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由于Bi系高温超导体系(Bi-Sr-Ca-Cu-O)和锰氧化物体系(La-Ca-Mn-O或La-Sr-Mn-O)这两种体系都来源于ABO<,3>的钙钛矿结构,都属于强关联体系,并且这两种体系的母体化合物都是反铁磁绝缘体,随着空穴掺杂的增多,都会发生绝缘体一金属转变等,因此不少专家认为高温超导(HTS)和超巨磁电阻(CMR-)效应有相似甚至是相同的物理起源。基于上述原因,本文研究了Bi<,2>Sr<,2>CaCu<,2>O<,y>(Bi-2212)超导粉末的溶胶-凝胶法合成以及La、Mn掺杂对其结构的影响,为Bi系高温超导体和锰氧化物体系的复合及相关物理性能研究奠定了基础。
本文中首先采用了以乙二胺四乙酸(EDTA)为络合剂的溶胶一凝胶法成功地合成了Bi<,2>Sr<,2>CaCu<,2>O<,y>(Bi-2212)超导粉末,通过添加乙二醇、改变焙烧温度和焙烧时间,来研究这三个工艺条件对Bi-2212的影响。分析表明:乙二醇的添加,有利于提高四方结构Bi-2212的相纯度,而且也有利于晶粒的长大;同时焙烧温度的增加或焙烧时间的增加,都有利于提高晶粒的二维特性和单胞的结构完整性。
其次,在以850℃/10h条件下制备的Bi-2212超导粉末为基础,通过逐步掺杂La,Mn原子,以讨论掺杂的影响。通过XRD和 TEM的研究表明,对样品(Bi<,1-x>La<,x>)<,2>Sr<,2>CaCu<,2>O<,y>,进行掺杂时,在x=0.3时,Bi-2212的相纯度最高;La的掺杂使得Bi-2212的晶体结构发生局部畸变,由四方结构变为正交结构,并伴有正交结构Bi-2223的出现,但正交结构的Bi-2212和Bi-2223的晶格常数a都明显变大。而对样品(Bi<,0.7>La<,0.3>)<,2>Sr<,2>Ca(Cu<,1-x>Mn<,x>)<,2>O<,y>进行掺杂时,随着掺杂量的增加,出现了 La<,0.5>Ca<,0.5>MnO<,3>相,这主要是由于Bi<'3+>的孤对电子6s<'2>引起的。样品的超导结构在掺杂量x=0.8后已经完全被破坏。同时表明样品(Bi<,0.7>La<,0.3>)<,2>Sr<,2>Ca(Cu<,0.55>Mn<,0.45>)<,2>O<,y>对在840~865℃的焙烧温度不敏感,而良好的实验再现性,说明了这种实验方法有可能运用到实际当中。