[发明专利]利用石墨烯原位包覆硼粉通过镁扩散法制备二硼化镁超导块材的方法

说明书

本发明公开了一种利用石墨烯原位包覆硼粉通过镁扩散法制备二硼化镁超导块材的方法，将氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水混合均匀，得到硼粉与氧化石墨烯混合溶液；再将硼粉与氧化石墨烯混合溶液置入水热反应釜，通过水热反应使氧化石墨烯还原为石墨烯并与硼粉复合，将产物离心分离后取沉淀真空干燥，得到石墨烯原位包覆硼粉；再将石墨烯原位包覆硼粉制成所需形状前驱体块；再将前驱体块与镁粉一起装入铁管中密封后热处理，得到块状二硼化镁超导体。本发明通过可控的石墨烯复合工艺实现了石墨烯对硼粉的稳定复合，均匀包覆，避免了传统方法中石墨烯的收缩和团聚，再通过镁扩散法制备出晶界连接性好、具有大量石墨烯钉扎中心的致密二硼化镁块材。

技术领域

本发明涉及一种二硼化镁超导块材的制备方法，特别是涉及一种第二相碳元素掺杂二硼化镁超导块材的制备方法，应用于超导材料制备技术领域。

背景技术

MgB₂具有39K的临界转变温度，结构简单，相干长度大，此外，其不存在高温超导体的弱连接效应，并且还具有较高的自场临界电流密度。由于上述优点，MgB₂已经成为商用低温超导材料的绝佳替代品，如NbTi等。然而，由于MgB₂的磁通钉扎能力不佳，上临界场和不可逆场相对较低，其临界电流密度在高磁场下迅速衰减，限制了MgB₂的广泛应用。

为了提高MgB₂的磁通钉扎能力，我们可以通过辐照或掺杂引入钉扎中心，有效提高不可逆场和临界电流密度。过去的研究中以碳及碳的化合物掺杂取得的成果较佳，一方面是提供了原子替代，引起晶格畸变，增加电子散射从而提高了上临界场，另一方面则是引入了第二相颗粒作为钉扎中心。但通过传统掺杂方式引入的第二相分散性较差，容易团聚引起晶界连接性降低，形成的钉扎中心一般为点钉扎或体钉扎，对于钉扎力和临界电流密度的提升是有限的。

目前常用的MgB₂制备技术通常为原位固相反应法，将镁粉与硼粉混合后高温固相反应生成MgB₂块体或线材、带材。如公开号为CN105931750的中国专利公开了一种“石墨烯包覆硼粉制备二硼化镁超导线材的方法”，公开的方法中采用的即是原位固相反应过程生产MgB₂线材，且其石墨烯包覆硼粉的过程中无法稳定、确切地控制石墨烯掺杂比例；又如公开号为CN106205861的中国专利公开了“一种石墨烯负载多元掺杂二硼化镁超导块材的制备方法”同样采用原位法制备MgB₂，由于镁、硼反应过程中巨大的体积收缩，原位法制得的MgB₂基体中通常含有大量的孔隙，导致晶界连接性差，有效临界电流密度较低。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种利用石墨烯原位包覆硼粉通过镁扩散法制备二硼化镁超导块材的方法，通过将硼粉和氧化石墨烯均匀分散于水溶液中，通过水热反应令氧化石墨烯还原为石墨烯，避免石墨烯的收缩和团聚，实现石墨烯对硼粉的均匀包覆；同时，采用本发明工艺制备的石墨烯原位包覆的硼粉可稳定控制石墨烯掺杂比例。随后，将前述石墨烯原位包覆的硼粉制成前驱体块，再利用镁扩散法制得致密的MgB₂块材，其中大量石墨烯连接晶粒，提高了晶界连接性，此外石墨烯阻碍了MgB₂晶粒生长，细化晶粒从而提供额外晶界，增加了大量的钉扎中心，有效提高了材料的磁通钉扎力和临界电流密度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用石墨烯原位包覆硼粉通过镁扩散法制备二硼化镁超导块材的方法，包括如下步骤：

(1)制备出氧化石墨烯水溶液；

(2)将在所述步骤(1)中制备的氧化石墨烯水溶液、硼粉和去离子水进行均匀混合，得到硼粉与氧化石墨烯混合溶液；