【摘 要】
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超导材料在交通、能源、信息等领域有广阔的应用前景,目前铜基超导体是唯一能实现液氮温区应用的高温超导材料,但是大部分铜基超导体含有稀土元素、易挥发元素或有毒元素,其应用空间受到进一步限制。“铜系”铜基超导体Cu Ba2Can-1CunO2n+2+δ(简称Cu12(n-1)n)只含碱土金属和铜元素的氧化物,组分简单、经济安全且环境友好。当n=4时的Cu-1234超导体具有“铜系”中最高的超导转变温度T
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
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超导材料在交通、能源、信息等领域有广阔的应用前景,目前铜基超导体是唯一能实现液氮温区应用的高温超导材料,但是大部分铜基超导体含有稀土元素、易挥发元素或有毒元素,其应用空间受到进一步限制。“铜系”铜基超导体Cu Ba2Can-1CunO2n+2+δ(简称Cu12(n-1)n)只含碱土金属和铜元素的氧化物,组分简单、经济安全且环境友好。当n=4时的Cu-1234超导体具有“铜系”中最高的超导转变温度Tc,可达118K以上,同时它在液氮温区以上具有较高临界电流密度Jc,并具有可与YBa2Cu3O6+δ(YBCO)媲美的Jc对温度依赖关系,具有重要应用前景。本论文以Cu-1234超导材料为研究对象,开展了如下工作:(1)利用高温高压的实验手段优化了合成Cu-1234超导材料的实验条件,制备了系列Cu-1234样品,并对其结构和物性进行了研究。Cu-1234样品的最高超导Tc约为118K,超导含量可达49%,并且其超导性质在三年之内几乎不变。由中子衍射实验得到Cu-1234各元素原子位置及其占据率,利用BVS键价理论计算得到完整外层和内层Cu O2面中铜的价态分别为+2.13和+2.04。常压氧、500℃以下后处理实验可以同时提高Tc和超导含量,但是高氧压热处理对Tc几乎没有影响。结合X射线吸收谱实验,初步判断Cu-1234处于过掺杂状态。大体积Cu-1234块材样品制备,由于高压腔体内部温度的不均匀性,所获得样品的超导性质及其超导含量分布不均匀,还需进一步优化制备工艺。(2)Ti掺杂Cu-1234样品的制备与物性研究。通过向电荷库层掺杂Ti原子,引入钉扎中心,提高磁通钉扎密度从而提高材料的Jc值。实验结果表明,随Ti名义掺杂含量增加,Cu-1234晶格常数和晶胞体积逐渐增大,同时超导Tc逐渐下降约2K,但超导含量在名义掺杂Ti~0.2之前基本不变。当Ti名义掺杂浓度为0.1时,超导临界电流Jc提高了约10%,进一步提高Ti名义掺杂浓度至0.3时,临界电流Jc由于杂相增多开始下降。
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