[發(fā)明專利]利用石墨烯原位包覆硼粉通過鎂擴(kuò)散法制備二硼化鎂超導(dǎo)塊材的方法

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• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108163867A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李文獻(xiàn);康吉祥;付思瑋;何小芳;于上家;胡業(yè)旻;朱明原;李瑛
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: C01B35/04
• 分類號: C01B35/04;H01B12/00
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發(fā)明公開了一種利用石墨烯原位包覆硼粉通過鎂擴(kuò)散法制備二硼化鎂超導(dǎo)塊材的方法，將氧化石墨烯水溶液、硼粉和去離子水混合均勻，得到硼粉與氧化石墨烯混合溶液；再將硼粉與氧化石墨烯混合溶液置入水熱反應(yīng)釜，通過水熱反應(yīng)使氧化石墨烯還原為石墨烯并與硼粉復(fù)合，將產(chǎn)物離心分離后取沉淀真空干燥，得到石墨烯原位包覆硼粉；再將石墨烯原位包覆硼粉制成所需形狀前驅(qū)體塊；再將前驅(qū)體塊與鎂粉一起裝入鐵管中密封后熱處理，得到塊狀二硼化鎂超導(dǎo)體。本發(fā)明通過可控的石墨烯復(fù)合工藝實(shí)現(xiàn)了石墨烯對硼粉的穩(wěn)定復(fù)合，均勻包覆，避免了傳統(tǒng)方法中石墨烯的收縮和團(tuán)聚，再通過鎂擴(kuò)散法制備出晶界連接性好、具有大量石墨烯釘扎中心的致密二硼化鎂塊材。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二硼化鎂超導(dǎo)塊材的制備方法，特別是涉及一種第二相碳元素?fù)诫s二硼化鎂超導(dǎo)塊材的制備方法，應(yīng)用于超導(dǎo)材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

MgB₂具有39K的臨界轉(zhuǎn)變溫度，結(jié)構(gòu)簡單，相干長度大，此外，其不存在高溫超導(dǎo)體的弱連接效應(yīng)，并且還具有較高的自場臨界電流密度。由于上述優(yōu)點(diǎn)，MgB₂已經(jīng)成為商用低溫超導(dǎo)材料的絕佳替代品，如NbTi等。然而，由于MgB₂的磁通釘扎能力不佳，上臨界場和不可逆場相對較低，其臨界電流密度在高磁場下迅速衰減，限制了MgB₂的廣泛應(yīng)用。

為了提高M(jìn)gB₂的磁通釘扎能力，我們可以通過輻照或摻雜引入釘扎中心，有效提高不可逆場和臨界電流密度。過去的研究中以碳及碳的化合物摻雜取得的成果較佳，一方面是提供了原子替代，引起晶格畸變，增加電子散射從而提高了上臨界場，另一方面則是引入了第二相顆粒作為釘扎中心。但通過傳統(tǒng)摻雜方式引入的第二相分散性較差，容易團(tuán)聚引起晶界連接性降低，形成的釘扎中心一般為點(diǎn)釘扎或體釘扎，對于釘扎力和臨界電流密度的提升是有限的。

目前常用的MgB₂制備技術(shù)通常為原位固相反應(yīng)法，將鎂粉與硼粉混合后高溫固相反應(yīng)生成MgB₂塊體或線材、帶材。如公開號為CN105931750的中國專利公開了一種“石墨烯包覆硼粉制備二硼化鎂超導(dǎo)線材的方法”，公開的方法中采用的即是原位固相反應(yīng)過程生產(chǎn)MgB₂線材，且其石墨烯包覆硼粉的過程中無法穩(wěn)定、確切地控制石墨烯摻雜比例；又如公開號為CN106205861的中國專利公開了“一種石墨烯負(fù)載多元摻雜二硼化鎂超導(dǎo)塊材的制備方法”同樣采用原位法制備MgB₂，由于鎂、硼反應(yīng)過程中巨大的體積收縮，原位法制得的MgB₂基體中通常含有大量的孔隙，導(dǎo)致晶界連接性差，有效臨界電流密度較低。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種利用石墨烯原位包覆硼粉通過鎂擴(kuò)散法制備二硼化鎂超導(dǎo)塊材的方法，通過將硼粉和氧化石墨烯均勻分散于水溶液中，通過水熱反應(yīng)令氧化石墨烯還原為石墨烯，避免石墨烯的收縮和團(tuán)聚，實(shí)現(xiàn)石墨烯對硼粉的均勻包覆；同時，采用本發(fā)明工藝制備的石墨烯原位包覆的硼粉可穩(wěn)定控制石墨烯摻雜比例。隨后，將前述石墨烯原位包覆的硼粉制成前驅(qū)體塊，再利用鎂擴(kuò)散法制得致密的MgB₂塊材，其中大量石墨烯連接晶粒，提高了晶界連接性，此外石墨烯阻礙了MgB₂晶粒生長，細(xì)化晶粒從而提供額外晶界，增加了大量的釘扎中心，有效提高了材料的磁通釘扎力和臨界電流密度。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種利用石墨烯原位包覆硼粉通過鎂擴(kuò)散法制備二硼化鎂超導(dǎo)塊材的方法，包括如下步驟：

(1)制備出氧化石墨烯水溶液；

(2)將在所述步驟(1)中制備的氧化石墨烯水溶液、硼粉和去離子水進(jìn)行均勻混合，得到硼粉與氧化石墨烯混合溶液；