[發明專利]一種在高溫超導材料中均勻地摻雜納米顆粒的方法

在審

• 申請號: 202211306687.2
• 申請日: 2021-01-09
• 公開（公告）號: CN115504780A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 邵玲;陳英偉;趙國盟;柳琦杰
• 申請（專利權）人: 浙江大學臺州研究院
• 主分類號: C04B35/45
• 分類號: C04B35/45;C04B35/26;C04B35/622
• 代理公司: 北京恒律知識產權代理有限公司 11416
• 代理人: 任霜

本發明屬于超導材料技術領域，提供了一種在高溫超導材料中均勻地摻雜納米顆粒的方法。本發明提供的方法利用檸檬酸和乙二醇混合的有機凝膠將納米顆粒分散開，保證納米顆粒不團聚，且通過固化粉碎后的有機凝膠固化物粉末的尺寸與單相高溫超導體粉末的尺寸相近，從而能使兩者均勻地混合，之后將檸檬酸和乙二醇混合有機凝膠在430?500℃下保溫數個小時使其完全分解，制備得到摻雜納米顆粒的單相高溫超導體。本發明提供的方法簡單方便，效率高，可控性好，能夠使納米顆粒在摻雜的單相高溫超導體中均勻分布。

本申請是申請日為2021年01月09日、申請號為202110028075.0、發明名稱為《在高溫超導材料中均勻地摻雜納米顆粒的方法》的分案申請。

技術領域

本發明屬于超導材料技術領域，具體涉及一種在高溫超導材料中均勻地摻雜納米顆粒的方法。

背景技術

超導材料按超導現象出現的溫度范圍可分為兩類：液氦溫區的低溫超導體和液氮溫區的高溫超導體。由于低溫超導體的超導轉變溫度很低且運行時需要極昂貴的液氦，它們在實際應用中就受到很大限制。高溫超導材料主要是銅氧化物陶瓷材料，由于它們具有很大的各向異性和低的載流子密度，它們的臨界電流密度J_c較低且隨磁場增高而很快下降。由于它們是陶瓷材料，難以形成高質量的線材或帶材，從而阻礙了它們的廣泛應用。

高溫超導體的實際應用必須解決一個關鍵問題：提高臨界電流密度和不可逆臨界磁強。當磁通釘扎力較弱時，高場下的臨界電流密度就較低，這影響了高溫超導體在高溫(比如77K)和高磁場(比如4T)下的實際應用。解決上述關鍵問題的途徑之一是增加磁通釘扎中心的密度。在高溫超導材料中引入彌散分布的納米顆粒，使它們成為有效的磁通釘扎中心，從而有效地提高高溫超導材料的臨界電流密度和不可逆臨界磁強。

E.Hannachi等人^[1]在YBa₂Cu₃O_y高溫超導體中摻入TiO₂納米顆粒來提高其臨界電流密度；M.K.BenSalem等人^[2]通過摻入SiO₂納米顆粒來提高YBa₂Cu₃O_y高溫超導體的臨界電流密度；M.Hafiz等人^[3]在(Bi,Pb)₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀高溫超導體中摻入CoFe₂O₄磁性納米顆粒來提高其臨界電流密度；N.A.A.Yahya等人^[4]通過摻入Bi₂O₃納米顆粒來提高Bi_1.6Pb_0.4Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀高溫超導體的臨界電流密度。這些研究都沒有考慮到納米顆粒會團聚且納米顆粒的尺寸遠小于超導粉末的尺寸，從而導致兩者混合不均勻。包括在CN101450859B專利中，一種用BaCeO₃納米顆粒摻雜來提高Y-Ba-Cu-O高溫超導體性能的方法，也只是將BaCeO₃納米顆粒直接加入Y_1.8Ba_2.4Cu_3.4O_y粉末中進行球磨混合，并沒有考慮納米顆粒的團聚和極小尺寸會導致摻雜不均勻的問題。

團聚是指當材料顆粒間的作用力遠大于重力時，此時顆粒的行為已不再受重力的束縛，而在顆粒間作用力的影響下相互靠攏從而發生聚集的現象。納米顆粒與高溫超導前驅粉末混合時會發生團聚且由于兩者的尺寸相差甚遠，兩者的混合不可能均勻，進而會影響到高溫超導復合材料的臨界電流密度。為了獲得高臨界電流密度的高溫超導復合材料，必須避免納米顆粒的團聚和混合的不均勻性。

發明內容