的制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種MgB2的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]1911年Onnes首先發(fā)現(xiàn)Hg在4.2K附近電阻陡然將為零，這是超導(dǎo)電現(xiàn)象的首次發(fā)現(xiàn)。這種物質(zhì)在低溫下電阻完全消失的現(xiàn)象稱為超導(dǎo)體的零電阻效應(yīng)，是超導(dǎo)電性的一個(gè)本質(zhì)特征。1933年，Meissner和Ochsenfeld對(duì)超導(dǎo)圓柱體Pb和Sn在垂直其軸方向上外加磁場(chǎng)時(shí)，測(cè)量了超導(dǎo)圓柱體外面附近空間的磁通密度分布，發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)圓柱體內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度等于零，而且，這一現(xiàn)象與冷卻和外加磁場(chǎng)的次序無關(guān)。這一現(xiàn)象揭示了超導(dǎo)電性的另一本質(zhì)特征:超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，超導(dǎo)體內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度恒等于零，超導(dǎo)體內(nèi)部的磁通量被全部排出到超導(dǎo)體外面，這種現(xiàn)象稱為完全抗磁性，又稱為邁斯納效應(yīng)。邁斯納效應(yīng)揭示了超導(dǎo)體與理想導(dǎo)體完全不同的磁性質(zhì)，它使人們認(rèn)識(shí)到超導(dǎo)體不能只看作是電阻為零的理想導(dǎo)體，而應(yīng)當(dāng)被看作同時(shí)具備零電阻和完全抗磁性這兩個(gè)特征的新物理狀態(tài)。從而零電阻和完全抗磁性便成為判斷某一物態(tài)是否是超導(dǎo)態(tài)的兩個(gè)基本判據(jù)。
[0003]十年中，對(duì)各種元素、化合物和碳納米管等摻雜對(duì)MgB2超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性的影響也進(jìn)行了大量深入的研究。目前普遍認(rèn)為化學(xué)摻雜和元素替代等摻雜方法是提高M(jìn)gB2超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性和改善其機(jī)械性能的一種有效的方法。首先，通過摻雜和元素替代可能會(huì)提高超導(dǎo)體的臨界溫度。其次，可能會(huì)研制出臨界溫度更高的新超導(dǎo)體。再次，摻雜和元素替代等方法會(huì)引入新的磁通釘扎中心，從而提高超導(dǎo)體的臨界電流密度。因此，化學(xué)摻雜和和元素替代等摻雜措施已成為改善MgB2超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性和機(jī)械性能的主要方法之一，因此，也是目前MgB2超導(dǎo)體研究的主要方向之一。
[0004]超導(dǎo)電系統(tǒng)理論的建立和超導(dǎo)體研究的發(fā)展，和其它科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展一樣，也是經(jīng)歷了一個(gè)比較長的歷史。一直到1957年建立了 BCS理論，這個(gè)理論成功地說明了超導(dǎo)電的微觀起因，是超導(dǎo)電理論中的核心理論。1954年Matthias發(fā)現(xiàn)A15化合物Nb3Sn具有超導(dǎo)電性，這是一種新型超導(dǎo)體；1961年Kunzler利用這個(gè)新型超導(dǎo)體制成高場(chǎng)磁體，開辟了超導(dǎo)體在高場(chǎng)中的應(yīng)用；1962年Josenphson效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，給超導(dǎo)理論和應(yīng)用研究增添了新的活力，使超導(dǎo)體研究進(jìn)入一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域；上世紀(jì)70年代，利用超導(dǎo)線材成功地獲得了 17.5T的高磁場(chǎng)，利用Josenphson效應(yīng)，成功地研制出了超導(dǎo)量子干涉器(SQUID)，從而開始了超導(dǎo)體在電力工業(yè)和微弱信號(hào)測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用。但是，由于超導(dǎo)體的臨界溫度低，使用液氦才能使材料處于超導(dǎo)態(tài)，這一條件大大限制了超導(dǎo)體的應(yīng)用，為了提高臨界溫度，也是從這時(shí)開始人們滿懷希望地尋找具有高臨界溫度的超導(dǎo)體，研制出了具有超導(dǎo)電性的二元、三元合金或化合物超導(dǎo)體，同時(shí)也研制出了具有超導(dǎo)電性的四元化合物，期間Nb3Ge薄膜的轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到了 23.2K。這期間就提高超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度而言，雖然進(jìn)展不大，但為以后高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)和其后的研究打下了良好的基礎(chǔ)，起到了積極的基礎(chǔ)性研究作用。
[0005]1986年Bednorz和MUller發(fā)現(xiàn)了 La.Ba.Cu氧化物超導(dǎo)體，其轉(zhuǎn)變溫度超過30K，之后我國的朱經(jīng)武和中科院的趙忠賢等人研制出了轉(zhuǎn)變溫高于90K的Y-Ba.Cu氧化物超導(dǎo)體，實(shí)現(xiàn)了超導(dǎo)體在液氮溫區(qū)的應(yīng)用，從此開始了高溫超導(dǎo)體的理論和應(yīng)用材料的研究。高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)制仍然可以用BCS理論得到說明。但是學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，目前高溫超導(dǎo)體的超導(dǎo)電機(jī)制尚不是完全清楚，例如，載流子是s波還是d波配對(duì)還未形成共識(shí)；由于高溫超導(dǎo)體的舅值很大，常規(guī)超導(dǎo)體中GL方程求解的近似條件已不成立，這使得超導(dǎo)薄膜臨界磁場(chǎng)與厚度的關(guān)系已不適用于高溫超導(dǎo)薄膜。另外，高溫超導(dǎo)體磁通動(dòng)力學(xué)和臨界溫度對(duì)結(jié)構(gòu)的敏感性與常規(guī)超導(dǎo)體也不同。所有這些問題向人們預(yù)示，超導(dǎo)體具有新的規(guī)律和特點(diǎn)需要進(jìn)一步研究。
[0006]2001年初，日本研究人員發(fā)現(xiàn)金屬化合物MgB2具有超導(dǎo)電性，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為39K，是迄今發(fā)現(xiàn)的臨界溫度最高的金屬間化合物超導(dǎo)體。日本科學(xué)家的這一發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)時(shí)，引起了世界范圍內(nèi)學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注，我國的《科技日?qǐng)?bào)》把MgB2超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)列為2001的年世界十大科技新聞之一，2002年的美國《科學(xué)》雜志對(duì)這一發(fā)現(xiàn)也給予了高度評(píng)價(jià)。MgB2是迄今為止發(fā)現(xiàn)的臨界溫度最高的金屬間化合物超導(dǎo)體。MgB2晶格結(jié)構(gòu)簡單、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，與氧化物高溫超導(dǎo)體相比具有更好的機(jī)械性能，其原材料來源較為廣泛，價(jià)格也較為低廉。MgB2超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)，為超導(dǎo)體的研究開辟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域，大大推進(jìn)了超導(dǎo)體的研究。世界各國超導(dǎo)體研究人員對(duì)MgB2和MgB2基超導(dǎo)體進(jìn)行了廣泛而又深入的研究，MgB2超導(dǎo)體樣品的制備和研究包括了線(帶)材、薄膜術(shù)塊材、粉體等不同規(guī)格的各種類型的超導(dǎo)體材料的制備；各種摻雜元素和化合物對(duì)轉(zhuǎn)變溫度(力的影響，同位素效應(yīng)和Hall效應(yīng)的測(cè)量研究，磁通動(dòng)力學(xué)特性和熱力學(xué)特性的研究，臨界電流與磁場(chǎng)之間的關(guān)系，隧道效應(yīng)和微波效應(yīng)的研究，等等。
[0007]不言而喻，超導(dǎo)體仍然是一種傳輸電力和電磁信號(hào)的材料，正是在這個(gè)意義上，它的作用和我們?nèi)粘Ｋ姷降碾娏鬏斁€、電磁信號(hào)傳輸線是相同的。二者最大的不同是:首先，超導(dǎo)體沒有電阻，因此，傳輸過程中沒有損耗，載流能力大；通常的傳輸線有電阻，傳輸過程有損耗，載流能力與超導(dǎo)體相比，低很多。其次，超導(dǎo)體只能在低溫下使用，在它的臨界溫度以上，也可以說在室溫或通常溫度下會(huì)失去超導(dǎo)電性，有的超導(dǎo)體在它的臨界轉(zhuǎn)變溫度以上會(huì)變成絕緣體；通常傳輸線的電阻在室溫附近溫區(qū)近似保持不變，雖然在低溫條件下與溫度有關(guān)，但不會(huì)隨溫度趨于零時(shí)等于零，至少會(huì)等于它的特征電阻。
[0008]正是超導(dǎo)體的零電阻性使得人們認(rèn)識(shí)到，如能將超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度提高到室溫，超導(dǎo)體的應(yīng)用會(huì)有很大的前景。因此，可以預(yù)言，超導(dǎo)技術(shù)將會(huì)改變電力輸送和動(dòng)力電設(shè)備面貌，會(huì)使信息傳輸和處理設(shè)備發(fā)生大的變革，也可能推進(jìn)新能源開發(fā)研究。超導(dǎo)體會(huì)在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，例如，由超導(dǎo)電子學(xué)器件組成的高靈敏度電磁信號(hào)測(cè)量儀器、在地球物理方面的探礦技術(shù)、地震活動(dòng)的研究與地震的預(yù)報(bào)、磁流體發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)線圈組成的儲(chǔ)能器件、超導(dǎo)體在磁懸浮列車技術(shù)的應(yīng)用、生物磁學(xué)、超導(dǎo)醫(yī)療儀器以及軍事工業(yè)技術(shù)方面的應(yīng)用、還有超導(dǎo)電子計(jì)算機(jī)等方面的應(yīng)用。在不同的應(yīng)用領(lǐng)域