于Y的掺杂，Y的起始转变温度T、临界转变温度T以及转变宽度△T的变化规律，同时我们也分析了Y晶格结构与其超导电性之间存在的内在关联，另外我们也找出了Y的最佳掺杂比例。
2实验
2．1YBCO单相先驱物的制备
2．1．1YBaCuO单相先驱物的制备
用分析纯YO、BaCO、CuO粉末按Y:Ba:Cu=1:2:3的原子摩尔比精确称量配比，经充分研磨后在920℃空气氛围中预烧24h，自然冷却至室温。为使其反应充分，将所得粉体再次充分研磨、压片后，在空气环境中高温预烧24h后退火至400℃，并在400℃持续通氧20h，然后自然冷却至室温。经以上实验过程我们制成了较纯的YBaCuO相黑色粉末。
2．1．2YBaCuO单相先驱物的制备
用分析纯YO、BaCO、CuO粉末按Y:Ba:Cu=2:1:1的原子摩尔比精确称量配比，经充分研磨后在960℃空气氛围中预烧24h，自然冷却至室温。为使其反应充分，将所得粉体再次充分研磨、压片后，在空气环境中高温预烧20h后退火至450℃，并在450℃持续通氧24h，然后自然冷却至室温。经以上实验过程我们制成了较纯的YBaCuO相绿色粉末。
2．2系列样品的制备
将以上制备的Y粉末与Y粉末分别按照1:x(x=0、0.14、0.27、0.3、0.35、0.4、0.45、0.47、0.5、0.8、1.18)的原子摩尔比精确称量，经充分研磨后在960℃空气氛围中预烧24h，自然冷却至室温。为使其充分反应，将所得粉体再次充分研磨、压片后，再在960℃空气环境中高温预烧10h后退火至400℃，并在400℃持续通氧20h，然后自然冷却至室温，这样就制成了一系列我们所需的实验样品。
2．3晶格结构分析及其超导电性的测试
采用日本理学公司产D/Max-2400型粉末X-射线衍射仪来对样品的晶格结构进行分析。测定条件：CuKα靶，管压为40kV，管流为100mA，2θ角度范围在20°～80°。采用标准的四端引线法来测量样品的超导电性。
3结果与讨论
3.1Y掺杂对Y超导电性的影响分析
由图1、图2和图3为Y的起始转变温度T、临界转变温度Tc和转变宽度ΔTc随Y掺杂量x的变化关系图
图1Y的起始转变温度T随Y掺杂量x的变化关系
图2Y的临界转变温度Tc随Y掺杂量x的变化关系
图3Y的转变宽度ΔTc随Y掺杂量x的变化关系
由图1、图2和图3可以明显看出：当0≤x≤0.35时，Y的起始转变温度T与临界转变温度Tc都在逐渐降低，并且Y的转变宽度ΔTc在逐渐变宽，原因可能是由于Y相含量较少，其钉扎能力下降而导致的结果；与x≥0.47时，Y的起始转变温度T与临界转变温度Tc也都在逐渐降低，并且Y的转变宽度ΔTc也在逐渐变宽，我们分析可能是由于非超导相Y相含量过高而影响样品的超导电性所造成的结果；当0.35时，Y的起始转变温度T与其临界转变温度Tc却都在逐渐升高，并且Y的转变宽度ΔTc也在逐渐变窄，则充分说明x=0.47(即Y中Y的质量分数为24.68﹪)为最佳掺杂比例。
3.2Y掺杂对Y晶格结构的影响分析
3.2.1Y随Y掺杂量x变化的X射线衍射图谱分析
图4Y随Y掺杂量x变化的X射线衍射图
图4为Y随Y掺杂量x变化的X射线衍射图谱。从图4可以看出：在x>0.47时，其X射线衍射图谱的杂峰变的越来越多，我们分析可能是由于Y掺杂过量的缘故，在2θ=29.740°、30.480°和31.500°三个位置的峰（这三个峰为Y的特征峰）都随着Y掺杂量x的增大而逐渐增强，并且在2θ=32.460°和32.760°两个位置的峰（这两个峰为Y的特征峰）都随着Y掺杂量x的增大而逐渐减弱，这两方面也充分验证了上述我们分析的原因。
3.2.2Y掺杂量对Y晶格结构的影响
表1为随Y掺杂量x变化Y的晶格常数、密度ρ和体积Ｖ的变化情况。从表1中可以明显看出：随着Y掺杂量x增加，Y的晶格常数a和b基本没有变化，而Y的晶格常数c、密度ρ以及体积Ｖ却都发生了明显的变化，并且当x=0.47时，Y的晶格常数c最大、体积Ｖ最大以及密度ρ最小，这也充分验证了我们在3.1中所得出的结论，即x=0.47(即Y中Y的质量分数为24.68﹪)为最佳掺杂比例，我们的实验结果和文献报道一致，同时也充分说明了Y晶格结构与其超导电性之间存在着一种必然的内在关联。
表1随Y掺杂量x变化的Y的晶格常数、密度ρ和体积Ｖ的变化情况
x(mol)a()b（）c ()V( )ρ(g/cm )
03.82473.886911.6922173.816.3573
0.143.82243.894911.6905174.056.3561
0.273.82773.894611.7003174.426.3425
0.33.82043.880311.6824173.186.3917
0.353.82503.888811.6904173.896.3617
0.43.83133.879711.6990173.906.3615
0.453.82013.886811.6867173.526.3752
0.473.82903.892611.7342174.906.3252
0.53.81783.885411.6772173.226.3864
0.83.81043.885111.6548172.546.4117
1.183.82423.895611.7070174.416.3416
4结论
本文采用固相反应法成功制备出了一系列Y与Y的摩尔比为1:x(x=0、0.14、0.27、0.3、0.35、0.4、0.45、0.47、0.5、0.8、1.18)的样品。用标准的四端引线法对样品的超导电性进行了测量，测量结果表明：在0.35≤x≤0.5范围内，Y的起始转变温度T、临界转变温度T以及转变宽度△T都在x=0.47出现了拐点，则说明x=0.47(即Y中Y的质量分数为24.68﹪)为最佳掺杂比例；同时本文也采用了X-射线衍射仪对样品的晶格结构进行了表征，测量结果也充分验证了上述结论，同时也充分说明Y的晶格结构与其超导电性之间存在着一种内在的必然关联。
致谢：感谢甘肃省高等学校基本科研业务费项目（2010年-2012年）资助。
参考文献
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