[发明专利]高临界电流密度甘氨酸掺杂MgB2超导体及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超导技术领域，特别是涉及一种高临界电流密度甘氨酸掺杂MgB₂超导体及制备方法，从而提高临界电流密度。 

背景技术

自1911年荷兰Leiden大学的H.K.Onnes^[1]发现汞的超导电性之后，人们一直对这种现象进行着不懈的探索，提出了超导微观理论(BCS理论)。此后超导技术被人类应用并继续深入研究，不断获得了更高超导转变温度(T_c)的物质。2001年1月，日本秋光纯宣布，他领导的研究小组发现了迄今为止临界温度最高的金属间化合物超导体——二硼化镁(MgB₂)，其超导转变温度达39K^[2]，甚至超过了BCS理论预言的极限。 

MgB₂的超导电性被发现以后，世界范围内掀起了一股超导热潮，有关二硼化镁超导电性的研究报道迅速增加。科学家们不断加紧对MgB₂的多晶样品、薄膜、线带材以及单晶的合成和制备技术进行研究^[3-6]，以求在超导电性的研究和应用上取得更大的突破。 

然而由于缺少磁通钉扎中心，MgB₂纯物质的临界电流密度(J_c)随着外加磁场的升高而迅速降低^[7]。为了提高高磁场下MgB₂的临界电流密度值，研究者们开始尝试掺杂金属元素、碳基化合物等物质^[8，9]，试图用这种方式引入有效的磁通钉扎中心。由于掺杂后大量杂质相的产生或者影响了MgB₂的结晶度，大多数尝试是失败的。而这些尝试中，含碳化合物被认为是一组有效的掺杂物，因为C可以取代B进入MgB₂晶格，从而引起晶格畸变，产生的缺陷可以作为钉扎中心，从而提高高场下的临界电流密度。这种取代可以通过晶格参数a值的减小来证明。目前，关于单质C、B₄C和SiC的掺杂已经有大量的研究^[10-12]。其中，SiC被认为是一种最有效的掺杂物。SiC掺杂的样品在高磁场下表现出优越的超导性能，与MgB₂纯物质相比有了很大提高，相应的结果也已经被很多人报导过。但是，由于引入磁通钉扎而牺牲了晶粒间连接性，SiC掺杂对低场区域的J_c值有一些不利的影响。后来，Zhou等人 ^[13]研究了糖掺杂对MgB₂的影响，除了能达到SiC掺杂样品的水平之外，还能够提高低磁场下的J_c值。近年的研究也开始涉及到聚合物、聚合物-金属络合物或有机稀土金属盐的掺杂对MgB₂的影响^[14-16]，渐渐显露出了有机物掺杂引入C取代效应的可能性。 

氨基酸是一种含碳有机物，而甘氨酸(Gly)是结构最简单的氨基酸。甘氨酸可以在Mg和B的固-固反应开始之前完全分解^[17]，产生的气体吸附在颗粒表面，从而影响烧结过程。 例如，通过反应2Mg+CO₂＝2MgO+C^[18]可以产生游离的C，进而发生C取代B进入MgB₂晶格，实现C掺杂。 

因此，本专利通过甘氨酸掺杂MgB₂提高整个磁场下的临界电流密度的研究具有重要意义。 

发明内容

本发明的目的是在尽量不降低超导转变温度T_c的前提下，采用一种新的含碳化合物甘氨酸(Gly)掺杂来实现C取代效应，从而提高临界电流密度J_c，获得高性能的MgB₂超导体。 

本发明的技术方案如下： 

一种甘氨酸掺杂二硼化镁超导体，原料为Mg粉、B粉按原子比1∶2称量，再以Mg粉和B粉质量为100％计，加入质量分数为2～8％的甘氨酸，得到MgB₂+2～8％Gly样品。 

本发明的甘氨酸掺杂二硼化镁超导体的制备方法，将Mg粉和B粉和甘氨酸颗粒充分混合，得到MgB₂+2～8％％Gly混合粉末；在2～10MPa的压力下压制成圆柱体薄片，之后放入高温差示扫描量热仪或管式烧结炉中进行烧结；以5～20℃/min的升温速率的连续加热到750～850℃烧结并保温0.5～1小时，然后以30～40℃/min的冷却速度降至室温。