1、有关MgB2的合成MgB2元素掺杂为了在MgB2的基础上寻找具有更高临界温度的超导体，基于以上两种超导机制科学家们采用了两种“掺杂“的方法。一种是电子掺杂，MgB2一，x，X=Be，C，N，O，即用Be，C，N，o等元素部分替代MgB2中的B元素;另一种是空穴掺杂，M91一。M。B2，M=Al，Be，Ca，Cu，Li，Na，Zn，即用Al，Be，Ca，Cu，Li，Na，Zn等元素部分替代Mg元素。美国Princeton大学的科研人员最先研究了元素掺杂对MgB2超导性能的影响26|。他们在MgB2中掺杂了Al元素，结果丧失了超导性能。M.Paranhaman等人所做的C原子掺杂也获得了同样的结果
2、27|。中国科技大学王克勤等人在MgB2中掺杂Ag【28，结果发现Ag是破坏MgB2.的超导性的。当Ag的掺杂量达到0.3时，几乎没有MgB2成分，超导电性消失。北京大学的郭建栋等人采用Au掺杂M91一。Au:B229|，成功获得了转变温度达36K的Mgo.854Au0.14682超导体。最近的Li掺杂实验1，2J获得了几乎和MgB2具有相同超导转变温度的Mgo.93Lio.07132超导体。西北有色金属研究院研究了在MgB2块材中添加元素的影响，其中添加Ti的结果【30J最引人注目，显微结构分析表明，在添加Ti的试样中，出现部分熔化现象，致使试样具有高密度和较好的晶界连接，使MgB2基体具有
3、窄的和清洁的晶界。此外，在MgB2基体中引入尺寸为10100扯m的第二相粒子，可能起着重要的磁通钉扎中心的作用。另一方面，美国科学家根据BCS理论密度方程计算了掺杂C，Cu，Be等元素后MgB2型超导体的临界温度b1|，根据计算，当Cu和C全部替代Mg生成CuB2一:C:晶体的临界温度可达55K。这对以后的实验工作提出了一个指导性的建议。目前的实验结果和理论计算表明，掺杂元素具有选择性，有利的元素掺杂能够显著改善超导体的临界温度。MgB2制备方法目前，国内外研究人员针对MgB2超导块材、薄膜和带(线)材的制备已做了大量研究工作，多种制备方法被应用。3.1MgB2粉体的制备兰州大学用0.05mm
4、厚的钽箔包裹住非晶硼粉和过量10%的分析纯镁粉，经800煅烧4h制备出了高纯MgB2粉体32|。钢铁研究总院安泰科技股份有限公司正着手用自蔓延高温合成技术(SHS)批量合成高品质的MgB2超细粉体o33。日本正研究先合成CaB。，再用Mg置换Ca而生成MgB232l。美国依阿华州立大学正研究用气相扩散法制备MgB2微晶的可行性L341。为制备微晶粉末，将镁粉(99%)和粒度小于100“m的细晶硼粉(99.5%)按化学计量比混合，在氩气氛下封入钽管中。封装好以后的样品在大约175102Pa的氩气氛下封入石英管，然后放进预先加热到950的炉子中。这样预先加热处理可避免生成高硼相。反应之后将石英管快
5、速放入冷水中，以达到快速冷却的目的。结果表明，将硼粉在950的镁蒸气中放置适当的时间，可以合成出高纯MgB2粉。尺寸小于100弘m的粒子完全转变成MgB2相，大约需要2h。兰州大学采用真空烧结法合成MgB25|，将粉体Mg(含量为99%)和B(含量为99.98%)按化学配比均匀混合装入碳管中，再将碳管在小于1.3_310_3Pa的真空下封入石英管中，在950下加热3h。实验所得到的样品为深棕色粉体，样品的X射线衍射谱与国际标准卡片38-1369数据符合得非常好，从图中还可以看出样品的纯度较高，优于文献136J所报道的数据。日本大阪大学开发成功MgB2超导体的低温合成法，利用“机械一化学粘结法“
6、(MCB法)L37把粒径约1弘m的硼粉与镁粉按2:1的摩尔比配成的混合物粘结在一起，在500温度下合成优质超导体，这比传统方法降低了150左右。这是由于在镁超微细颗粒的表面形成镁与硼的融合层，进而化合而获得MgB2，即使在400烧成也能形成超导层。常用的方法是固相法4|，将按化学计量比配置的无定形单质硼粉和镁粉混匀后装入密封的钽容器中，再放入石英管中，于950烧结2h后合成MgB2。MgB2块材的制备中国科学技术大学采用常压多次烧结反应法【38J:即将高纯的Mg和B按Mg:B=1:2的比例配制研磨，压片后用Ta片包裹，放在不锈钢反应釜中，在常压Ar气氛中950烧结4h，再研磨并压片后反复烧结2
7、3次，样品即成。室温X射线粉末衍射结果表明样品具有很好的单相性，无杂相峰。峰的位置和拟合后得到的晶胞参数为口=0.30794nm，c=0.35193nm，与文献39用高压法制备的样品结果一致。样品的密度为1.79g/cm3，与高压制备的样品(密度为2.63g/cm3)相比还是低的，但其室温电阻率与超导前的电阻率之比值与高压法非常接近，说明多次烧结的样品品质已接近高压法的品质。北京大学利用高纯原料在真空下进行扩散合成【4o|，充分混和并压结成型，热处理条件是900、2.5h经过真空高温烧结处理的样品变成黑褐色导体，x射线结构分析表明样品主要为MgB2多晶，并得到晶格常数为口=0.309nm和c=
8、0.353nm。中国科学院利用高压合成法【4l42I，把分析纯镁粉(98.5%)和单质硼粉(99.999%)按摩尔比例1:2混合，在N2气氛下研磨均匀，再把混合物压片，用白金箔密封，然后放入氮化硼管和石墨管中。在滑块式六面顶高压设备中利用叶腊石块作为传压介质，于9001000、3.0GPa高压下烧结1030min，淬火至室温降压，得到致密的块状材料。德国德累斯顿金属材料研究所的研究小组采用一种机械合金化工艺L43J制备了具有高临界电流密度的大块MgB2超导体，并具有较高的不可逆场。南京工业大学采用压埋法4J制备块状MgB2超导体，将纯度为99.99%的镁条除去表面的氧化层后，剪成大约1mm见方
9、的小颗粒。将镁粒与硼粉(纯度为99.99%)按摩尔比1:2的化学计量比配料，镁粒与硼粉经充分混合后将Mg-B原料放人模具中压片成型。在2.5102MPa的压强下将样品压成直径为16mm，厚度为3mm左右的薄片。把成型后的Mg-B薄片用纯度为99.9%的A1203粉末紧密压埋在坩埚中，然后将装有样品的坩埚放进管式炉内，N2气氛中烧结。在0.5h保温时间和10371123K范围内合成，所得样品其临界温度最高，且超导临界转变宽度最小。若将按化学计量比配置的单质硼粉和镁粉混匀后压制成型，采用常规的固相法【45J亦可制得高纯的MgB2块材。Mg岛薄膜的制备中国科学院物理研究所利用电泳法在金属基底上制备M
10、gB2超导薄膜【46I，采用高纯丙酮作为电泳液，耐腐蚀的不锈钢板作为正负电极，将充分研磨过的高纯硼粉(99.999%)按每升400-600mg的比例与丙酮(99.99%)混合，然后加入3-5mg的碘，经超声处理后配置成均匀的硼粉悬浮液。采用高熔点金属Ta，Mo，w作为基底，将抛光后的厚为0.2mm的三种金属剪成所需的形状和大小，经丙酮、酒精、去离子水清洗后固定在阳极上。电极两端加1000v高压，保持10min，金属基底两侧便沉积了一层褐色的硼膜。然后将硼膜置于钽管中，外缠镁带，再用钽包好放人真空石英管中，在700-900下退火1h即可。日本的Kikuchi等人用M92Cu代替Mg合成MgB2膜
11、047|，在金属基体上形成厚的MgB2膜。用等离子喷雾技术在Nb带基底上沉积一层200肛m的B原子膜，再将用酒精稀释的M92Cu涂在B原子膜上，形成M92Cu肥/金属基底化合物。然后在低于10qPa的真空度下，加热至550650即可生成MgB2膜。C.B.Eom等人采用激光蒸镀148J在SrTiO，单晶(111)方向上镀上MgB2薄膜，镀膜过程在氩气的保护下进行，制得的薄膜在4.2K时具有很高的电流密度。H.M.Chrisfen采用了定向烧结技术L49|，制得的MgB2薄膜即使在真空条件下也不容易很快分解。为了得到实际制备电子器件所需要的外延薄膜，利用脉冲激光沉积法(PLD)制备MgB2超导膜
12、正在研究之中。比较典型的制备MgB2超导膜的方法是两步法H5|，首先在室温下用脉冲激光在基底上沉积一层B原子膜，然后将沉积好B原子膜的基底与Mg粉用Ta箔包裹后，放人真空熔封的石英管中，在900的高温下处理1030min。所得到的样品具有较高的超导转变温度，但是由于热处理是在异位条件下通过扩散作用完成的，因而得到的不是高质量的外延膜。MgB2带(线)材的制备西北有色金属研究院研究了粉末管装技术(PIT)o|。粉末管装技术是制备高质量MgB2线(带)材最为广泛使用的方法，它在工业上容易实现规模化。目前有两种工艺，一种是先位法即将商品MgB2粉直接装管，另一种是原位法即将按化学计量比配置的镁硼粉混
13、合后装管，然后再拉拔成线材或轧制成带材，随后在9001000进行热处理。从目前的研究结果看，用先位法制备的MgB2线(带)材的性能不如用原位法制备的好，其主要原因是用先位法制备的MgB2线(带)材的晶粒间的连结性太差。北京大学物理学院采用钨芯硼纤维制备MgB2超导线1|，具体的制作方法如下:将硼纤维和镁粉混合，由于镁在高温下容易从MgB2中分解出来，部分和残留的氧气化合成为MgO，镁粉中Mg的含量应略高于MgB2的化学配比;把混合物用钽箔包裹，并封在真空石英管中，在800的温度下烧结1.5h，自然冷却到室温。实验证实，在烧结温度高于900时，可以使B层完全形成MgB2超导层，但钨芯变脆，超导线
14、不能弯曲，很容易折断，MgB2层也容易和钨芯分离、脱落。出于对MgB2线的力学性能的考虑，选择了较低的烧结温度，因此只在硼纤维表面0.5肚m的厚度形成了MgB2层。德国德累斯顿一莱伯尼兹固态物理和材料研究所用机械合金化方法制备的含MgB2、Mg和B的先驱粉，制备了MgB2，开辟了用机械合金化粉制备MgB2带的新方法【52J。将纯度为99.8%(质量分数)粒度为250肛m的Mg粉，和纯度为99.9%粒度为1弘m的B粉，按MgB2的化学剂量比，放进装有碳化钨(wC)小球的小瓶中混合研磨，球与粉的质量比为36，在纯氩气气氛中进行。在室温下，行星研磨机以250/min的转速研磨50h实现了机械合金化。
15、将研磨合金化的先驱粉冷等静压成棒，装入外径为10mm、内径为7mm的铜管中。将MgB2/Cu复合体旋锻拉伸成具有六角截面的线，直径大约1。3mm，再用平辊轧机轧成厚度为0.36mm，宽为3mm的带。将该样品包在Ta箔中，在氩气氛中于499597的温度下进行热处理生成MgB2相。而文献L47|，将粒度为50“m的M92Cu粉和粒度为几十微米的无定形B粉按MgB2的原子计量比混合，装入外径为10mm，内径为6mm的纯度为99.99%的铁管中，再用拉拔模具拉拔成0.72mm的金属线。然后在低于10-3Pa的真空度下，加热至550650，亦可制得MgB2线材。综上所述，可用多种不同方法制备出MgB2超导材料，为深人研究MgB2的超导性能奠定了基础。MSN空间完美搬家到新浪博客!
