鐵基超導(dǎo)體各個(gè)體系物理現(xiàn)象豐富,應(yīng)用前景廣闊,所以自其被發(fā)現(xiàn)以來就激起了空前的研究熱潮。鐵基超導(dǎo)體的廣闊應(yīng)用前景源自其較高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(T_c),較高的上臨界場(H_(c2))和較小的H_(c2)各向異性等優(yōu)點(diǎn)。與其它具有應(yīng)用前景的超導(dǎo)體系類似,鐵基超導(dǎo)材料走向應(yīng)用最重要的前提是獲得成百上千米長的線、帶材。并且,在鐵基超導(dǎo)諸多體系中,122型和11型被公認(rèn)為:結(jié)構(gòu)簡單、制備容易、大塊超導(dǎo)電性和最具有應(yīng)用前景,同時(shí)鑒于122型和11型涂層超導(dǎo)體的突出研究進(jìn)展,因此本論文以122型和11型為研究對象,并且選取的具體材料為這兩個(gè)體系中應(yīng)用前景最佳的:Ba_(1-x)K_xFe_2As_2(122型)和FeSe_(1-x)Te_x(11型),開展了相關(guān)線、帶材的制備及系統(tǒng)研究。本論文第一章為緒論,重點(diǎn)介紹了超導(dǎo)電性的相關(guān)知識,并且詳細(xì)介紹了高溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)、研究史,最后系統(tǒng)地闡述了鐵基超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)歷程以及其線、帶材的研究現(xiàn)狀。由于鐵基超導(dǎo)體普遍硬度高、具有脆性,難以在保護(hù)其超導(dǎo)電性的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行塑性變形加工獲得線、帶材,因此傳統(tǒng)的粉末套管法(PIT)成為了首選工藝方案。第二章介紹了線、帶材的PIT制備及分析方法。先位PIT法可以有效地減少線、帶材超導(dǎo)芯內(nèi)部的孔洞,所以目前多元超導(dǎo)線、帶材的制備基本采用的是先位PIT法。先位PIT法制備線、帶材的關(guān)鍵在于前驅(qū)粉末,在第三章中我們詳細(xì)介紹了熔化法快速制備超高質(zhì)量FeSe_(0.5)Te_(0.5)前驅(qū)粉末和高能球磨法、高能球磨結(jié)合PIT法制備Ba_(0.6)K_(0.4)Fe_2As_2前驅(qū)粉末的工藝技術(shù),為先位PIT法制備線、帶材提供了前驅(qū)粉末基礎(chǔ)。在第四章中,為了填補(bǔ)11型鐵基超導(dǎo)先位PIT帶材的研究空白,并促進(jìn)11型超導(dǎo)體實(shí)用化的研究進(jìn)程,我們成功地將第三章中介紹的熔化法快速制備的超高質(zhì)量FeSe_(0.5)Te_(0.5)前驅(qū)粉末應(yīng)用到帶材的制備上,首次獲得了FeSe_(0.5)Te_(0.5)先位PIT帶材。并且XRD分析和微觀結(jié)構(gòu)表征結(jié)果顯示我們FeSe_(0.5)Te_(0.5)帶材中的晶粒具有沿c軸方向的織構(gòu)。物性測量結(jié)果表明該帶材T_c可達(dá)15.7 K,磁化臨界電流密度J_c(5 K、自場下可達(dá)1×10~4 A/cm~2)已明顯高于同一時(shí)期線材的結(jié)果,且H_(c2)較大,H_(c2)各項(xiàng)異性較小,預(yù)示著其具有高場應(yīng)用的前景。類似地,為了提高目前11型超導(dǎo)線材的J_c和推進(jìn)其研究進(jìn)度,在第五章中,我們首次將第三章中介紹的熔化法快速制備的超高質(zhì)量FeSe_(0.5)Te_(0.5)前驅(qū)粉末通過先位PIT法制成了Cu/Nb包套的標(biāo)準(zhǔn)圓線。我們的研究結(jié)果表明,Nb包套會在高溫、長時(shí)間的熱處理時(shí)污染FeSe_(0.5)Te_(0.5)超導(dǎo)芯,不適宜作為11型包套材料。盡管如此,我們?nèi)匀辉谖覀僋b包套的FeSe_(0.5)Te_(0.5)超導(dǎo)線材中測得到了目前為止11型單芯線材的最高傳輸J_c,1.6×10~4 A/cm~2(4.2 K、0.5 T)。此外,在0.75 T下,樣品的最高傳輸J_c(4.2 K)仍高達(dá)1.5×10~3 A/cm~2。另一方面,在第六章中,我們選擇了已經(jīng)證實(shí)適宜122體系的Ag包套,將第三章中介紹的高能球磨法制備的Ba_(0.6)K_(0.4)Fe_2As_2前驅(qū)粉末制備成了線、帶材,并進(jìn)行了詳細(xì)的研究。對比已經(jīng)報(bào)道的相關(guān)結(jié)果,我們基于高能球磨(SPEX高能球磨)機(jī)械合金化前驅(qū)粉末的Ba_(0.6)K_(0.4)Fe_2As_2線、帶材的傳輸J_c有了顯著提高。目前,J_c表現(xiàn)較好的122型超導(dǎo)線材基本是通過熱等靜壓(HIP)制作的,但是HIP技術(shù)設(shè)備昂貴,使用成本高、效率有限,并且只能應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)類型的短線制作上。因此,在第七章中,我們首先以第三章中介紹的高能球磨結(jié)合PIT法制備的Ba_(0.6)K_(0.4)Fe_2As_2前驅(qū)粉末為基礎(chǔ)制備了先位PIT圓線,并研究了資源較易獲得、操作簡單、成本便宜且能大規(guī)模應(yīng)用到長線制作上的雙向冷高壓技術(shù)對Ba_(0.6)K_(0.4)Fe_2As_2圓線的影響。結(jié)果表明,雙向冷高壓在不惡化樣品超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的前提下提高了芯的致密度,更重要的是提高了樣品的J_c。我們在1.0 GPa高壓后的樣品中測得了2 T下1.14×10~5 A/cm~2的傳輸J_c(4.2 K),并且這一傳輸J_c是目前為止122體系線材中最高的數(shù)值,已經(jīng)超過了目前熱等靜壓線材最好的結(jié)果,說明了雙向冷高壓在提升鐵基超導(dǎo)線材超導(dǎo)性能方面的巨大潛力。最后,在第八章中,我們拓展性地針對另一具有應(yīng)用前景的高溫超導(dǎo)體系,Ba_(1-x)-x K_xBiO_3,采用先位PIT方法制備了全世界首批線材,并系統(tǒng)地研究了其前驅(qū)粉末和熱處理?xiàng)l件對其超導(dǎo)性質(zhì)的影響。第九章對本論文主要研究內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM26
【部分圖文】：

Fermi 面附近的電子在凈吸引力庫珀（Cooper）對，凝聚到能量更低的。且 Cooper 對的尺寸即為相干長度（ξ）。低，所以會在費(fèi)米面以下形成一個(gè)超導(dǎo)一系列超導(dǎo)現(xiàn)象，比如：無阻電流、轉(zhuǎn)一了微觀理論和唯象 GL 理論[2,4,13]。常被稱為低溫超導(dǎo)體（LTS）。然而自 1體，例如：銅氧化物超導(dǎo)體[13]和最近新進(jìn)行解釋，通常稱之為高溫超導(dǎo)體（HT較高、需要通過元素?fù)诫s誘發(fā)超導(dǎo)電性導(dǎo)體的形成機(jī)制，還有待進(jìn)一步的研究的努力，人們對超導(dǎo)的形成機(jī)制已經(jīng)有

東南大學(xué)博士學(xué)位論文上述的 5 種鐵基超導(dǎo)體其晶體結(jié)構(gòu)都為層狀，具體如圖 1.5-1 所示[4,58]。這幾個(gè)體系的結(jié)構(gòu)中都包含 FeX（X = As、P、S、Se、Te）層，層中 Fe 離子排列方式均為上下兩層正方點(diǎn)陣，X 離子層被夾在 Fe 離子層間。其中，11 型的 FeSe1 xTex結(jié)構(gòu)最簡單，由 FeSe1 xTex層直接垛砌而成，且 FeSe1 xTex層與層之間為弱力型的范德瓦爾斯鍵 。在其他型的鐵基超導(dǎo)體中，如圖所示，F(xiàn)eX 層中都夾著其他元素層，例如堿（土）金屬離子，稀土離子層或者稀土氧/氟化物[4]。

東南大學(xué)博士學(xué)位論文表 1.6-1 幾種常見鐵基超導(dǎo)體體系的相關(guān)超導(dǎo)參數(shù)[4]。Tc(K) Hc2(0 K)(T)γHξab(nm)ξc(nm) (meV)EFeAs(O, F)RE=Sm, Nd47~55 80~100 5~10 1.8~2.3 0.26 4~7，10~1a1-xKxFe2As237~38 70~135 1.5~2.0 1.5 1.0 1.8~4.6，9~aFe2-xCoxAs222~23 47~50 1.5~1.9 2.4 1.3 1.9~4.4，5~4FeSe1-xTex14~16 ~50 1.1~1.9 1.2 0.63 ~2.31.7 鐵基超導(dǎo)體的潛在實(shí)用化價(jià)值在鐵基超導(dǎo)體因?yàn)槠湓谛阅芊矫骘@著的優(yōu)點(diǎn)具有巨大的潛在實(shí)用化價(jià)值，如下：，鐵基超導(dǎo)體普遍具有較高的 Tc，如圖 1.7-1 所示[78]；
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本文編號：2863253