[發明專利]一種高性能MgB2超導材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200710122399.0
• 申請日: 2007-09-25
• 公開（公告）號: CN101168442A
• 公開（公告）日: 2008-04-30
• 發明（設計）人: 張現平;馬衍偉;高召順;王棟梁;王雷
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: C01B35/04
• 分類號: C01B35/04;H01L39/12
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 關玲;成金玉

技術領域

本發明涉及一種高性能MgB₂超導材料及其制備方法。

背景技術

MgB₂具有較高的轉變溫度、較大的相干長度、晶界不存在弱連接、結構簡單、成本低廉等特點。這些優點使MgB₂成為應用在20K-30K溫度范圍的材料最有力的競爭者。特別是在低場領域，如在磁共振成像磁體應用方面，MgB₂表現了極大的優勢，已經有數據表明，MgB₂的實用化將帶來數十億的經濟效益，而且由于可以在制冷機制冷條件下工作，MgB₂的應用將會大大推動磁共振成像儀的推廣，對于中國廣大的鄉村人民醫療水平的提高具有十分重要的意義。

然而目前制備的MgB₂材料的臨界電流密度與低溫超導體和A15超導體相比還比較低。臨界電流密度是決定一種超導材料能否大規模應用的關鍵特性，薄膜或塊狀MgB₂超導體在零場下具有較高的臨界電流密度(在4.2K時，J_c＞10⁶A/cm²；在20K時，J_c＞5×10⁵A/cm²)，但在一定的磁場中，MgB₂臨界電流密度隨著磁場強度的增加而急劇的減小，表現出較迪的不可逆場，如純MgB2超導體在20K下的不可逆場值僅為4-5T。為了提高MgB₂在一定磁場下的臨界電流密度，可以采用中子(質子)轟擊、化學腐蝕、機械加工、摻雜等方法，而由于摻雜具有更簡便快速、能進行均勻改性等特點，成為目前提高MgB₂材料超導性能的主要方法。

目前為止，由摻雜提高MgB₂材料性能效果最好的摻雜物質是馬衍偉等人發現的納米C(Ma?Y?W等，Significantly?enhanced?critical?current?densities?in?MgB₂?tapes?made?by?ascaleable?nanocarbon?addition?route，Applied?Physics?Letters，88(2006)072502)以及竇士學等人嘗試的納米SiC(Dou.S.X等，Enhancement?of?the?critical?current?density?and?fluxpinning?of?MgB₂?superconductor?by?nanoparticle?SiC?doping，AppliedPhysics?Letters，81(2002)3419)。大量實驗結果已經表明，納米C和納米SiC摻雜會大幅度提高MgB₂塊材的上臨界場和不可逆場，同時引入大量的有效釘扎中心，從而使得MgB₂材料在磁場中的臨界電流密度也得到提高。例如經過SiC摻雜以后，MgB₂帶材的臨界電流密度可以達到2.5×10⁴A/cm²[Matsumoto?A等，Effect?of?impurity?additions?on?the?microstructures?andsuperconducting?properties?of?in?situ?processed?MgB₂?tapes，Supercond.Sci.Technol.17(2004)S319-S323)]，經過C摻雜以后MgB₂帶材的臨界電流密度可以達到2.1×10⁴A/cm²[Ma?Y?W等，Large?irreversibility?field?in?nanoscale?C-doped?MgB₂/Fe?tape?conductors，Supercond.Sci.Technol.20(2007)L5-L7)]。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有MgB₂超導材料磁場下臨界電流密度較低的缺點，提供一種具有高性能MgB₂超導材料及其制備方法。本發明制備方法采用納米C和SiC這兩種最為有效的摻雜物質進行復合摻雜，使MgB₂超導材料同時得到兩種摻雜物質的提高效果，進而顯著提高MgB₂材料的臨界電流密度。