Bi系超导材料的微结构研究

论文摘要

在铜基氧化物超导体家族中,Bi系高温超导体具有不含有毒元素和稀有元素、本征约瑟夫森结和较好的择优取向等优点,一直是凝聚态物理研究的热点之一。在Bi系超导家族中,相比于Bi2Sr2CaCuOy（Bi-2212）和Bi2Sr2Ca2Cu3Oy（Bi-2223）超导相,Bi2Sr2CuOy（Bi-2201）相的结构最为简单,并且具有成相温度相对较低、成相温度区间较宽、稳定性较高等优势,但它的超导转变温度（Tc）很低。已有文献报道,对Bi-2201超导相进行其他元素掺杂后,由于原子半径差而产生的晶格畸变,会导致超导临界转变温度增大。目前,Ca掺杂是一种有效提高Bi-2201相T。的方法。本论文以Bi2CaxSr2-xCuOy（x=0-1.0）体系高温超导体为研究对象,利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微术（TEM）和X射线能谱（EDS）等测试方法系统研究了Ca掺杂对产物晶体结构、晶格常数、调制周期和元素分布的影响,并尝试利用X射线精修方法研究了Ca在Bi-2201单胞中的占位状态。获得了以下三个方面的结果：（1）XRD结果显示：随着Ca掺杂量的增加,Bi-2201相晶格常数a和b变化不大,晶格常数c减小（2）利用TEM和EDS分别研究了Ca掺杂对Bi-2201的微结构的影响。实验结果显示：Bi-2201相晶胞的调制波长qb在掺杂浓度x=0.2-0.6之间,调制波长增大；在掺杂浓度x=0.8-0.9之间,调制波长qb降低。在Ca（x=0.2）与Ca（x=0.9）对粘制备的截面样品的[100]晶带轴的衍射花样中发现了单斜调制矢量。能谱（EDS）结果表明：Ca0.5样品的单胞中实际化学计量比与Ca0.5的名义化学计量比基本一致,Bi/（Sr+Ca）=1:1,且Sr/Ca=3/1。则我们可以推测：在Bi2Sr1.5Ca0.5CuOy体系中,单胞中Sr/Ca=3/1。（3）X射线精修结果表明：假设Ca原子进入Bi-2201相单胞中只替换Sr位原子,当Sr/Ca=3/1时,并以此为结构模型模拟了一个X射线衍射计算谱,发现该计算谱与Bi2Sr1.5Ca0.5CuOy相X射线实验谱较为吻合,其计算谱中（hkl）衍射峰位与实际谱对应的（hkl）衍射峰位较接近；此外,随着Ca替换量的增加,计算谱的（hkl）衍射峰位值越接近与实验谱中对应的实际的（hkl）衍射峰位值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 超导体的发展
• 1.2 高温超导体的发展及其研究现状
• 1.3 Bi系超导体的发展
• 1.3.1 Bi系超导体特点
• 1.3.2 Bi系超导体结构
• 1.3.3 Bi系超导体的掺杂效应研究
• 1.3.4 Bi系超导粉体的制备
• 1.4 本文研究内容、目的和意义
• 1.4.1 本文研究目的、意义
• 1.4.2 本文研究内容
• 第2章 实验原理与方法
• 2.1 实验原理与样品制备
• 2.1.1 溶胶—凝胶（Sol-Gel）原理
• 2.1.2 Bi系粉体的制备
• 2.2 表征方法
• 2.2.1 X射线衍射谱（XRD）
• 2.2.2 透射电子显微技术（TEM）
• 2.2.2.1 透射电镜样品的制备
• 2.2.2.2 X射线能量色散谱（EDS）
• 2.2.2.3 透射电镜原理
• 2.2.3 多晶体衍射全谱线形拟合法（Rietveld精修）
• 2.2.4 标准四引线法
• 2Ca_xSr_2-xCuO_y相的微结构研究'>第3章 Bi₂Ca_xSr_2-xCuO_y相的微结构研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验内容
• 3.2.1 样品的制备
• 3.2.2 样品分析方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 Ca掺杂对Bi-2201粉体结晶性影响
• 2Ca_xSr_2-xCuO_y超导相的微结构研究'>3.3.2 Bi₂Ca_xSr_2-xCuO_y超导相的微结构研究
• 3.3.3 掺杂元素Ca对Bi-2201调制周期的影响
• 2Ca_xSr_2-xCuO_y超导电性特征'>3.3.4 Bi₂Ca_xSr_2-xCuO_y超导电性特征
• 3.4 本章小结
• 2Ca_xSr_2-xCuO_y相的X射线精修研究'>第4章 Bi₂Ca_xSr_2-xCuO_y相的X射线精修研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验内容
• 2Ca_xSr_2-xCuO_y相晶胞重构'>4.2.1 Bi₂Ca_xSr_2-xCuO_y相晶胞重构
• 4.2.2 X射线精修实验
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 本章结论
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢