葡萄糖在制备掺杂二硼化镁超导材料中的用途

摘要

本发明提供了一种葡萄糖在制备掺杂二硼化镁超导材料中的用途，涉及高温超导材料制备技术领域。其作法是：按摩尔比1∶2-2.1分别称量镁粉和硼粉；再按镁粉和硼粉的总质量与葡萄糖的质量比1∶0.03-0.1称量葡萄糖，将镁粉、硼粉和葡萄糖的粉末均匀混合成混合粉末，然后在氩气气氛保护下进行烧结，烧结的温度为800℃-900℃、保温时间0.5-2个小时，即得一种以葡萄糖为碳源的掺杂二硼化镁的超导材料。利用该法制备的二硼化镁超导材料，临界电流密度显著提高，尤其是在高磁场下临界电流密很高，有利于其在高磁场下的应用，实用性强。

权利要求

1.一种葡萄糖在制备掺杂二硼化镁超导材料中的用途，是将葡萄糖作为碳源对二硼化镁的超导材料进行掺杂，其具体作法是：按摩尔比1∶2-2.1分别称量镁粉、硼粉，再按镁粉、硼粉的总质量与葡萄糖的质量比为1∶0.03-0.1称量葡萄糖，称量后，将葡萄糖溶解于丙酮中形成掺杂物溶液，再将硼粉加入掺杂物溶液中，采用超声混合的方法充分混合成悬浊液，将悬浊液真空干燥后加入镁粉，并均匀混合为混合粉末；

再将混合粉末压成片，在氩气气氛保护下进行烧结，烧结温度800℃-900℃，保温时间

0.5-2个小时，即得一种以葡萄糖为碳源的掺杂二硼化镁的超导材料。

说明书

葡萄糖在制备掺杂二硼化镁超导材料中的用途

技术领域

[0001] 本发明涉及高温超导材料制备技术领域。

背景技术

[0002] 2001年二硼化镁超导电性的发现引起了凝聚态物理界和超导工业界的极大兴趣，各国的科学家和工程师对二硼化镁超导材料进行了大量研究。二硼化镁接近40K的转变温度是已知的二元金属间化合物超导体(Nb3Sn和Nb-Ti)的两倍。传统超导体较低的超导转变温度使其的实际应用只能局限于液氦温区，因而运行和维护费用非常昂贵。与传统超导材料相比，二硼化镁40K的超导转变温度可以容易地使用微型制冷机得到，不需要用复杂和昂贵的液氦制冷系统，从而使二硼化镁超导材料的工业应用成为可能。而与钙钛矿结构的高温超导体(HTSC)相比，二硼化镁的优点是：各向异性很小，相干长度较长，晶界连接良好，不存在晶界弱连接的问题，结构简单，制备简便。总之，无论与传统超导体还是高温超导体相比，二硼化镁都有其自身独特的优势，在超导磁悬浮列车等电磁应用领域和微电子超导器件的应用领域具有很大的开发潜力。但是由于纯二硼化镁超导材料的临界电流密度随外磁场衰减很快，限制了二硼化镁超导材料在超导磁悬浮列车等高磁场环境中的应用，严重影响了其实用性能。因此，如何提高二硼化镁超导材料在高磁场下的临界电流密度成为研究的重点。许多研究都发现通过纳米碳掺杂可以有效的提高二硼化镁超导体的上临界磁场，从而改善其在高磁场下的载流性能，另一方面纳米量级的碳掺杂颗粒还可以作为有效的钉扎中心，提高二硼化镁超导体的性能。现有制备纳米碳掺杂二硼化镁超导材料的方法，采用固相反应法，它是将镁粉、硼粉及纳米碳粉末混合研磨后，在900℃以上的高温下进行烧结。由于掺杂的纳米级碳粉末的团聚等作用的存在，使掺杂的纳米碳粉末无法均匀地分散，因而造成制备的二硼化镁超导体的掺杂组分不均匀，影响超导块的整体性能。另外，团聚的纳米粉末会造成掺杂物的局部过量，未反应的掺杂物堆积在样品的晶粒之间，成为超导电流的阻碍屏障，进一步影响超导性能。另一方面纳米颗粒的碳材料价格较高，制备困难，且固态的碳掺杂进入MgB2晶格比较困难，需要较高的反应温度和较长的反应时间，这些均限制了掺杂的二硼化镁超导材料的制备。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种葡萄糖在制备掺杂二硼化镁超导材料中的用途，利用葡萄糖为碳源制备的掺杂二硼化镁超导材料，临界电流密度高，尤其是在高磁场下临界电流密很高，有利于其在高磁场下的应用，实用性强。

[0004] 本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种葡萄糖在制备掺杂二硼化镁超导材料中的用途，是将葡萄糖作为碳源对二硼化镁的超导材料进行掺杂，其具体作法是：

[0005] 按摩尔比1∶2-2.1分别称量镁粉、硼粉，再按镁粉、硼粉的总质量与葡萄糖的质量比为1∶0.03-0.1称量葡萄糖，并将镁粉、硼粉和葡萄糖均匀混合为混合粉末；

[0006] 再将混合粉末压成片，在氩气气氛保护下进行烧结，烧结温度800℃-900℃，保温时间0.5-2个小时，即得一种以葡萄糖为碳源的掺杂二硼化镁的超导材料。

[0007] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0008] 一、将葡萄糖作为掺杂物与镁粉和硼粉均匀混合，经过一定温度烧结后，葡萄糖分解为碳、氢、氧及其化合物等掺杂物，均匀分散在二硼化镁超导材料中。由于葡萄糖在升温时的较低温度(150-200℃)下发生分解，再在800℃-900℃下绕结，形成掺杂的二硼化镁超导材料。与现有的固相反应相比，使反应温度可以更低、时间更短，效率高。

[0009] 二、由于葡萄糖中的碳源是在烧结的升温过程中分解生成碳源，与直接用碳粉作作为掺杂碳源，具有更强的化学活性，可直接掺入到二硼化镁晶格中，从而使碳原子能够更均匀地掺杂到MgB2的晶格中，形成MgB2的晶格扭曲，增强MgB2能带间的杂质散射，提高MgB2的上临界场，从而明显提高MgB2在高磁场下的临界电流密度。它与现有固相反应法制备的碳纳米管掺杂的二硼化镁超导材料相比，临界电流密度可提高2倍。

[0010] 三、本发明所用的掺杂物为葡萄糖，为常用的化工原料及食品添加产品，其价格低廉、无毒无害且制备方便。而现有的掺杂物纳米颗粒的碳材料如纳米金刚石，纳米碳等均价格昂贵，制备工艺复杂且不适于大批量工业生产。

[0011] 四、将混合粉末压成片后再进行烧结，可烧结出超导块材，直接加以应用。

[0012] 实验证明，利用葡萄糖掺杂后的二硼化镁超导材料，在20K温度，外加3.5T的高磁场时，其临界电流密度较之不掺杂的二硼化镁超导材料可提高390％以上。

[0013] 上述的将镁粉、硼粉和葡萄糖均匀混合的具体作法是先将葡萄糖溶解于丙酮中形成掺杂物溶液，再将硼粉加入掺杂物溶液中充分混合成悬浊液，将悬浊液真空干燥后加入镁粉，并均匀混合为混合粉末。

[0014] 利用化学溶解法将葡萄糖溶于丙酮这种有机溶剂中，真空干燥使化学溶剂蒸发以后，析出的葡萄糖会均匀包裹硼粉，从而使掺杂物能均匀地分散到硼粉原材料中，掺杂物不会产生团聚、局部过量现象的现象，进一步提高了制得物的临界超导电流。

[0015] 上述的将硼粉加入掺杂物溶液中充分混合成悬浊液的具体作法为：采用超声混合的方法。这样，可使掺杂物与硼粉的混合更均匀。

附图说明

[0016] 图1为本发明实施例一制备的二硼化镁超导块材的X射线衍射图谱。

[0017] 图2为本发明实施例一制备的二硼化镁超导块材以及在相同条件下制备的末掺杂的二硼化镁超导块材的临界电流密度曲线。

[0018] 图3为本发明实施例二制备的二硼化镁超导块材以及在相同条件下制备的末掺杂的二硼化镁超导块材的临界电流密度曲线。

[0019] 图4为本发明实施例三制备的二硼化镁超导块材以及在相同条件下制备的末掺杂的二硼化镁超导块材的临界电流密度曲线。

[0020] 图2-4中“△”构成的曲线，分别为实施例一、二、三制备的二硼化镁超导块材的临界电流密度曲线。“■”构成的曲线为末掺杂、其它条件分别与实施例一、二、三相同而制备的二硼化镁超导块材的临界电流密度曲线。标记为10K和20k的曲线，其测试温度分别为10K和20k。

[0021] 下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

[0022] 实施例一

[0023] 本发明的一种具体实施方式为，一种葡萄糖在制备掺杂二硼化镁超导材料中的用途，是将葡萄糖作为碳源对二硼化镁的超导材料进行掺杂，其具体作法是：

[0024] 按摩尔比1∶2分别称量镁粉、硼粉，再按镁粉、硼粉的总质量与葡萄糖的质量比为1∶0.03称量葡萄糖，并将镁粉、硼粉和葡萄糖均匀混合为混合粉末。

[0025] 本例将镁粉、硼粉和葡萄糖均匀混合为混合粉末的具体作法是：先将葡萄糖溶解于丙酮中形成掺杂物溶液，再将硼粉加入掺杂物溶液中，采用超声混合的方法充分混合成悬浊液，将悬浊液真空干燥后加入镁粉，并均匀混合为混合粉末。

[0026] 再将混合粉末压成片，在氩气气氛保护下进行烧结，烧结温度800℃，保温时间2个小时，即得一种以葡萄糖为碳源的掺杂二硼化镁的超导材料。

[0027] 图1为本例制备的二硼化镁超导块材的X射线衍射图谱。由图1可见，本例的制备物确为为掺杂有碳的二硼化镁超导材料。

[0028] 图2为本例制备的二硼化镁超导块材以及在相同条件下制备的末掺杂的二硼化镁超导块材的的临界电流密度曲线。图2中“■”构成的曲线为末掺杂的二硼化镁超导块材的临界电流密度曲线。“△”构成的曲线，为以葡萄糖掺杂制备的二硼化镁超导块材的临界电流密度曲线。标记为10K和20k的曲线，其测试温度分别为10K和20k。

[0029] 由图2可以看出，本例制得的二硼化镁超导块材，在10K，4T条件下其临界电流密2
度可以达到17000A/cm，与不掺杂的二硼化镁超导块材相比提高了140％，在20K，3.5T条
2
件下，本例制得的二硼化镁超导块材的临界电流密度为1400A/cm，与不掺杂的二硼化镁超导块材相比提高了170％。

[0030] 实施例二

[0031] 一种葡萄糖在制备掺杂二硼化镁超导材料中的用途，是将葡萄糖作为碳源对二硼化镁的超导材料进行掺杂，其具体作法是：

[0032] 按摩尔比1∶2.1称量镁粉和硼粉。再按镁粉和硼粉的总质量与掺杂物的质量比为1∶0.05称量葡萄糖粉。并将镁粉、硼粉和葡萄糖均匀混合为混合粉末。

[0033] 本例将镁粉、硼粉和葡萄糖均匀混合为混合粉末的具体作法是：先将葡萄糖溶解于丙酮中形成掺杂物溶液，再将硼粉加入掺杂物溶液中，采用超声混合的方法充分混合成悬浊液，将悬浊液真空干燥后加入镁粉，并均匀混合为混合粉末。

[0034] 再将混合粉末压成片，在氩气气氛保护下进行烧结，烧结温度900℃，保温时间0.5个小时，即得一种以葡萄糖为碳源的掺杂二硼化镁的超导材料。

[0035] 图3为本例制备的二硼化镁超导块材以及在相同条件下制备的末掺杂的二硼化镁超导块材的的临界电流密度曲线。图3中“■”构成的曲线为末掺杂的二硼化镁超导块材的临界电流密度曲线。“△”构成的曲线，为以葡萄糖掺杂制备的二硼化镁超导块材的临界电流密度曲线；标记为10K和20k的曲线，其测试温度分别为10K和20k。

[0036] 从图3可见，在10K，4T条件下其临界电流密度可以达到25000A/cm2。与不掺杂的二硼化镁超导块材相比，其临界电流密度提高了230％。在20K，3.5T条件下，掺杂二硼化镁2
超导块材的临界电流密度为2300A/cm，较之不掺杂的二硼化镁超导块材提高了390％。

[0037] 实施例三

[0038] 一种葡萄糖在制备掺杂二硼化镁超导材料中的用途，是将葡萄糖作为碳源对二硼化镁的超导材料进行掺杂，其具体作法是：

[0039] 按摩尔比1∶2.05分别称量镁粉、硼粉，再按镁粉、硼粉的总质量与葡萄糖的质量比为1∶0.1称量葡萄糖，并将镁粉、硼粉和葡萄糖直接混合为混合粉末。

[0040] 再将混合粉末压成片，在氩气气氛保护下进行烧结，烧结温度870℃，保温时间1.7个小时，即得一种以葡萄糖为碳源的掺杂二硼化镁的超导材料。

[0041] 图4为本例制备的二硼化镁超导块材以及在相同条件下制备的末掺杂的二硼化镁超导块材的的临界电流密度曲线。图4中“■”构成的曲线为末掺杂的二硼化镁超导块材的临界电流密度曲线。“△”构成的曲线，为以葡萄糖掺杂制备的二硼化镁超导块材的临界电流密度曲线。标记为10K和20k的曲线，其测试温度分别为10K和20k。

[0042] 从图4可见，在10K，4T条件下其临界电流密度可以达到19940A/cm2。与不掺杂的二硼化镁超导块材相比，其临界电流密度提高了142％。在20K，3.5T条件下，掺杂二硼化镁2
超导块材的临界电流密度为1390A/cm，较之不掺杂的二硼化镁超导块材提高了200％。