资源描述：
《高温超导材料强磁场下的制备研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第27卷第5期低温物理学报Vol.27,No.52005年11月CHINESEJOURNALOFLOWTEMPERATUREPHYSICSNov.,20053高温超导材料强磁场下的制备研究#许爱霞马衍伟中国科学院电工所应用超导重点实验室,北京100080得益于低温技术和超导磁体技术的发展,10T以上无液氦超导磁体技术已经比较成熟.作为提高高温超导材料性能的手段,强磁场技术应用于高温超导材料制备过程中的研究得到了广泛开展.本文介绍强磁场下高温超导材料制备研究的现状、进展及发展趋势.关键词:强磁场,高温超导材料,织构PACC:811
2、0,7430F,6150J1引言强磁场技术的研究始于20世纪20年代.经过近100年的发展,强磁场技术已经日趋成熟.强磁场的应用研究始于强磁场的产生,强磁场应用在科学研究和工业应用中发挥着重要作用.当具有磁各向异性的材料置于磁场中时,晶粒会受到磁各向异性能μ02ΔE=
3、χ∥-χ⊥
4、VH(1)2其中χ平行和χ垂直分别表示晶粒在平行和垂直于磁场方向上的磁化率,H为外加磁场,V表示晶粒体积.磁各向异性能试图使晶粒发生取向,从而使系统处于能量最低状态.同时,热扰动能不断破坏晶粒取向,使材料处于无序状态.如果磁场达到一定程度,晶粒的磁各向
5、异性能[1]大于热扰动能时,晶粒就会在磁场中取向.1956年,Mullins证明了在具有磁各向异性的金属材料Bi的晶粒生长过程中施加磁场,磁场能够使晶粒发生取向.[2]1986年Müller和Bednorz发现临界温度高于30K的La2Ba2Cu2O氧化物超导体,随[3][4]后,朱经武和赵忠贤等得到了临界温度高于90K的Y2Ba2Cu2O氧化物超导体,使超导体在液氮温区的应用成为可能,开创了超导应用的新纪元.但是,由于晶界弱连接性的限制,高温超导材料只能应用于低温高场和低场高温的环境中.提高高温超导材料的织构是改善高温超导材料
6、性能的关键.[5]考虑到高温超导材料的顺磁各向异性和磁场的取向作用,1987年,Farrel等在常温下将YBa2Cu3Ox单晶研磨成2～4μm的粉末,然后悬浮于环氧中,将环氧置于9.4T的磁场3国家自然科学基金(项目编号:50472063)资助的课题.通讯联系人,E2mail:ywma@mail.iee.ac.cn,Tel:010262528719,Fax:010262542034.收稿日期:20052032285期许爱霞等:高温超导材料强磁场下的制备研究813中固化.实验结果发现,YBCO晶粒发生了取向,晶粒c轴平行于磁场方向
7、.但是由于引入了非超导相,从实用的角度来讲,这种取向技术并不能改善高温超导材料的性能.[6]1991年,Rango等人将YBaCuO5、BaCuO2和CuO混合物置于5T的磁场中,在1050℃温度下退火两个小时,最后在磁场中冷却.通过实验测量发现:经过磁场下处理以后,ab5YBCO临界电流密度的各向异性接近2(4K下,由Bean模型可以得出:Jc=4.2×10-2c5-2Acm,Jc=2.5×10Acm),磁场不仅提高了材料的织构度,而且改善了晶界连接性.Rango的实验打开了强磁场下高温超导材料制备研究的大门.此后,人们在Bi
8、系、Y系高温超导材料的带材、块材以及薄膜的强磁场制备方面进行了大量的研究.2研究现状人们进行强磁场下高温超导材料研究的最初出发点是利用磁场对材料进行织构化处理.然而通过对高温超导材料的大量研究发现,强磁场除了具有取向作用以外,还能起到晶粒细化、改变晶粒生长速度和生长模式等复杂作用.强磁场下高温超导材料的制备主要集中于应用潜力最大的Bi系和Y系材料,涉及高温超导块材、带材和膜等各种形式材料.大量的实验结果证明,磁场热处理是改善高温超导材料组织和性能的有效方法.[7]H.Maeda等对厚为180μm的单芯Bi2212带材进行磁场热处
9、理,磁场介于0到15T之间.图1为零场和10T磁场下热处理后得到的样品形貌图.从图中可以看出,与零场下处理的样品对比,磁场下处理后的样品具有均匀的取向.另外,通过测量发现,在0到15T之[8]间,样品的临界电流密度随磁处理过程中磁场的增加而增加.X.Y.Lu等人在Bi2201块材的熔融固化过程中施加8T的磁场,对强磁场下Bi2201相的生成进行了研究.实验结果发现:通过在制备过程中施加磁场,不仅可以得到高度织构化的样品,并且可以抑制杂质相的生产.图1磁场处理后的Bi2212带材形貌图(a)0T;(b)10T磁场对材料性能的影响与
10、制备条件密切相关.较慢的冷却速率可以提高材料的织构和[9]临界电流密度;但是,高的冷却速率是抑制杂质相生成的必要条件.当磁场作用温度刚刚[7]高于材料的熔融温度时,磁场作用效果最佳.随着磁场强度、磁场作用时间的增加,材料性[9][10～11]能的改善程度增大,而
