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《中国科学院上海冶金研究所》 2001年
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掺杂对MTG-YBCO临界电流密度的影响

邹小卫  
【摘要】: 本论文探索了采用元素替代和掺杂引入新的钉扎中心,改善MTG-YBCO临 界电流密度J_c特性。廉价碱金属Na和Sm211不仅提高了MTG-YBCO低场J_c 特性,同时诱发了J_c~H曲线在1T附近的第二峰,成功地改善了其较高场性能。 微观结构和超导性能的研究确认存在新的钉扎中心,因此我们对这类材料中的磁 通行为和钉扎机制进行了研究,探讨并提出了这种钉扎是由于成分不均匀分布而 导致ΔT_c效应,为改善MTG-YBCO的J_c特性提出了一种简便而有效的方法。同 时本文还研究了轻稀土REBCO(RE:Nd,Sm)正交相中进氧扩散过程,主要 得出了以下一些结论: Na替代降低了YBCO的包晶反应温度,提高了YBCO的晶体织构度,同时 提高了晶内临界电流密度,井在J_c~H曲线中出现第二峰现象,第二峰相对强度 与温度并不存在单调关系。高温退火处理使J_c下降且第二峰消失,随后的400℃ 吸氧处理又使J_c增加,同时第二峰现象亦重现,但并不能完全恢复到退火前的水 平。我们认为Na的替代导致YBCO中成份不均匀,形成局部富Na的低T_c区域, 在一定场强下低T_c区域转变为正常态成为新的钉扎中心而起到增强的钉扎作用, 从而出现较高场性能上升,形成第二峰现象。高温退火处理使基体缺氧,减小了 基体与局部富Na的低T_c区域间的ΔT_c差异,即ΔT_c效应不显著,使第二峰现象 减小甚至消失;随后的吸氧处理增加了基体中的氧含量,ΔT_c效应得到加强,第 二峰现象又重新出现。高温退火处理消除了部分生长缺陷,并降低了Na分布的 不均匀性,使第二峰现象不能完全恢复到退火前的水平。 Na替代对YBCO磁通行为有重要影响。Na替代后,电阻转变曲线中的“kink” 现象消失,即抑制了磁通液态到磁通固态的相变。在测量电流J//(ab),J⊥H时, 未掺Na样品的有效钉扎势与温度、磁场的关系为:H//c时,U(T,H)=U_o(1-T/T_c)lnH; H//(ab)面时,U(T,H)=U_o(1-T/T_c)H~(-0.82);但对Na替代样品无论H//c还是H//(ab), U与T、H的关系都遵守U(T,H)=U_o(1-T/T_c)~mH~(-α)形式,即磁通行为更显3D特性, 并且当H//(ab)时α随磁场的增大存在一个过渡,由低场下的0.5左右增加到高场 下的1左右。我们认为这是磁场增加后局部富Na的低T_c区域转变为正常态起到 了增强钉扎作用,改变了起主导钉扎作用的钉扎中心的类型。有效钉扎势与角度 邹小卫,中国科学院上海冶金研究所博士学位论文.摘要 e的关系表明,未掺Na样品在0/J’于 70”时,U。l妇in‘“i,符合本征钉扎模型, 此时样品中CZOZ层间的弱超导层或非超导层作为强钉扎中心而对磁通运动起着 支配作用。掺 N。后 UQC闷d①)+C仍①)丫]-‘’\符合有效质量模型,说明 N。掺 杂后起支配作用的钉扎中心的类型改变了,使磁通行为更呈3D特性。 适量 SmZ 11掺杂改善了 MTG-YBCO的人特性,并在人-H曲线中亦 诱发第二峰现象。高温退火处理后,Jc降低且第二峰现象消失,其后的吸 氧处理又使人提高,第二峰现象有重现的迹象,但并不能完全恢复到后处 理前的状况,这与 Na替代有类似的现象。Sin 211掺杂 MTG。YBCO中可能 会形成(YSV,在局部富 Sin的区域中甚至会形成由于 Sin部分代替Ba 而成的(YSth*B&Sffi方 型低Tc相(区域人 当磁场上升时,这部分低 T。相(区域)转变为正常态成为新的钉扎中心而起到增强的钉扎作用,改 善了人特性并导致第二峰现象的产生。磁悬浮力随时间的衰减也表明,Sin 掺杂后 MTG Y123的钉扎势增大了。 重稀土元素Er、Yb的替代使MTG YBCO样品的T卜Jc等超导性能有比较 明显的下降。并发现 Er替代对 MTG(YEr)BCO的晶体生长有不利的影响。同时 发现Er元素的分布很不均匀,形成比较大的聚集,这种聚集可能会在超导体中 形成局域分相结构,甚至形成新的弱连接,破坏YBCO的超导电性。用输运测 量法研究了 Er替代对 MTG YBCO的磁通行为的影响,观察到测量电流 J//(ahX 上H时,有效钉扎势与温度、磁场的关系为:Mc时*TH卜U/卜卫L广H‘刃; 州归 N时,叭TH户U*(卜卫L广‘ii,没有改变未掺杂***YB CO在H/劝)时 的ZD特性及ic时的3D特性,但Er替代后磁通有效钉扎势有所减小,这与我 们测量到的电流密度人结果相一致。 用原位电阻法得到了氧在SmBCO和NdBCO正交相中的进氧扩散激活能分 别为 l.oleV和 0.70eV,低于用相同方法测得的 YBCO中的 1.00~l.20eV。表明 相同条件下氧在 SmBCO和 NdBCO中具有比 YBCO更快的进氧速度。这是由于 具有大离子半径的Nd和 Sin替代 Y,增加了材料的晶格常数,减少了 O*卜Oo) 氧间的排斥能,从而减少氧原子沿b轴方向迁移所需克服的鞍点能。因而SmBCO 和 NdBCO的吸氧温度可选在 250J00“Cfed,这有利于超导转变温度的提高及其 它超导性能的改善,比YBCO常用400’C的吸氧温度低。
【学位授予单位】:中国科学院上海冶金研究所
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TM26

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