YBCO超导体物理属性受氧气氛影响及磁滞来源研究

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文章的绪论,概括介绍了超导的研究历史进程,从最初的常规超导到高温超导,铁基超导。在超导的应用方面,主要总结了超导在强电、弱电和磁悬浮方面的应用。本文的研究重点YBCO超导体,其性能及应用。其研究目的在于深入准确的理解超导体的性质和其在变化磁场中的响应。   第二部分介绍了YBCO超导体的多种制备方法,有烧结法、粉末熔化处理法(PMP)、液相处理法(LPP)、淬火熔化生长法(QMG)、熔融织构生长法(MTG)、顶部籽晶熔融织构生长法(TSMTG)等。我们在实验中主要应用了固相反应法制备YBCO超导多晶样品,实验中,分别对三组样品采用不同的煅烧过程(所用时间和最高煅烧温度均有差别),之后通过分别对三组样品的超导电性和悬浮力测试,我们得出,最高煅烧温度在940℃,并在此温度保持24小时,在随后温度降到室温的过程中,温度梯度较小的样品,其性能是最好的,即超导转变温度、超导悬浮力都最大。由于样品在降温过程中实质是个吸氧过程,所以如果在此过程中通入适量的氧气,得到的最终样品其超导性能必定会更加理想。在对样品的分析测试中,主要包括超导电性的测试和其悬浮力的测试,以及介绍了超导转变温TC测量原理、超导悬浮力测试原理。   第三部分介绍了YBCO超导体的晶体结构,分析了YBCO超导体的物理属性及影响因素,及氧含量对YBCO超导体物理属性的影响,得出结论,含氧量的增减会明显影响到样品的超导性能。JC会随着含氧量的增加而增加,而且对温度的依赖性很强,其临界温度也会随着含氧量的增加而升高。   第四部分研究了提高YBCO超导体临界电流密度JC的方法,以及各种方法的优缺点对比。如是超导体的重要参数,YBCO超导体由于其具有较高的临界电流密度,所以在日常生活生产中得到广泛应用。例如超导输电,超导发电,超导磁悬浮列车等。影响JC的因素有磁通蠕动、磁通钉扎、晶内缺陷、晶间弱连接,而要提高JC,就必须克服晶间弱连接,引入有效磁通钉扎中心,通过高功率微波辐照,掺杂元素,掺杂211相、2411相等方法可以达到提高超导体JC的目的。但是过量的辐照或掺杂亦会带来负面的影响,例如辐照缺陷密度过高会严重抑制超导体的TC,造成体钉扎力下降,从而使临界电流密度降低,高的2411掺杂会抑制JC的最大值。   文章末尾分析了YBCO超导体磁滞的来源,并对其进行了详细的理论分析,得出超导磁滞实质是一种电磁感应。最后从微观磁通量子在变化外磁场中成核、穿透、钉扎并排出的角度,模拟了在永磁体靠近和远离超导体的过程中,二类超导体的微观动态响应,研究了二类超导体磁悬浮系统的磁滞现象,认为超导悬浮力来源于表面抗磁电流,涡旋密度梯度等效电流分别与外场相互作用,并证明了单个磁通量子涡旋和外场相互作用,与涡旋密梯度等效电流和外场相互作用的等价性,而磁通涡旋从表面穿透和排出的不可逆性,和磁通涡旋在超导体内部运动耗散的能量,导致了二类超导体在变化外磁场中的磁滞现象,其中后者占据的比重远大于前者,并且通过计算和推到得出其超导悬浮力的表达式。
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