高临界温度氧化物超导体制备与性能研究

【摘要】：超导材料是一种在低温下具有零电阻特性和麦斯纳(Meissner)效应的材料。常温时超导材料与常规材料无太大区别,在低温状态下表现出零电阻特性。根据临界转变温度的不同,超导材料分为低温超导材料和高温超导材料。铜氧化合物超导体都属于高温超导体,其中YBCO转变温度为90K左右,因为其高的临界转变温度和良好的超导性能成为研究最多的一类高温超导体;BSCCO超导体也是一种非常有应用前景的超导体,其转变温度为110K左右,BSCCO超导体被广泛的应用于超导带材和块材的制备中,在实际生活中已经有了一定的应用。本文分别制备了YBCO超导体和BSCCO超导体,并存BSCCO超导体中掺杂ZnO对其进行改性。为了测试的需要,在实验过程中还搭建了一套超导临界温度测量系统。 本文利用干法和溶胶-凝胶法分别合成了YBCO超导体预烧粉,通过管式电阻炉烧结制备YBCO块材,样品使用XRD、测量临界转变温度Tc值等手段进行表征。经测试样品临界转变温度为88K,磁悬浮试验中悬浮力明显,在XRD图中也出现了YBCO超导相的各个特征峰。另外,本文还研究了在制备过程中烧结温度、烧结时间等因素对样品超导性能的影响。 由于YBCO超导材料具有制备工艺复杂,烧结温度较高,容易和氧化物发生反应等特点,不利于对其进行掺杂。为了选择一种更为合适的超导材料,本文还制备了BSCCO超导体。相比于YBCO类超导体,BSCCO制备工艺简单,烧结温度低,Bi2223超导相更容易形成。本文制备的BSCCO超导体样品,临界转变温度Tc值为108K左右,性能稳定,是一种合适的掺杂母体。在制备BSCCO超导体的过程中,本文研究了含Pb和不含Pb两种情况对BSCCO超导材料的影响。试验结果显示,在BSCCO样品中掺杂适量的Pb有利于超导相Bi2223的形成。 高温超导体在低温下具有零电阻等电场效应,而纳米ZnO作为一种半导体材料同样在电场中有着电致发光等奇特现象,为了探索它们的内在联系,并寻找其协同效应,本文还制备了纳米ZnO颗粒,并利用ZnO对BSCCO进行了掺杂,制备了含有ZnO复相结构的BSCCO超导体。 在制备ZnO的过程中,由于ZnO的最佳晶化温度为600℃左右,烧结温度过高容易造成颗粒团聚,导致其发光性能丧失,为了适应BSCCO掺杂的需要,本研究对ZnO的制备工艺进行了改进。调整制备工艺后,ZnO经800℃烧结,仍具有