Bi系超导材料的微结构研究

作     者：王于 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：祁阳

授予年度：2011年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：Bi系超导材料 微结构 X射线精修 Ca掺杂 

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。