首页> 正文

新型超导材料的制备、超导电性及电子结构和弹性性质研究

2020-12-11阅读(652)

新型超导材料的制备、超导电性及电子结构和弹性性质研究

论文摘要

自从1911年超导电性被发现以来,无论是超导电性理论研究还是超导材料的应用研究,都取得了巨大的发展。近10年来,又有几类重要的超导材料相继被发现,其中包括金属间化合物超导体MgB2和MgCNi3.铁基超导体LnFeAsO1-xFx（Ln=Rare Earth elements）, Ba1-xKxFe2As2, LiFeAs（NaFeAs）, FeSe（Te）,Sr4V2O6Fe2As2等。本论文利用微波直接合成（固相反应）方法制备了MgB2和MgCNi3系列多晶块材样品,并研究了其晶体结构、相成分、形貌和超导电性；利用虚晶近似（VCA）和基于密度泛函理论（DFT）第一性原理的广义梯度近似（GGA）研究了掺杂对MgB2和MgCNi3、铁基超导母体材料LaFeAsO和BaFe2As2的晶格参数、电子结构和弹性性质的影响。论文主要研究内容和结果如下：利用微波直接合成方法制备了MgB2、纳米SiC掺杂Mg（B1-2x（SiC）x）2 （x=0,0.05,0.10）和纳米CuO掺杂MgB2-xCuO （x=0,0.03,0.05）多晶块材样品,通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）以及超导量子干涉仪（SQUID）等对它们的晶体结构、相成分、形貌和超导电性进行了研究。结果证实纳米SiC掺杂的Mg（B1-2x（SiC）x）2样品中实现了B位原子被部分替代；而MgB2-xCuO超导样品中CuO并未进入MgB2晶格。纳米掺杂MgB2样品的合成时间更短,晶粒更细,致密度更高,晶粒间的连接性更好。在20K温度下,掺杂样品的临界电流密度J。在较高外场下都有较大幅度的提高,显示出了微波直接合成和纳米掺杂的优越性。利用杂化微波合成方法在短时间内和较低温度下制备了Mg1.1 C1.2Ni3超导样品。样品主相为MgCNi3,含有少量未反应的石墨和微量的MgO杂相,样品晶粒较细,超导转变温度约为6.9K,转变宽度约为0.8K。用固相反应法、以C纳米管为碳源制备了Mg1.1CxNi3 （x=1.35,1.45,1.55）超导样品。除主相MgCNi3外,还含有少量未反应的Ni（或C纳米管）和微量的MgO杂相,晶粒大小在几百纳米至几微米之间。最佳样品的转变温度Tc为7.2K,在自场、5K下其临界电流密度J。约为3.44×104A/cm2,比其它碳源制备的MgCNi3样品的要高。利用VCA和第一性原理GGA计算了C掺杂对Mg（B1-xCx）2 （x=0,0.05,0.10,0.15,0.2）晶体及C、Si共掺杂对Mg（B1-2xSixCx）2 （2x=0,0.5, 0.1,0.15,0.2）和Mg（Bo.9C0.1-xSix）2 （x=0,0.02,0.03,0.04,0.05）晶体的晶格参数、能带结构、态密度、单晶体和多晶体的弹性性质的影响。结果表明C掺杂Mg（B1-xCx）2晶体晶格参数变化与实验结果符合较好,而C、Si共掺杂Mg（B1-2xSixCx）2和Mg（B0.9C0.1-xSix）2晶体晶格参数随掺杂量增加而增大；Mg（B1-xCx）2和Mg（B1-2xSixCx）2费米能级附近的能带结构发生明显变化；费米能级处态密度的变化与超导转变温度的变化一致,符合BCS超导机制；单晶体和多晶体的弹性性质都发生较大变化；泊松比v和BH/GH的比值表明Mg（B1-xCx）2、Mg（B1-2xSixCx）2和Mg（B0.9C0.1-xSix）2晶体是脆性的化合物；与C单独掺杂Mg（B1-xCx）2晶体比较而言,C、Si共掺杂Mg（B1-2xSixCx）2和Mg（B0.9C0.1-xSix）2晶体的脆性有所改善。计算了B掺杂对MgC1-xBxNi3 （x=0,0.05,0.10,0.15,0.2）晶体和Zn掺杂对Mg1-xZnxCNi3 （x=0,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3）晶体的晶格参数、能带结构、态密度、单晶体和多晶体的弹性性质的影响。结果显示掺杂晶体晶格参数变化与实验结果符合较好；费米能级处态密度的变化与超导转变温度的变化一致,符合BCS超导机制；Zn掺杂Mgl-xZnxCNi3晶体费米能级附近的能带结构、单晶体和多晶体的弹性性质都发生明显变化,而B掺杂MgC1-xBxNi3晶体的变化不明显；泊松比v和BH/GH的比值表明MgC1-xBxNi3晶体是延展性的化合物,而Mg1-xZnxCNi3晶体处于延性和脆性的边缘。计算了F掺杂对LaFeAsO1-xFx （x=0,0.05,0.08,0.11,0.15）晶体和K掺杂对Ba1-xKxFe2As2 （x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5）晶体的晶格参数、能带结构、态密度、单晶体和多晶体的弹性性质的影响。结果说明掺杂晶体晶格参数变化与实验结果定性一致；费米能级附近的能带结构变化不大；费米能级处态密度的变化与超导转变温度的变化不一致,不符合传统的BCS超导机制；单晶体和多晶体的弹性性质都发生较大变化；泊松比v和BH/GH的比值表明LaFeAsO1-xFx处于延性和脆性的边缘,而Ba1-xKxFe2As2晶体是脆性的化合物。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 超导体的发现和发展
  • 1.2 超导体的主要特征
  • 1.2.1 零电阻效应
  • 1.2.2 完全抗磁性
  • 1.2.3 同位素效应
  • 1.3 超导体的三个特征参数
  • 1.4 超导体的分类
  • 1.4.1 第Ⅰ类超导体
  • 1.4.2 第Ⅱ类超导体
  • 1.5 超导材料的应用
  • 1.6 几种新型超导体的研究进展
  • 2超导体的研究进展'>1.6.1 MgB2超导体的研究进展
  • 3超导体的研究进展'>1.6.2 MgCNi3超导体的研究进展
  • 1.6.3 Fe基超导体的研究进展
  • 1.7 论文的研究内容和意义
  • 第二章 理论和实验简介
  • 2.1 超导理论的发展
  • 2.1.1 BCS理论
  • 2.1.2 BCS理论的局限性和强耦合理论
  • 2.1.3 高温超导理论
  • 2.2 微波合成（烧结）
  • 2.2.1 微波的基本性质
  • 2.2.2 微波合成（烧结）的原理和特点
  • 2.2.3 各种材料的微波合成（烧结）
  • 2.3 第一性原理介绍
  • 2.3.1 Hohenberg-Kohn定理
  • 2.3.2 Kohn-Sham方程
  • 2.3.3 交换-关联能
  • 2.3.4 Kohn-Sham方程的自洽求解
  • 2.3.5 第一性原理软件包CASTEP介绍
  • 2.3.6 超晶胞近似（Supercell）和虚晶近似（VCA）
  • 2.4 弹性理论
  • 2.4.1 单晶体弹性理论
  • 2.4.2 多晶体弹性的Voigt-Reuss-Hill模型
  • 2.5 样品的表征和测试方法
  • 2超导体的研究'>第三章 MgB2超导体的研究
  • 3.1 引言
  • 2超导体的微波合成及超导电性研究'>3.2 MgB2超导体的微波合成及超导电性研究
  • 3.2.1 样品制备和实验条件
  • 3.2.2 样品晶体结构和形貌
  • 3.2.3 样品的超导电性
  • 2的升温特点及分析'>3.2.4 微波合成MgB2的升温特点及分析
  • 3.2.5 结果与讨论
  • 2超导体的微波合成及超导电性研究'>3.3 纳米SiC掺杂MgB2超导体的微波合成及超导电性研究
  • 3.3.1 样品制备和实验条件
  • 3.3.2 样品晶体结构和形貌
  • 3.3.3 样品的超导电性
  • 1-2x（SiC）x)2的升温特点及反应机理'>3.3.4 微波合成Mg(B1-2x（SiC）x)2的升温特点及反应机理
  • 3.3.5 结果与讨论
  • 2超导体的微波合成及超导电性研究'>3.4 纳米CuO掺杂MgB2超导体的微波合成及超导电性研究
  • 3.4.1 样品制备和实验条件
  • 3.4.2 样品晶体结构和形貌
  • 3.4.3 样品的超导电性
  • 2-xCuO的升温特点及反应机理'>3.4.4 微波合成MgB2-xCuO的升温特点及反应机理
  • 3.4.5 结果与讨论
  • 1-xCx)2超导体的第一性原理研究'>3.5 C掺杂Mg(B1-xCx)2超导体的第一性原理研究
  • 3.5.1 计算方法与细节
  • 3.5.2 电子结构
  • 3.5.3 弹性性质
  • 3.5.4 结果与讨论
  • 1-2xSixCx)2超导体的第一性原理研究'>3.6 C、Si共掺杂Mg(B1-2xSixCx)2超导体的第一性原理研究
  • 3.6.1 计算方法与细节
  • 3.6.2 电子结构
  • 3.6.3 弹性性质
  • 3.6.4 结果与讨论
  • 0.9C0.1-xSix)2超导体的第一性原理研究'>3.7 C、Si共掺杂Mg(B0.9C0.1-xSix)2超导体的第一性原理研究
  • 3.7.1 计算方法与细节
  • 3.7.2 电子结构
  • 3.7.3 弹性性质
  • 3.7.4 结果与讨论
  • 3.8 本章小结
  • 3超导体的研究'>第四章 MgCNi3超导体的研究
  • 4.1 引言
  • 3及超导电性'>4.2 杂化微波合成MgCNi3及超导电性
  • 4.2.1 样品制备和实验条件
  • 4.2.2 样品晶体结构和形貌
  • 4.2.3 样品的超导电性
  • 4.2.4 结果与讨论
  • 3及超导电性'>4.3 以C纳米管为碳源合成MgCNi3及超导电性
  • 4.3.1 样品制备和实验条件
  • 4.3.2 样品晶体结构和形貌
  • 4.3.3 样品的超导电性
  • 4.3.4 结果与讨论
  • l-xBxNi3超导体的第一性原理研究'>4.4 B掺杂MgCl-xBxNi3超导体的第一性原理研究
  • 4.4.1 计算方法与细节
  • 4.4.2 电子结构
  • 4.4.3 弹性性质
  • 4.4.4 结果与讨论
  • l-xZnxCNi3超导体的第一性原理研究'>4.5 Zn掺杂Mgl-xZnxCNi3超导体的第一性原理研究
  • 4.5.1 计算方法与细节
  • 4.5.2 电子结构
  • 4.5.3 弹性性质
  • 4.5.4 结果与讨论
  • 4.6 本章小结
  • 第五章 Fe基超导体掺杂的第一性原理研究
  • 5.1 引言
  • l-xFx超导体的第一性原理研究'>5.2 F掺杂LaFeAsOl-xFx超导体的第一性原理研究
  • 5.2.1 计算方法与细节
  • 5.2.2 电子结构
  • 5.2.3 弹性性质
  • 5.2.4 结果与讨论
  • lxKxFe2As2超导体的第一性原理研究'>5.3 K掺杂BalxKxFe2As2超导体的第一性原理研究
  • 5.3.1 计算方法与细节
  • 5.3.2 电子结构
  • 5.3.3 弹性性质
  • 5.3.4 结果与讨论
  • 5.4 本章小结
  • 第六章 总结和展望
  • 6.1 总结
  • 6.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读博士学位期间主要研究成果

    • 相关论文文献

    • [1].铸铁表面接触的粘弹性性质试验研究[J]. 西安理工大学学报 2017(03)
    • [2].钨渗铜材料力学弹性性质的实验测量与物理模型计算[J]. 南昌大学学报(工科版) 2010(04)
    • [3].一种用于测量鱼体材料粘弹性性质的弯曲变形试验机[J]. 实验力学 2011(04)
    • [4].氦泡对铝的弹性性质的影响[J]. 物理学报 2008(06)
    • [5].利用格形模型预测沥青混合料的等效弹性性质[J]. 公路交通科技 2009(03)
    • [6].压力作用下六方钛电子结构和弹性性质的第一性原理计算[J]. 三峡大学学报(自然科学版) 2009(04)
    • [7].弥散型燃料等效弹性性质的有限元模拟[J]. 核动力工程 2011(03)
    • [8].高压下ReN_2的弹性性质[J]. 高压物理学报 2019(04)
    • [9].第一原理计算高熵合金CoCrFeNi的弹性性质[J]. 辽宁科技大学学报 2018(05)
    • [10].黄铜矿MgGeP_2的几何结构,弹性性质和热学性质的研究[J]. 四川大学学报(自然科学版) 2017(05)
    • [11].高压下不同结构的Zr_3N_4的弹性性质的第一性原理计算[J]. 原子与分子物理学报 2019(04)
    • [12].ZrC的相变以及热力学和弹性性质（英文）[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2018(12)
    • [13].Al_xCrFeNiTi系高熵合金成分和弹性性质关系[J]. 物理学报 2019(03)
    • [14].ZrRh晶体结构、弹性性质和电子结构的第一性原理研究[J]. 原子与分子物理学报 2018(02)
    • [15].Mg-Zn系合金电子结构和弹性性质的第一性原理研究[J]. 热加工工艺 2019(02)
    • [16].IrN的结构相变和弹性性质的第一性原理计算[J]. 西北民族大学学报(自然科学版) 2019(02)
    • [17].高温高压下Superhydrous phase B的弹性性质[J]. 矿物学报 2015(S1)
    • [18].利用原子力显微镜测量复合微胶囊静态弹性性质[J]. 电子显微学报 2008(02)
    • [19].Au_(1-x)Pt_xSn_2(x=0,0.125,0.25,0.50,0.75,0.875,1)体系相结构稳定性、电子结构与弹性性质的第一性原理研究[J]. 功能材料 2018(05)
    • [20].高压下c-Zr_3N_4弹性性质和热力学性质的第一性原理研究[J]. 四川师范大学学报(自然科学版) 2014(04)
    • [21].Pt-M(M=Fe,Co,Ni)金属间化合物电子结构和弹性性质的第一性原理研究[J]. 材料导报 2018(14)
    • [22].单斜结构WO_3的结构和弹性性质的第一性原理研究[J]. 中国高新区 2018(10)
    • [23].Cr_(1-x)Nb_xSi_2固溶体弹性性质、电子结构和光学性质的第一性能计算[J]. 原子与分子物理学报 2018(03)
    • [24].压力作用下Mg_2X(X=Sn,Ge,Si)晶体结构与弹性性质[J]. 兰州理工大学学报 2012(05)
    • [25].二氧化铀电子结构和弹性性质的第一性原理研究[J]. 物理学报 2015(09)
    • [26].ZnS半导体高压结构相变和弹性性质的理论研究[J]. 南阳师范学院学报 2011(06)
    • [27].Ti_(1-x)W_xC(x=0～1.00)固溶体型碳化物弹性性质的第一性原理研究[J]. 粉末冶金工业 2018(02)
    • [28].高压下Si的结构转变与弹性性质的第一性原理计算[J]. 河北科技师范学院学报 2009(04)
    • [29].高压下NaI弹性常数与声速的第一性原理计算(英文)[J]. 四川大学学报(自然科学版) 2009(04)
    • [30].金属板材弹性性质与塑性性质关联性的数值验证[J]. 塑性工程学报 2012(05)

    标签：;  ;  ;  ;  

    新型超导材料的制备、超导电性及电子结构和弹性性质研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5