Bi2201和Bi2212相超导体微结构及超导电性的几个研究

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本论文从高温超导铜氧化物的晶体结构出发,做了如下相关研究:(1)以元素掺杂为主要手段,对Bi2201相的微结构及超导电性进行了研究,获得了一些有意义的结果;(2)通过气相输运插层化合反应成功制备了IxBi2212和(HgI2)xBi2212插层化合物,进而制备出纳米Bi2212相粉体;(3)成功制备了高温超导Bi2212相和铁磁LCMO相两相复合的系列陶瓷样品,就铁磁性LCMO相对Bi2212相超导电性的影响进行了研究。 第一章:综述了高温超导体发现20年来研究的进展情况,主要包括高温超导体的晶体结构、电子相图、正常态的反常输运性质(电阻率、热电势)、磁性质、以及高温超导体的元素替代效应。通过本章的介绍,我们将对高温超导电性有一个概括的了解。 第二章:研究了不同退火条件下Bi2201相超导电性的进化。通过对Pb掺杂Bi2201(Bi1.8Pb0.2Sr2CuOy)相超导样品进行系列条件下的真空退火处理,固定退火时间,调节退火温度,使得样品氧含量随退火温度升高而降低,从而使样品载流子浓度随退火温度升高而依次降低,进而影响样品超导电性。我们系统研究了退火条件、正常态电阻率和超导电性之间的关联,确定了样品最高超导转变温度的退火条件,讨论了Bi2201相超导样品在系列退火条件下其超导电性的进化,并获得了该体系退火条件下最高超导转变温度Tconset=43K。 第三章:研究了稀土元素Ce/Eu共掺杂对Bi2201体系微结构和超导电性的影响。XRD结果表明,样品Bi1.6Pb0.4Sr2-x(Ce1-yEuy)xCuOz在掺杂量x=0.1时成单相,当x=0.2时,会有杂相出现;随着Eu掺杂量的增加及相应Ce掺杂量的减少,晶胞参数a,b稍有增大,晶胞参数c则显著增大;样品的晶胞参数a、b和c随着掺杂量y的增加均发生连续性变化,这与Raman和IR光谱的变化是一致的。电阻率测量表明,随着Eu掺杂量的增加,样品的超导转变温度Tconset可以提高到21K,Ce掺杂对超导电性有一定的抑制作用,而Eu掺杂却能够改善超导电性,其中Tconset随Ce/Eu掺杂量的变化可以用电荷转移模型进行合理解释。 第四章:通过气相输运插层化合反应成功制备了高温超导Bi2212(Bi2Sr1.1La0.4Cai.5Cu2Oy)相的碘插层化合物IxBi2212,进而制备出碘化汞插层化合物(HgI2)xBi2212。在此基础上,对碘化汞插层化合物(HgI2)xBi2212在丙酮溶液中进行超声剥落,成功制备出了高温超导Bi2212相的纳米粉体。我们利用XRD和SEM对样品进行了相分析和表征,并就样品制备技术过程和纳米Bi2212相粉体的应用作了讨论。 第五章:成功制备了由高温超导Bi2212(Bi2Sr1.1La0.4Cai.5Cu2O8+δ)相和铁磁LCMO(La2/3Ca1/3MnO3+δ)相两相复合的系列陶瓷样品。复合陶瓷样品的相分析表明无杂相生成,电阻率~温度曲线显示出铁磁性LCMO相对Bi2212相超导电性有显著抑制作用,随LCMO相含量增加,复合样品的超导转变温度逐渐降低,进而失去超导电性。铁磁嵌入相的磁拆对效应和磁散射效应是抑制复合物样品超导电性和影响输运性质的主要因素。
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