鈣和鈰二元摻雜對(duì)釔鋇銅氧超導(dǎo)體性能的影響

1、鈣和鈰二元摻雜對(duì)釔鋇銅氧超導(dǎo)體性能的影響論文摘要：本文用固相反響法制備了Y Ca (Ba Ce ) Cu O (x = 00.1)一系列樣品。利用X射線衍射法(XRD)對(duì)其粉體的物相進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)隨著摻雜量的增加，樣品的晶體結(jié)構(gòu)有從正交相向四方相轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。采用標(biāo)準(zhǔn)四端引線法系統(tǒng)的測(cè)量了樣品的超導(dǎo)電性，發(fā)現(xiàn)隨著摻雜量的增加，樣品的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度呈逐漸降低的趨勢(shì)。并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析。論文關(guān)鍵詞：超導(dǎo)體,固相反響法,超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度引言YBaCuO(YBCO，Y(123)是具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的銅氧化物高溫超導(dǎo)體，在能源、電力、交通、電子通信、醫(yī)療、科學(xué)儀器、國(guó)防和重大科技工程等領(lǐng)域有重大的應(yīng)

2、用前景，它特殊的物理性質(zhì)也因此成為了當(dāng)今物理學(xué)中一個(gè)研究熱點(diǎn)。其中元素替代法作為一種十分有效地手段，在探索高溫超導(dǎo)機(jī)理、改善材料性能和尋找新型超導(dǎo)材料中被廣泛采用，如YBCO超導(dǎo)體的Y位、Cu位以及Ba位的替代等。趙勇,諸葛向彬等人認(rèn)為Ca局部替代Y位時(shí)，由于空穴引入到絕緣的YBaCuO系統(tǒng)中，會(huì)使其發(fā)生由絕緣體向超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變；ChJooss等人認(rèn)為Ca摻雜到純的YBCO超導(dǎo)體中會(huì)導(dǎo)致載流子重新分布，進(jìn)而提高臨界電流密度；在鑭系元素中，除Ce、Tb和Pr外都能對(duì)Y位進(jìn)行替代，形成與YBCO類似的正交鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，單胞體積和晶格參數(shù)都隨原子半徑的減小而線性減小，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度T值變化不大；Ca替代B

3、a位時(shí)，隨著摻雜量的增加，超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度依次下降，樣品的結(jié)構(gòu)也從正交相向四方相轉(zhuǎn)變。目前，對(duì)單元素?fù)诫s的研究已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展，但是對(duì)二元摻雜報(bào)道相對(duì)較少，因而把兩種不同的元素同時(shí)摻入超導(dǎo)體中，探索二元摻雜對(duì)YBCO超導(dǎo)體性能的影響是非常有研究意義的。因此本文采用固相反響法，將Ca、Ce以YCa(BaCe)CuO的形式摻入到Y(jié)BCO超導(dǎo)體中，研究了雙元素?fù)诫s對(duì)YBCO超導(dǎo)體性能的影響，并利用X射線衍射儀對(duì)其粉末進(jìn)行物相表征，采用標(biāo)準(zhǔn)的四端引線法對(duì)塊體進(jìn)行超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度分析。2樣品和實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)所用的名義組分為YCa(BaCe)CuO的超導(dǎo)樣品采用簡(jiǎn)單的固相反響法制備。用與文獻(xiàn)相類似的書寫生成Y

4、BCO超導(dǎo)體的方法，我們可以推測(cè)出，在樣品的制備過程中可能發(fā)生的根本的固相反響為(1-x)YO+4(1-x)BaCO+2xCaCO+4xCeO+6CuO+O2YCa(BaCe)CuO+2(2-x)CO。將YO(99.59%)，BaCO(99%)，CaCO(99%)，CeO(99%)，CuO(99%)各粉料烘干，并按YCa(BaCe)CuO的名義組分以一定的比例精確稱量，然后以球料比為1:2的配比方法放入瑪瑙罐中，置于球磨機(jī)中球磨6h，便可得到均勻混合的細(xì)化的混合粉料。將充分球磨后的混合粉料于880空氣中預(yù)燒24h，而后隨爐冷卻至室溫。為保證充分反響，提高樣品的質(zhì)量，將所得粉體經(jīng)再次充分研磨后放

5、入880空氣中再次預(yù)燒24h。將二次預(yù)燒的粉體重新研磨后，在20MPa的壓力下將其壓制成片，在900的溫度下燒結(jié)24h，然后退火至440，并在440持續(xù)通氧12h。經(jīng)過上述實(shí)驗(yàn)操作，我們制備了YCa(BaCe)CuO(x=0,0.02,0.04,0,06,0.08,0.1)一系列樣品。采用日本理學(xué)公司(Rigaku)產(chǎn)D/max-2400型粉末X-射線衍射儀(X-rayDiffractometer)對(duì)這一系列樣品的物相進(jìn)行表征，測(cè)定條件:CuKa靶，管壓為40kV,管流為100mA，2角度范圍在2080。采用標(biāo)準(zhǔn)的四端引線法測(cè)量了樣品的轉(zhuǎn)變溫度。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論圖1是所有樣品YCa(BaCe)

6、CuO(x=00.1)的X射線衍射圖。從圖中可以看出對(duì)于純的YBCO(x=0)只有正交的Y(123)相峰。當(dāng)x=0.02時(shí)出現(xiàn)了BaCeO和BaCuO雜相。隨著摻雜量的增加，雜質(zhì)相的衍射峰越來(lái)越強(qiáng),且出現(xiàn)了其他別的雜相。BaCeO相的衍射峰強(qiáng)度越來(lái)越強(qiáng)，說明Ce并沒進(jìn)入Y(123)相中進(jìn)行元素替代，而是單獨(dú)與Ba形成BaCeO雜相，破壞YBCO相的形成，這與文獻(xiàn)報(bào)道的一致。這是由于Ce的四價(jià)是很穩(wěn)定的氧化態(tài)，它與其他的二價(jià)陽(yáng)離子形成鈣鈦礦ABO型結(jié)構(gòu)比形成類鈣鈦礦的Y(123)相結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的能量更低的緣故。隨著摻雜量的增加，Y(123)相的衍射峰強(qiáng)度逐漸減弱,但峰位和峰形大致沒有發(fā)生變化。我們認(rèn)

7、為是由于引入Ce后，超導(dǎo)相的配比成分發(fā)生偏離，導(dǎo)致超導(dǎo)相含量下降所致。排除雜相的衍射峰的影響，我們發(fā)現(xiàn)隨著摻雜量的增加，樣品YCa(BaCe)CuO保持了與Y(123)相同的單相正交結(jié)構(gòu)，說明Ca已經(jīng)進(jìn)入YBCO中進(jìn)行了元素替代。為了更清楚地看出樣品晶體結(jié)構(gòu)的變化，將圖1衍射峰的特征峰放大，如圖2所示，可以看出隨著摻雜量的的增加，兩個(gè)峰有逐漸變?yōu)橐粋€(gè)峰的趨勢(shì)，且峰的強(qiáng)度逐漸減弱。這是由于Ca離子的半徑(0.099nm)小于Y離子的半徑(0.1015nm)，進(jìn)行元素替代后，離子半徑的減小引起晶格常數(shù)的變化，就導(dǎo)致了樣品的晶體結(jié)構(gòu)由正交相向四方相轉(zhuǎn)變。這也是引起超導(dǎo)體起始轉(zhuǎn)變溫度下降的原因。4結(jié)論

8、本文采用固相反響法制備了YCa(BaCe)CuO(x=00.1)一系列超導(dǎo)樣品，并對(duì)其特性進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著Ca、Ce摻雜量的增加，樣品的晶體結(jié)構(gòu)有從正交相向四方相轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，而且Ce也沒有如預(yù)期的進(jìn)入YBCO中進(jìn)行元素替代，而是單獨(dú)與Ba形成BaCeO雜相，破壞YBCO的成相，使超導(dǎo)相含量降低。隨Ca、Ce摻雜量的增加，超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度呈下降趨勢(shì)，這一方面是因?yàn)锽aCeO雜相的影響，另一方面是因?yàn)镃a摻雜后載流子濃度降低，導(dǎo)致轉(zhuǎn)變溫度T下降。參考文獻(xiàn)1 李平林,張金倉(cāng),曹桂新,鄧冬梅,劉麗華,董成,敬超,曹世勛,物理學(xué)報(bào),53(2004),1223.2 Bottger G, Mang

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