MgB2超导材料制备
MgB2超导膜的制备及性质研究的开题报告
MgB2超导膜的制备及性质研究的开题报告一、选题背景超导材料在电力传输、储存和医疗成像等领域具有重要应用价值。
MgB2是一种新型的二元化合物超导材料，具有超导转变温度较高，超导电流密度较大的特点，因此备受研究关注。
目前，已经有许多研究工作探究了MgB2的制备和性质，但仍然存在一些问题亟待解决。
本研究将致力于对MgB2超导膜的制备及其性质进行深入的研究和探究。
二、研究目的本研究旨在通过制备MgB2超导膜，进一步了解该材料的物理、化学性质，特别是其在超导方面的性能，为其在应用中提供更好的应用基础。
具体目的包括：1、利用物理气相沉积法制备MgB2超导膜。
2、研究MgB2超导膜的结构和物理性质。
3、探究MgB2超导膜的超导性能及其与制备条件的关系。
三、研究内容1、制备MgB2超导膜采用物理气相沉积法，在硅衬底上制备MgB2薄膜。
通过调节沉积参数，如沉积温度、气压、沉积时间等，优化薄膜制备条件，获得高质量的MgB2超导膜。
2、结构和物理性质研究使用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）研究MgB2超导膜的结构和形貌；使用超导量子干涉（SQUID）磁性测量系统测量MgB2超导膜的临界电流密度（Jc）、临界温度（Tc）等物理性质。
3、超导性能及其与制备条件的关系研究通过采用不同的制备条件（如沉积温度、掺杂等），研究MgB2超导膜的超导性能及其与制备条件的关系，探究影响MgB2超导膜超导性能的因素和机制。
四、研究意义本研究将有助于深入了解MgB2超导膜的制备和性质，为其在超导电力传输、医疗成像等领域中的应用提供技术支持和应用基础。
通过优化制备条件，提高MgB2超导膜的超导性能，将有助于进一步推动超导材料在实际应用中的推广和应用。
五、研究方法及步骤1、物理气相沉积法制备MgB2超导膜；2、采用XRD和SEM等手段分析MgB2超导膜的结构和形貌；3、采用SQUID磁性测量系统测量MgB2超导膜的超导性能；4、通过调节制备条件对MgB2超导膜的超导性能进行优化；5、分析研究结果并撰写论文。
MgB2超导材料制备
目录
一、超导材料概述 二、MgB2 超导材料的介绍 三、MgB2 超导材料的制备
四、结束语
一、超导材料概述
• 1.1超导材料
超导材料，是指具有在一定的温度条件下呈现 出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。
• 1.2超导材料的特性
（1）零电阻效应 材料在一定温度以下，其电阻为零的现象。
热蒸发法，使Mg 和B 同时挥发。
溅射法（Sputtering）：即在高真空条件下充入Ar，在阴阳极间施 加数百千伏直流电（以靶材为阴极），Ar 电离产生Ar+，在磁场作用
下，Ar+高速撞向靶材，原子逃离靶材，沉积到基底上。溅射法具有
膜层致密、均匀，结合力好等优点。
四、结束语
MgB2超导材料是超导发展史中一个重要的发现，其组分简单， 合成原料丰富且成本低，在超导磁体领域已有应用实例。超导技术能 否发展，最终取决于材料，因此高性能超导材料的制备应放在首位。
• 1.3基本临界参考量
临界温度：外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反
)的温度，以Tc表示。Tc值因材料不同而异。
临界磁场：使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场 强度，以Hc表示。Hc与温度T的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0为0K
时的临界磁场。
临界电流和临界电流密度：通过超导材料的电流达到一定数值时 也会使超导态破态而转变为正常态，以Ic表示。Ic一般随温度和外磁
保护气体中充分 球磨均匀
烧结得到块材
为避免固相反应法所得样品内部松散的缺点，衍生了高压合成法。与常压 合成方式相比，高压合成在提高材料的密度上具有很大优势，而且反应通常 在密闭容器内进行，可以有效地抑制组分的挥发以及氧化，且有利于化学反 应速率的提高，尤其适用于单相MgB2的制备。
MgB_2超导材料的制备_王醒东
电工材料2014No.21引言超导技术作为高新技术之一，历经百余年的发展，已有多种产品问世，在强电领域和弱电领域得以应用，如超导电缆和超导滤波器等。
2013年3月，德国铺设了目前世界上最长的高温超导电缆，该条电缆以二代钇-钡-氧化铜（YBCO）高温超导材料为核心材料，长度为1km，直径仅15cm，输电功率和输电电压分别为40MW和10kV；同年4月，世界上载流能力最强的350m长、载流10kA的直流超导电缆在河南中孚实业有限公司投入工程示范运行，并为该公司的电解铝车间供电，该条电缆以一代铋-锶-钙-氧化铜（BSCCO-2223）高温超导材料为载流层；超导滤波器方面，江苏综艺超导有限公司是国内唯一一家开发超导滤波器的企业，产品已达到军用标准，但尚未量产。
现有的超导产品或样机，基本以YBCO或BSCCO-2223为超导材料，最主要原因是其临界温度（T c）在液氮沸点之上，可以用液氮作为制冷剂，成本低。
但目前有能力制造商用YBCO或BSCCO-2223超导材料的厂家不多，最根本的原因是受制于复杂的工艺及设备的要求：①YBCO和BSCCO-2223均属于陶瓷材料，组成元素多，原子比例多变，只有满足一定的原子比时，材料才具有优异的超导特性，此外，超导材料对压力、氧含量及湿度等工艺参数敏感，这些都增加了工艺的难度；②采用粉末套管法（PIT法）制备BSCCO-2223的工艺已比较成熟[1]，与之相比，YBCO材料制备工艺不成熟，对设备真空度、精密度和自动化程度等要求高，导致其价格较高。
2001年，二硼化镁（MgB2）化合物的发现，改变了人们的传统思维。
MgB2为AlB2型六方晶格结构，B原子呈石墨蜂窝型排列，Mg原子则呈一定规MgB2超导材料的制备王醒东1,2（1.富通集团有限公司浙江省光纤制备技术工程技术研究中心，浙江富阳311400；2.富通集团（天津）超导技术应用有限公司，天津300384）摘要：二硼化镁（MgB2）是重要的超导材料，在超导磁体等领域有着潜在的应用。
MgB2超导线材制备工艺及其性能研究的开题报告
MgB2超导线材制备工艺及其性能研究的开题报告一、项目背景超导材料是一种在低温下具有零电阻和完全磁通排斥能力的材料。
在能源、交通、医疗和科学研究等领域具有广泛的应用前景。
MgB2超导材料是近年来研究的热点之一，具有磁场承受能力强、制备工艺简单等优点，是目前开发的领域之一。
本项目旨在探究 MgB2 超导材料的制备工艺及其性能，为其在应用领域的进一步开发提供基础。
二、研究内容1. MgB2超导线材制备工艺的研究：研究超导线材的制备方法和工艺条件，包括材料的制备、热处理工艺等。
2. 超导线材的物理性能测试：对制备好的 MgB2 超导线材进行物理性能测试，包括电阻率、临界电流密度等参数的测试和分析。
3. 对超导线材性能的影响因素研究：探究超导线材的制备过程中，各种因素对制备材料性能的影响，包括热处理时间、温度、氧化条件等因素的变化对材料性能的影响。
三、研究意义该研究可以对 MgB2 超导线材的制备工艺和性能进行深入研究，为超导材料的应用提供支撑。
本研究的成果有助于推动 MgB2 超导材料的发展及产业化进程，对于推进我国能源、改善人民生活等领域的发展具有积极的意义。
四、研究方法和思路1. MgB2超导线材制备方法的确定：确定超导线材的制备方法和工艺条件，包括材料的制备、热处理工艺等。
2. 物理性能测试方法的选择：选择合适的测试方法测试超导线材的物理性能，包括电阻率、临界电流密度等参数的测试和分析。
3. 参数优化和数据分析：探究超导线材制备过程中，各种因素对制备材料性能的影响，包括热处理时间、温度、氧化条件等因素的变化对材料性能的影响，进行参数优化和数据分析。
五、预期成果该研究的预期成果包括：1. MgB2超导线材制备工艺的研究成果，包括制备方法、热处理工艺等。
2. MgB2超导线材的物理性能测试成果，包括电阻率、临界电流密度等参数的测试和分析。
3. 对超导线材性能的影响因素研究成果，包括热处理时间、温度、氧化条件等因素的变化对材料性能的影响。
二硼化镁超导材料
二硼化镁超导材料引言超导材料是在极低温下（通常是液氮温度以下）表现出电阻为零的材料。
这一特性使得超导材料在电力传输、能源储存和磁共振成像等领域具有重要的应用前景。
最近，二硼化镁（MgB2）被发现具有较高的临界温度，成为了超导材料研究领域的热点之一。
本文将探讨二硼化镁超导材料的特性、制备方法以及应用前景。
二硼化镁的特性1. 临界温度临界温度是指材料在无电阻状态转变为有电阻状态的临界温度。
二硼化镁具有较高的临界温度约39K，这使得它可以在液氮温度下实现超导。
这一相对较高的临界温度使得二硼化镁成为一种具有广泛应用前景的超导材料。
2. 结构和能带二硼化镁的晶体结构是层状结构，由镁原子层和硼原子层交替排列而成。
这种结构使得二硼化镁具有特殊的电子结构，包括能隙（能带间的能量间隔）和费米面的形态。
这些特性对于其超导性质起着重要的影响。
3. 可压性在超导材料中，机械应力通常会破坏超导性质。
然而，二硼化镁具有较高的可压性，可以抵抗一定程度的外界应力。
这一特性使得二硼化镁在实际应用中更加灵活和可靠。
二硼化镁的制备方法1. 溶液法溶液法是一种常用的制备二硼化镁超导材料的方法。
首先，将镁和硼的化合物溶解在合适的溶剂中，形成预混合溶液。
然后，将溶液蒸发至干燥，得到二硼化镁的粉末。
最后，通过热处理将粉末转化为二硼化镁超导材料。
2. 机械合金法机械合金法是一种通过机械力作用使金属粉末与非金属粉末发生化学反应的方法。
在制备二硼化镁超导材料中，可以将镁粉末和硼粉末进行机械合金，得到二硼化镁的粉末。
随后，通过热处理将粉末转化为超导材料。
3. 气相沉积法气相沉积法是一种以气体为原料，在高温下进行反应生成薄膜的方法。
在制备二硼化镁超导材料中，可以通过气相沉积法在基底上沉积二硼化镁薄膜。
这种制备方法具有薄膜厚度可控和制备大面积薄膜的优势。
二硼化镁超导材料的应用前景1. 能源传输超导材料的零电阻特性可以显著提高能源传输的效率。
二硼化镁超导材料具有较高的临界温度，可以在液氮温度下工作，使得其在能源传输领域具有广泛的应用前景。
硼化镁化学式
硼化镁化学式
硼化镁化学式为MgB2，是一种超导材料。
超导材料是指在低温下电阻为零的材料，具有很高的导电性能。
硼化镁的超导温度可以达到39K，是目前已知的超导材料中温度最高的一种。
硼化镁的制备方法有多种，其中最常见的是热压法。
将镁和硼混合后进行高温高压处理，即可得到硼化镁。
热压法制备的硼化镁具有高密度、均匀性好等优点，是制备高质量硼化镁的有效方法。
硼化镁在超导领域有着广泛的应用。
它可以用于制造超导磁体、超导电缆等超导器件。
超导磁体是指利用超导材料的超导性能制造的电磁铁，具有磁场强度高、能量密度大等优点，广泛应用于核磁共振、医学影像等领域。
超导电缆是指利用超导材料制造的输电电缆，具有输电损耗小、传输能力强等优点，是未来电力输送的重要技术之一。
除了在超导领域，硼化镁还可以用于制造高温超硬材料。
硼化镁具有高硬度、高熔点等特点，可以用于制造高温下耐磨材料、高温下工作的电极等器件。
硼化镁化学式为MgB2，是一种重要的超导材料。
它在超导领域有着广泛的应用，可以用于制造超导磁体、超导电缆等器件。
此外，硼化镁还可以用于制造高温超硬材料，具有重要的工业应用价值。
二硼化镁超导线材的制备
摘要二硼化镁是迄今为止所发现的超导临界转变温度最高的非铜氧化物超导材料，具有无弱连接、成本低廉、能够在20K～30K应用等优势，但是MgB2在外场下的临界电流特性较差，因此目前MgB2线带材的制备研究集中在改善晶间连接和通过化学掺杂提高样品的超导临界电流密度方面。
本论文研究了用原位法连续制备的MgB2超导线材其中包括用连续管线成型技术制备单芯多层MgB2超导线材和用通过连续管线成型技术和粉末套管法联合制备多芯多层MgB2超导线材，并对制备的线材在高真空的环境下进行烧结。
通过通过X射线衍射、SEM检测方法研究了制备过程中的工艺参数（烧结温度，保温时间）对块材成份及微结构的影响，利用超导量子干涉仪(SQUID)对样品超导芯进行磁测量，并根据测得的磁滞回线结果计算样品的临界电流密度J c。
研究结果表明，可以用连续管线成型技术成功连续制备SS/Cu/Nb3层单芯MgB2超导线材。
在高真空环境下进行烧结退火，实验表明830℃保温15分钟为最佳的烧结参数。
本文选取830℃保温15分钟的5%SiC掺杂的SS/Cu/Nb3层单芯MgB2超导线材用磁测量法进行超导电性的测试，结果显示，10K，0T时临界电流密度J c值为5.9×105A/cm2，而且样品的电流特性在外加磁场增大时下降速度较慢，在3.5T的外场下电流密度J c值仍然为1.0×105 A/cm2。
在20K，3.5T的情况下电流密度J c值为2.5×104 A/cm2。
用连续管线成型技术和粉末套管法联合制备多芯多层MgB2超导线材的研究表明可以用这种方式连续制备19芯和49芯两种多芯多层线材，而且均可以成功减径至1.01mm。
关键词MgB2 连续管线成型技术单芯多层MgB2超导线材多芯多层MgB2超导线材ABSTRACTMgB2 has the highest critical temperature 39K in non-ceramic superconductors, it has weak link-free grain boundaries and is a low cost material could be used under 20~30K. But MgB2 reveals poor Jc property in high magnetic field. Currently in MgB2 wires and tapes fabrication, many efforts were focused on improving grain connection or doping to enhance Jc property.Monofilamentary multilayers MgB2 wires were fabricated Continuous Tube Forming & Filling(CTFF),and Multifilamentary multilayers MgB2 wires were fabricated Continuous Tube Forming & Filling(CTFF) and Powder In Tube (PIT). Short samples were synthesized through the high vacuum sintering. Systemic experimentation was made to optimize the sintering parameters, the sintering temperature and the sintering time. Phases in sintered samples were detected through X-ray diffraction, micrograph was observed through the scanning electronic microscope, and the Jc was calculated from data of the magnetic hysteresis curves obtained by the SQUID.Samples sintered at 830℃and for 15 minute has pure phases and good superconducting prototies. In this paper 5% SiC doped Monofilamentary MgB2 wires sintered at 830℃ and for 15 minute acquired the best Jc properties. The Jc values at 10K and 0T reached 5.9×105 A/cm2,and at 3.5T it was 1.0×105 A/cm2. Jc decreased with the increase of magnetic field slowly. The Jc values at 20K and 3.5T reached 2.5×104 A/cm2.Keywords MgB2 CTFF Monofilamentary multilayers MgB2 wires Multifilamentary multilayers MgB2 wires目录摘要 (1)ABSTRACT (2)第1章绪论 (5)1.1 超导体的特性和应用 (5)1.1.1 超导体的特性 (5)1.1.2 超导体的应用 (6)超导体 (6)1.2 MgB21.3 MgB线带材研究现状 (9)21.4 本论文研究内容与研究意义 (11)1.4.1 研究内容 (11)1.4.2 研究意义 (11)第2章研究方法和实验设备 (12)2.1 研究方法 (12)2.1.1 工艺流程简述 (12)2.1.2 粉末配置 (13)2.1.3 包套材料选择 (14)2.1.4 形变工艺 (16)2.1.5 烧结热处理 (16)2.2 实验及检测设备 (17)第3章连续管线成型技术制备单芯多层线材 (18)3.1 线材制备过程 (18)3.1.1 粉末选择.............................. 错误！未定义书签。
MgB2超导材料制备剖析
（3）同位素效应 超导体的临界温度 TC与其同位素质量 M有关。 M越大，TC越低，这称为同位素效应。M与TC有近 似关系：TCM1/2=常数。 （4）约瑟夫森效应 当在两块超导体之间存在一块极薄的绝缘层， 超导电子（对）能通过极薄的绝缘层，这种现象 称为约瑟夫森（Josephson）效应，相应的装置称 为约瑟夫森器件。如图所示。
场的增加而减少。单位截面积所承载的Ic称为临界电流密度，以Jc表
示。
二、MgB2 超导材料的介绍
• 2.1MgB2的发现
MgB2超导体的发现是日本青山学院大学四年级学生永松纯在其毕 业论文研究中偶然得出的。 当时作Mg-Ti-B三元相图实验中发现了少量的超导信号,进一步减 少Ti的含量后,超导体的体积分数突然增加,最终判明Mg与B的中间化 合MgB2是超导体原形。
MgB2 超导材料的制备
目录
一、超导材料概述 二、MgB2 超导材料的介绍 三、MgB2 超导材料的制备
四、结束语
一、超导材料概述
• 1.1超导材料
超导材料，是指具有在一定的温度条件下呈现 出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。
• 1.2超导材料的特性
（1）零电阻效应 材料在一定温度以下，其电阻为零的现象。
混合物理化学气相沉积法 ( HPCVD)：将物理气相沉积和
化学气相沉积组合一起制作
MgB2 薄膜。采用硼烷B2H6 和 H2 的混合气作气相硼源, 加热 块状镁来获得镁蒸汽, 总压力 保持1313~ 9311kPa ( 100 ~ 700Toor ) , 基材被加热至 1003~ 1033K。在这样条件下,
超导体的R－T特性曲线
1911年荷兰著名低温物理学家昂纳斯 （H.K.Onnes）发现在T＝4.1k下汞具有超导电性。 采用“四引线电阻测量法”可测出超导体的R－T特 性曲线，如图所示。
MgB2高温超导材料的烧制试验(精)
电路设计：
温度测量电路：
引脚24
U1 op27g 1k
R22
+ -
+
C1 1000u 0
+ -
R21
3.01
U2 op27g
R7
R-VAR
0
R7
R-VAR
t
+
C2 1000u 0
• 热电偶产生的电压信号（炉温与室温
之差）经过电压跟随器（U1），330倍 的放大器（U2)，送入数据采集卡的第 24号引脚（channel 9）。放大器输出 电压为-10V—10V。对于铂—铂铑合金 电偶来讲，温度测量范围为0—1000摄 氏度。电路中没有对室温进行测量， 而是在测量程序中的室温窗口来输入 当前室温，再加上热电偶测得的温度 差来推断炉温。
背景介绍：
• 简介：
自从2001年1月，Akimitsu及其同事宣布发现了二 元金属化合物MgB2具有在T=39K的超导电性。在 非氧化物和没有C60基底超导材料中，这个临界 温度已相当高了，超过了BCS理论所预测的临界 温度的上限。这一发现激起了人们在简单金属间 化合物中寻找更高临界温度超导体的兴趣。为了 探索MgB2的超导机理和基本物理性能，世界各地 的研究小组已经作了大量的研究工作。
铂—铂铑合金电偶随温度的的变化：
• 铂—铂铑合金电偶来讲，温度测量范围为0
～1000摄氏度； • 铂—铂铑合金电偶两端的电压随温度的变 化可近似表述为： -0.025595 × v 4+ 0.7405 × v 3- 8.7897 × v 2+ 142.53 × v+当前室温 ；
•
•
程序设计 电路设计
LED D3
2
超硬MgB2导体的高温高压合成
超硬MgB2导体的高温高压合成马红安;陈立学;郭伟力;臧传义;秦杰明;贾晓鹏;邹广田【期刊名称】《金刚石与磨料磨具工程》【年(卷),期】2005(000)005【摘要】本文在国产六面顶高温高压设备上成功制备出具有超高硬度和良好导电特性的二硼化镁(MgB2)聚晶体材料.样品制备的压力和温度条件分别为5.5GPa和700～1000℃.光学显微镜观测表明,合成样品具有褐色金属光泽.通过X射线衍射对合成样品进行了晶体结构的表征.X射线衍射谱表明,二硼化镁晶体具有典型的六角结构,空间群为P6/mmm(191).晶格常数为,a=0.308nm,c=0.352nm.常态下,合成样品的显微硬度、体密度和电阻率分别被测量.其显微硬度为4109.5 kgf/mm2,常态下电导率为2.42×10-6Ωm.这些特性决定着硼化镁聚晶有着潜在的应用价值.【总页数】3页(P7-9)【作者】马红安;陈立学;郭伟力;臧传义;秦杰明;贾晓鹏;邹广田【作者单位】吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012;吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012;河南理工大学,河南,焦作,454000;吉林大学超硬材料国家重点实验室,吉林,长春,130012【正文语种】中文【中图分类】O521【相关文献】1.纳米B6O-B4C超硬复合材料的高温高压烧结与表征 [J], 陈超;王江华;周卫宁;王进保;贺端威;冯吉福;姜伟;李吉刚;李立维;秦家千2.超硬磨具用耐高温酚醛树脂结合剂的合成与表征 [J], 徐翠平;徐三魁;彭进;邹文俊3.超硬磨料砂轮的演变与发展：介绍国外新型的单层高温钎焊超硬… [J], 傅玉灿;徐鸿钧4.MgB2超导体块材的高压合成 [J], 李绍春;朱嘉林;禹日成;李凤英;刘振兴;靳常青5.新超硬相形成对用自蔓延高温合成法制备的复合材料性能的影响 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
多层膜外退火方法制备MgB2超导薄膜
前驱薄膜为 %###$ 样品的测量结果， 各样品的退火 退火气压 处理参数均保持一致， 即退火温度 &’#( ， 退火时间 %# -./ ! )’ *+,，
（ 2/345） ! 78 6
不同厚度和分层方式下制备的前驱薄膜退火处理后样品的主要性质 !! 6 78 #CD "C# %C) 999 "C’’ "C%: "C%’ （:# 8） ・ 7" 6# ! ):C: )=CD )’C" ・ "（ 7; 6- < ) 6 )#8） %C’ A "#= )C: A "#= :C’ A "#’
［"2］ 纳米桥 KVJMT 磁强计 ， 工作温度在 (% 3 以上， 磁 Y ",& 场灵敏度达 " BW ・QX ； 最近 9?Z<GO 等人利用电子 ［"&］
（ [ (7 3） ， 却更容易获得平整的表面且便于后续多 层结构的制备 . 近来 *<OPDDP 等人报道了多层 *+,结构前驱体在 %##\ 温区外退火制备 *+-& 薄膜的
第 2’ 卷 第 " 期 &##% 年 " 月 （#"） "###;(&)#,&##%,2’ ,#2"&;#’
物
理
学
报
89W8 RQ]KM98 KM^M98
SH>. 2’， ^H. "， _<5@<G?， &##% "&##% 9L=5. RL?F. KH1.
" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "
基于超薄MgB2超导薄膜的超导纳米线单光子探测器的初步研究的开题报告
基于超薄MgB2超导薄膜的超导纳米线单光子探测器的初步研究的开题报告题目：基于超薄MgB2超导薄膜的超导纳米线单光子探测器的初步研究一、研究背景和意义：单光子探测器是量子通信、精密测量、光学成像等领域中不可或缺的关键元件。
目前，基于超导纳米线的单光子探测器表现出极高的探测灵敏度和时间分辨率，成为研究热点之一。
而硼化镁（MgB2）超导材料因其高超导转变温度和较大的结构变形能力，被认为是一种有潜力的超导材料。
因此，基于超薄MgB2超导薄膜制备超导纳米线单光子探测器，不仅能够进一步提高探测器的性能，而且有望在基于超导纳米线的单光子技术方面开拓新的应用领域。
二、研究内容：本研究主要包括以下内容：1.采用物理气相沉积法制备超薄MgB2超导薄膜；2.采用光刻和蒸发工艺制备超薄MgB2超导薄膜的超导纳米线阵列；3.设计超导纳米线阵列的电路结构，制备超导纳米线单光子探测器；4.对所制备的超导纳米线单光子探测器进行测试，比较其性能和现有的单光子探测器的差异。
三、研究方法：1.物理气相沉积法制备超薄MgB2超导薄膜；2.采用光刻和蒸发工艺制备超薄MgB2超导薄膜的超导纳米线阵列；3.采用电子束曝光和化学腐蚀工艺制备超导纳米线的电路结构；4.利用超导纳米线单光子探测器测试系统，对所制备的超导纳米线单光子探测器进行测试，比较其性能和现有的单光子探测器的差异。
四、研究预期成果：1.成功制备超薄MgB2超导薄膜的超导纳米线阵列；2.成功制备基于超薄MgB2超导薄膜的超导纳米线单光子探测器；3.探究超导纳米线单光子探测器的性能，如探测灵敏度、时间分辨率等，比较其与现有单光子探测器的差异。
五、研究难点和挑战：1.超薄MgB2超导薄膜的制备工艺及其表征技术；2.超薄MgB2超导薄膜的超导纳米线制备技术，包括光刻、蒸发、化学腐蚀等；3.超导纳米线单光子探测器的电路结构设计和制备技术；4.比较超导纳米线单光子探测器与现有单光子探测器的差异，分析其差异的原因和机理。
超导体MgB2及其制备方法综述
超导体MgB2及其制备方法综述蒋雯（北京理工大学材料学院材料科学与工程专业，北京 100081）摘要：2001年1月所发现的MgB2超导体具有39K的临界转变温度，是迄今为止转变温度最高的非铜氧化物超导体。
本文介绍了 MgB2的超导电性、超导机理以及提高其高磁场临界电流密度的途径，综述了它的制备方法。
关键词：MgB2超导体；超导机制；制备方法；2001年，日本Nagamatsu等发现了迄今为止临界温度最高的金属化合物超导体——MgB2。
它有较高的超导转变温度（T C=39K）和临界场，较大的相干长度，并且晶界不存在弱连接，结构简单，成本低廉【１】。
因此，全世界科研人员都对它进行了关注和广泛深入的研究，取得了很多研究成果。
本文将介绍MgB2材料的有关性质，论述了它的超导机理以及提高其高磁场临界电流密度的途径，并简要介绍其制备方法。
1 MgB2的超导电性及其超导机制的超导电性1.1 MgB2MgB2是具有最高超导转变温度的低温超导体，转变温度高达39.4K，有效载流子为空穴型。
MgB2属于第二类超导体（即界面能小于零的超导体）。
它的下临界磁场在27～48mT，上临界磁场在14～39T之间，不可逆场在6～35T之间。
零场条件下的临界电流密度J C=106A/cm2。
与高温超导体相比，MgB2具有更长的相干长度【１】。
能带计算表明，MgB2是一种宽能带化合物，价带主要由Mg和B原子的ｓ轨道和ｐ轨道杂化形成的。
其中，B-B保持共价键结构，Mg呈离子态，Mg最外层的2个电子都贡献给B使它获得导电性【２】。
另外，在目前的研究的压力范围内，随着压力的升高，MgB2的T C遵循二次方关系或者线性关系而降低。
MgB2的热膨胀系数和压缩系数类似，都具有各向异性的特点：c轴对热的反应程度高于a轴。
在同样的升温条件下，点阵常数沿c轴的增加大约是沿a轴增加的2倍【２】。
的超导机制1.2 MgB21.2.1 以声子为媒介的超导机制同位素效应研究结果表明，MgB2属于传统的BCS超导体，比较高的德拜温度以及强烈的的电子—声子互相作用导致了较高的转变温度。
磁控溅射法对制备MgB_(2)超导薄膜性能的影响
27张竺立1，李向东2摘 要：MgB 2超导转变温度可达39 K ,结构简单，临界电流密度高。
由于MgB 2可以承载高电流密度和磁场，从而在超导电子器件领域具有很大的应用潜能。
电子器件是以薄膜为基础的，因此制备出性能优越的MgB 2超导薄膜尤为重要。
文章通过将脉冲激光沉积法、分子束外延法、化学气相沉积法和混合物理化学气相沉积法、电子束退火法与磁控溅射法制备的MgB 2超导薄膜进行比较，分析了磁控溅射法的优越性。
简述了磁控溅射法制备MgB 2超导薄膜的研究现状及掺杂对MgB 2超导薄膜性能的影响，对制备高性能的MgB 2超导薄膜具有重要的参考价值。
关键词：超导材料；MgB 2；磁控溅射法；制备中图分类号：O469 文献标识码：A 文章编号：1673-2014(2021)02-0027-05磁控溅射法对制备MgB 2超导薄膜性能的影响（1.长治学院 电子信息与物理系；山西 长治 046011；2.山西大学 物理电子工程学院 激光光谱研究所；山西 长治 030006）收稿日期：2021-02-18基金项目：长治学院校级课题“金属元素掺杂对铌酸锂薄膜电化学性能的影响研究”（XJ2020000701）作者简介：张竺立（1993- ），女，山西临汾人，硕士，助教，主要从事超导薄膜制备及性能影响研究； 李向东（1997- ），男，山西忻州人，硕士研究生，主要从事二维过渡金属硫化物及动力学研究。
引言MgB 2晶体结构[1,2]如图1所示，在 MgB2 的晶体结构中，Mg 原子和B 原子分别按照类石墨层结构方式排列，B 原子呈蜂巢形水平排列，Mg 原子呈[1]六方密堆积水平排列，每一个 Mg 原子位于六个 B 原子组成的正六边形结构的中心轴上。
由于MgB 2超导薄膜具有优良的超导性，加入超导材料制成的超导电缆可以减少传输过程中电能的恶损耗。
制备MgB 2超导薄膜主要采用脉冲激光沉积法[3]、磁控溅射法[4]、分子束外延法、化学气相沉积法[5]和混合物理化学气相沉积法[6]、电子束退火法[7]等。
二硼化镁超导材料
二硼化镁超导材料
一、引言
超导材料是指在低温下电阻为零的材料，是当今材料科学领域的重要研究方向之一。
二硼化镁（MgB2）是一种新型超导材料，具有较高的临界温度和较强的超导性能，被认为是未来发展方向之一。
二、MgB2超导材料的基本特性
1.临界温度高：MgB2的临界温度约为39K，比传统超导材料Nb3Sn 和Nb-Ti高出很多。
2.超导性能好：MgB2具有较高的临界电流密度和较强的磁场抗扰动能力。
3.易于制备：MgB2可以通过简单的固态反应法制备得到，制备工艺简单、成本低廉。
三、MgB2超导材料的制备方法
1.固态反应法：将镁粉和硼粉按一定比例混合后，在惰性气氛下加热至1100℃-1200℃，即可得到MgB2超导材料。
2.物理气相沉积法：在真空中将镁和硼分别蒸发沉积在基底上，并在一定条件下加热，形成MgB2超导材料。
3.电弧放电法：将镁和硼分别放置在电极上，在惰性气氛下进行电弧放电，即可得到MgB2超导材料。
四、MgB2超导材料的应用前景
1.电力传输：MgB2超导材料可以用于制造高温超导输电线路，具有
较高的传输效率和较低的能量损失。
2.医学领域：MgB2超导材料可以用于制造MRI等医学成像设备，具
有较高的分辨率和较低的能量消耗。
3.磁浮交通：MgB2超导材料可以用于制造磁浮列车等交通工具，具
有较高的速度和较低的摩擦阻力。
五、结论
MgB2超导材料是一种新型、高性能、易制备的超导材料，具有广泛
的应用前景。
未来随着技术不断发展，相信其应用领域将会更加广泛。
一种MgB2超导材料制备用手推式粉末混合设备[发明专利]
![一种MgB2超导材料制备用手推式粉末混合设备[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/32bd1683783e0912a3162a7e.png)
专利名称：一种MgB2超导材料制备用手推式粉末混合设备专利类型：发明专利
发明人：李德英
申请号：CN201610897494.7
申请日：20161015
公开号：CN106362627A
公开日：
20170201
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种粉末混合设备，尤其涉及一种MgB2超导材料制备用手推式粉末混合设备。
本发明要解决的技术问题是提供一种操作方便、混合快速、结构简单紧凑的MgB2超导材料制备用手推式粉末混合设备。
为了解决上述技术问题，本发明提供了这样一种MgB2超导材料制备用手推式粉末混合设备，包括有螺母、丝杆、第一轴承座、第一转轴、搅拌杆、第一齿轮、第二锥齿轮、顶板、第二轴承座、第三锥齿轮等；底板顶部右侧焊接有右架，右架左侧下部通过螺栓连接的方式连接有第四轴承座。
本发明达到了操作方便、混合快速、结构简单紧凑的效果，并且制造成本低，结构合理，易于维护维修，使用方便，减少人力物力的投入。
申请人：湖北喵喵智能物联网科技有限公司
地址：438400 湖北省黄冈市红安县城关镇西湖花园小区5栋三单元1002
国籍：CN
更多信息请下载全文后查看。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
热蒸发法，使Mg 和B 同时挥发。
溅射法（Sputtering）：即在高真空条件下充入Ar，在阴阳极间施 加数百千伏直流电（以靶材为阴极），Ar 电离产生Ar+，在磁场作用
下，Ar+高速撞向靶材，原子逃离靶材，沉积到基底上。溅射法具有
膜层致密、均匀，结合力好等优点。
四、结束语
MgB2超导材料是超导发展史中一个重要的发现，其组分简单， 合成原料丰富且成本低，在超导磁体领域已有应用实例。超导技术能 否发展，最终取决于材料，因此高性能超导材料的制备应放在首位。
场的增加而减少。单位截面积所承载的Ic称为临 超导材料的介绍
• 2.1MgB2的发现
MgB2超导体的发现是日本青山学院大学四年级学生永松纯在其毕 业论文研究中偶然得出的。 当时作Mg-Ti-B三元相图实验中发现了少量的超导信号,进一步减 少Ti的含量后,超导体的体积分数突然增加,最终判明Mg与B的中间化 合MgB2是超导体原形。
• 3.3MgB2薄膜的制备
尽管超导薄膜的应用不如超导带材广泛，但其在弱电领域仍有着广泛的 应用。制备薄膜的传统方法或是制备其他超导薄膜的方法一般都可用来制备
MgB2薄膜。本处仅对电子束蒸发法、HPCVD、共蒸发法和溅射法进行介绍。
电子束蒸发法：利用电子束加热坩埚中的材料，使其熔融或升华气化， 并在基底上冷凝得到薄膜的过程。通过水冷，可以避免蒸发材料与坩埚壁发 生反应,由此可制备出高纯度MgB2 薄膜，原理如图所示. K.Yonekura等以高纯镁块（99.9%）与硼（99.5%）为原料，在低于5×10-7 Pa 的压力下，利用电子束蒸发法在铝基底上沉积了250 nm厚的MgB2薄膜，基 底与MgB2之间用B作为缓冲层。结果表明，利用电子束蒸发法制备的MgB2薄 膜性能优于PIT 法制备的材料性能。
• 1.3基本临界参考量
临界温度：外磁场为零时超导材料由正常态转变为超导态(或相反
)的温度，以Tc表示。Tc值因材料不同而异。
临界磁场：使超导材料的超导态破坏而转变到正常态所需的磁场 强度，以Hc表示。Hc与温度T的关系为Hc=H0[1-(T/Tc)2]，式中H0为0K
时的临界磁场。
临界电流和临界电流密度：通过超导材料的电流达到一定数值时 也会使超导态破态而转变为正常态，以Ic表示。Ic一般随温度和外磁
超导体的R－T特性曲线
1911年荷兰著名低温物理学家昂纳斯 （H.K.Onnes）发现在T＝4.1k下汞具有超导电性。 采用“四引线电阻测量法”可测出超导体的R－T特 性曲线，如图所示。
（2）迈斯纳效应 1933年，迈斯纳（W.Meissner）发现：当置于 磁场中的导体通过冷却过渡到超导态时，原来进 入此导体中的磁力线会一下子被完全排斥到超导 体之外（见下图），超导体内磁感应强度变为零 这表明超导体是完全抗磁体，这个现象称为迈斯 纳效应。
MgB2 薄膜将在基材上形成。
共蒸发法（Co-evaporation）：即利用不同或同种方式使不同材
料同时挥发，以气态原子或分子反应后，在基底上得到目标产物。
Y.J.Lim 等采用共蒸发法在钨线上制备了MgB2/W复合材料。以镁块（ 纯度99%）和硼靶（纯度99.99%）为原材料，利用射频磁控溅射法和
（3）同位素效应 超导体的临界温度 TC与其同位素质量 M有关。 M越大，TC越低，这称为同位素效应。M与TC有近 似关系：TCM1/2=常数。 （4）约瑟夫森效应 当在两块超导体之间存在一块极薄的绝缘层， 超导电子（对）能通过极薄的绝缘层，这种现象 称为约瑟夫森（Josephson）效应，相应的装置称 为约瑟夫森器件。如图所示。
MgB2 的优点
• 2.4MgB2 材料的形式
MgB2
强电领域
弱电领域
块材
带材
薄膜
三、MgB2 超导材料的制备
• 3.1MgB2带材的制备
工艺流程：
前驱粉体 制备
拉拔
退火
填充至 管体
轧制 PIT 法制备MgB2带材的工艺流程
成型
PIT 为powder-in-tube 的缩写。PIT 法可分为两种方法： 原位法（ in situ）和离位法（ex situ） , 前者采用Mg+2B 混合粉末作为PIT 导体 的内芯, 粉末相互作用形成MgB2; 后者的PIT 导体内芯充填MgB2粉末。 ex situ 过程: MgB2 粉末在金属管内压实后经挤压或旋镦、拉拔和
轧制, 随着超导体内芯的变形程度增加, 会使超导临界电流密度值Jc 增
加。另外, 经变形后采取退火处理能进一步改进超导制件的Jc 值。 in situ 过程: Mg 和B 粉通过反应扩散形成MgB2相, 其反应式为: Mg+ 2(B)→MgB2
• 3.2MgB2块材的制备
MgB2块材的合成方法一般有固相反应法、扩散法、高压合成法和液相烧 结法等。 固相反应法流程如下： 镁粉、硼粉 1∶2 混合 压制成块
混合物理化学气相沉积法 ( HPCVD)：将物理气相沉积和
化学气相沉积组合一起制作
MgB2 薄膜。采用硼烷B2H6 和 H2 的混合气作气相硼源, 加热 块状镁来获得镁蒸汽, 总压力 保持1313~ 9311kPa ( 100 ~ 700Toor ) , 基材被加热至 1003~ 1033K。在这样条件下,
保护气体中充分 球磨均匀
烧结得到块材
为避免固相反应法所得样品内部松散的缺点，衍生了高压合成法。与常压 合成方式相比，高压合成在提高材料的密度上具有很大优势，而且反应通常 在密闭容器内进行，可以有效地抑制组分的挥发以及氧化，且有利于化学反 应速率的提高，尤其适用于单相MgB2的制备。
扩散法与PIT 法有相似之处，工艺如下：将未经混合 的镁粉与硼粉装入金属管，轧制成带状，通过某种方式将 带的头尾端封闭，高温下反应，最后冷却、剥离，得到带 状的MgB2块材。值得注意的是，Mg的熔点约648 ℃，B的 熔点约2300 ℃，后者远高于前者，所以该反应其实是液 态Mg 与固态B 反应。反应最初在镁粉与硼粉的表面发生 ，随后镁粉缓慢扩散，逐渐在硼粉内层生成MgB2相，因此 利用该法制备块材时需较长的热处理时间。
MgB2 超导材料的制备
目录
一、超导材料概述 二、MgB2 超导材料的介绍 三、MgB2 超导材料的制备
四、结束语
一、超导材料概述
• 1.1超导材料
超导材料，是指具有在一定的温度条件下呈现 出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料。
• 1.2超导材料的特性
（1）零电阻效应 材料在一定温度以下，其电阻为零的现象。
相比于MgB2带材，其块材和薄膜的发展相对缓慢，拓展批量化制备
方法、优化工艺路线等相关工作必须积极开展。此外，还应在MgB2 材料的元素添加对磁通钉扎的影响、超导磁体方面的开发等方面投入
研究。这些问题的解决将有助于促进MgB2超导材料性能的提高和应
用范围的扩展。
• 2.2MgB2 的结构
MgB2为AlB2 型六方晶格结
构，B原子呈石墨蜂窝型排列，
Mg原子则呈一定规律插入在B 原子间，空间群为P6/mmm。
MgB2是典型的第Ⅱ类超导体，
下临界磁场为20～30mT，上临 界磁场则可高达39T，可用作
超强磁体。
• 2.3MgB2 的优点
价格便宜、重量轻和较柔软 , 易于加工超导。 转变温度 Tc 高 , 比原先一些 金属间化合物的约高20K 制造工艺可借助于 Bi 系带材 的制造工艺-粉末套管法，工 艺成熟 MgB2 材料由Mg和B两种元素组 成 , 制作中组成元素发生变 动可能性小 , 过程稳定性提 高。