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YBa2Cu3O7-x纳米复合薄膜磁通钉扎特性的研究进展

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稀有金属 2018年第9期42卷 984-995页

作者：许文娟丁发柱董泽斌张慧亮商红静古宏伟中国科学院电工研究所应用超导重点实验室中国科学院大学

自1986年发现高温超导体以来，YBa2Cu3O7-x（YBCO）超导体以其高临界温度、高不可逆场、强载流能力等优势受到了各国学者的广泛关注和研究。随着薄膜制备技术的发展，晶界弱连接问题已经不再是提升YBCO超导性能的主要障碍，限制YBCO涂... 详细信息

自1986年发现高温超导体以来，YBa2Cu3O7-x（YBCO）超导体以其高临界温度、高不可逆场、强载流能力等优势受到了各国学者的广泛关注和研究。随着薄膜制备技术的发展，晶界弱连接问题已经不再是提升YBCO超导性能的主要障碍，限制YBCO涂层导体临界电流的主要因素是其磁通钉扎能力。为此，世界众多的科研机构开展了在YBCO薄膜中引入不同缺陷提高磁通钉扎的研究。总的来说，最常采用的钉扎策略是在YBCO母体中加入第二相纳米颗粒，形成人工钉扎中心，从而起到磁通钉扎的作用。磁通钉扎机制在以脉冲激光沉积法、化学气相沉积法等为主的原位法和以化学溶液法为主的非原位法中存在明显的差异。本文对近年来原位法和非原位法制备的复合薄膜中人工钉扎中心的影响机制以及磁通钉扎特征进行了系统的总结和阐述。

关键词： YBCO 原位法非原位法磁通钉扎人工钉扎中心

隔膜对双电层电容器和混合型电池-超级电容器的电化学性能的影响（英文）

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物理化学学报 2014年第3期30卷 485-491页

作者：孙现众张熊黄博马衍伟中国科学院电工研究所应用超导重点实验室北京100190

隔膜是双电层电容器和混合型电池-超级电容器等电化学储能器件的重要组成元件.本文采用1 mol?L-1四乙基四氟硼酸铵的丙烯碳酸酯电解液制备了基于活性炭的扣式双电层电容器,并采用1 mol?L-1六氟磷酸锂锂离子电解液制备了(LiNi0.5Co0.2Mn0... 详细信息

隔膜是双电层电容器和混合型电池-超级电容器等电化学储能器件的重要组成元件.本文采用1 mol?L-1四乙基四氟硼酸铵的丙烯碳酸酯电解液制备了基于活性炭的扣式双电层电容器,并采用1 mol?L-1六氟磷酸锂锂离子电解液制备了(LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2+活性炭)/石墨体系的混合型电池-超级电容器.研究了不同类型隔膜的物理化学性能,以及其对双电层电容器和混合型电池-超级电容器的电化学性能的影响.四种隔膜分别是无纺布聚丙烯毡、多孔聚丙烯薄膜、Al2O3涂层的聚丙烯薄膜和纤维素纸隔膜.进行了表面形貌、差示扫描量热、电解液吸液量和表观接触角测试表征.电化学测试表明,采用纤维素隔膜的双电层电容器具有最高的比电容和更优的倍率性能,电容器的自放电性能差别不大.而对于混合型电池-超级电容器,采用聚丙烯薄膜和无纺布聚丙烯毡隔膜器件的比容量比其它器件约高20%,且采用纤维素隔膜的器件自放电率最高.

关键词：双电层电容器混合型电池-超级电容器吸液量表观接触角自放电

双电层电容器电化学阻抗谱的实验研究(英文)

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物理化学学报 2014年第11期30卷 2071-2076页

作者：孙现众黄博张熊张大成张海涛马衍伟中国科学院电工研究所应用超导重点实验室北京100190

电化学阻抗谱(EIS)是一种很有用的研究电化学性能的技术.理想的双电层电容器(EDLC)阻抗谱的尼奎斯特图由中高频的45°线和低频的与实轴垂直的直线组成,可以用孔径分布-传输线模型来解释.然而,在研究工作中还发现,在阻抗谱的高频区出现... 详细信息

电化学阻抗谱(EIS)是一种很有用的研究电化学性能的技术.理想的双电层电容器(EDLC)阻抗谱的尼奎斯特图由中高频的45°线和低频的与实轴垂直的直线组成,可以用孔径分布-传输线模型来解释.然而,在研究工作中还发现,在阻抗谱的高频区出现了半圆弧区域,为此,提出的等效模型认为半圆弧可以归因于活性材料之间的接触电阻和接触电容,以及电极与集流体之间的接触电阻与接触电容.还研究了充电过程、活性炭和电解液的电导率、导电添加剂和粘结剂的含量、隔膜、活性物质附载量和极片加压等因素对阻抗谱的影响.其中,充电截止电压、活性炭的电导率、导电添加剂的含量和极片加压对半圆弧部分影响较为显著.

关键词：电化学阻抗谱双电层电容器活性炭接触电阻接触电容

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活性炭基软包装超级电容器用有机电解液

物理化学学报 2013年第9期29卷 1998-2004页

作者：黄博孙现众张熊张大成马衍伟中国科学院电工研究所应用超导重点实验室北京100190

使用了一种新型的有机电解液(三乙基甲基四氟硼酸铵/(丙烯碳酸酯+乙腈):MeEt_3NBF_4/(AN+PC))和两种传统有机电解液(四乙基四氟硼酸铵/丙烯碳酸酯(Et_4NBF_4/AN)和四乙基四氟硼酸/乙腈(Et_4NBF_4/PC)),制作成活性炭(AC)基软包装超级电容... 详细信息

使用了一种新型的有机电解液(三乙基甲基四氟硼酸铵/(丙烯碳酸酯+乙腈):MeEt_3NBF_4/(AN+PC))和两种传统有机电解液(四乙基四氟硼酸铵/丙烯碳酸酯(Et_4NBF_4/AN)和四乙基四氟硼酸/乙腈(Et_4NBF_4/PC)),制作成活性炭(AC)基软包装超级电容器.在不同电压窗口下对新型有机电解液的循环伏安和电化学阻抗谱进行了表征,并在0-3V的电压窗口下,通过循环伏安、电化学阻抗谱、恒流充放电、漏电流、自放电、循环寿命和库仑效率,对以上三种电解液进行了综合的比较.结果表明,新型有机电解液综合了AN和PC各自的优点,性能优异.

关键词：超级电容器有机电解液活性炭

前驱液成分对TFA-MOD法制备YBa_2Cu_3O_(7-x)薄膜超导性能的影响

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物理学报 2010年第11期59卷 8142-8147页

作者：丁发柱古宏伟中国科学院电工研究所应用超导重点实验室北京100190

采用三氟乙酸盐-金属有机沉积法(TFA-MOD)在铝酸镧单晶基体上制备了YBa2Cu3O7-x(YBCO)超导薄膜.通过改变前驱液的成分,研究了金属元素的不同化学计量比对YBCO薄膜的结构和性能的影响.结果表明,按照钇盐Y(CH3COO)3与钡盐Ba(CH3COO)2的比... 详细信息

采用三氟乙酸盐-金属有机沉积法(TFA-MOD)在铝酸镧单晶基体上制备了YBa2Cu3O7-x(YBCO)超导薄膜.通过改变前驱液的成分,研究了金属元素的不同化学计量比对YBCO薄膜的结构和性能的影响.结果表明,按照钇盐Y(CH3COO)3与钡盐Ba(CH3COO)2的比例为Y∶Ba=1∶1.5时所制备的YBCO薄膜的临界电流密度比严格按化学计量比Y/Ba=1/2制备的YBCO薄膜增大20%,达到5.0MA/cm2(77K,0T).由X射线衍射分析得知,样品中所生成的杂质相Y2Cu2O5可能起到了磁通钉扎的作用从而提高了YBCO薄膜的临界电流密度.

关键词：三氟乙酸盐-金属有机沉积钇钡铜氧薄膜前驱液成分磁通钉扎

Bi-Mn合金在强磁场中凝固时MnBi相织构组织的演化

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中国有色金属学报 2005年第2期15卷 229-235页

作者：王晖王秋良黄晖李丙乐马衍伟严陆光中国科学院电工研究所应用超导重点实验室北京100080

在3种不同凝固条件下,制备了Bi-Mn合金,研究了合金中MnBi相织构组织随磁感应强度和凝固时间的演化.结果表明,合金从265～355℃的固液两相区凝固时,随1.0T磁场中凝固时间的延长,取向棒状MnBi晶粒沿磁场方向聚合长大,长径比增大约50%;合金... 详细信息

在3种不同凝固条件下,制备了Bi-Mn合金,研究了合金中MnBi相织构组织随磁感应强度和凝固时间的演化.结果表明,合金从265～355℃的固液两相区凝固时,随1.0T磁场中凝固时间的延长,取向棒状MnBi晶粒沿磁场方向聚合长大,长径比增大约50%;合金从355～446℃的固液两相区凝固时,随外磁场强度的增大(最大达10.0 T)和凝固时间的增加,取向片状MnBi晶粒沿磁场方向聚合长大,形成疏松不规则的粗大棒状晶粒;合金从完全熔化状态凝固时,以0.15℃/s的速度冷却可以获得MnBi相织构组织,以0.015℃/s或更小的速度冷却则不能;延长磁场中Bi-Mn合金的凝固时间不能有效提高材料的剩磁性能.

关键词：金属凝固磁取向强磁场 Bi-Mn合金 MnBi相

中心镁扩散法制备MgB_(2)的性能及实用化研究进展

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稀有金属 2022年第4期46卷 497-509页

作者：管丹丹王栋樑马衍伟中国科学院电工研究所应用超导重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

MgB_(2)具有较高的临界转变温度(39 K)、质量轻、原料成本低且不存在晶界弱连接等优点,在制冷机工作温度(10~20 K)、较低磁场(1~2 T)条件下的超导磁体中有着广泛的应用前景。针对MgB_(2)线材在磁共振成像(MRI)的潜在应用背景,研究和开... 详细信息

MgB_(2)具有较高的临界转变温度(39 K)、质量轻、原料成本低且不存在晶界弱连接等优点,在制冷机工作温度(10~20 K)、较低磁场(1~2 T)条件下的超导磁体中有着广泛的应用前景。针对MgB_(2)线材在磁共振成像(MRI)的潜在应用背景,研究和开发高性能、高电磁稳定性的MgB_(2)线材制备技术,是推动其发展和应用的关键。中心镁扩散(IMD)工艺可以制备高致密度、高临界电流密度的MgB_(2)线材,已成为MgB_(2)线材制备技术的一个重要研究领域。简要介绍了IMD工艺制备MgB_(2)线材的主要特点及发展历程,并从原料粉、化学掺杂、包套材料、热处理条件4个方面详细分析了影响线材性能的主要因素。同时概述了近年来IMD-MgB_(2)的实用化研究进展,主要包括多芯线和长线的制备、力学性能、超导连接及卢瑟福电缆等。针对目前存在的主要问题,分析了IMD-MgB_(2)的发展方向及其应用前景。

关键词： MgB_(2)超导线中心镁扩散(IMD)工艺超导性能实用化

Bi-2223带材在自场和外场条件下电流密度分布的数值分析

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稀有金属 2014年第5期38卷 755-761页

作者：王磊王秋良王晖中国科学院电工研究所应用超导重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

Bi-2223超导带材是一种具有较高载流能力的高温超导材料,被广泛用来制造高场强的内插磁体以及核磁共振(NMR),磁头振成象(MRI)等核磁共振设备。在超导磁体的设计以及交流损耗的计算中,不可避免地会涉及到Bi-2223带材中电流密度的分布。基... 详细信息

Bi-2223超导带材是一种具有较高载流能力的高温超导材料,被广泛用来制造高场强的内插磁体以及核磁共振(NMR),磁头振成象(MRI)等核磁共振设备。在超导磁体的设计以及交流损耗的计算中,不可避免地会涉及到Bi-2223带材中电流密度的分布。基于Brandt数值分析的方法,考虑了自场和外场对于临界电流密度的影响,利用Matlab对Bi-2223带材截面的电流密度分布进行了计算。为了便于仿真计算,用实验测得的临界电流与磁场关系的数据代替了Kim模型和Bean模型。在计算中主要施加了3种外加条件:(1)只施加横向磁场;(2)只通入传导电流;(3)将通入传导电流的带材放置于背景场中。结果显示,当Im20 A或者Bm>100 mT时,Bi-2223带材中电流密度的最大值随着传导电流和外场的幅值增加而减小;屏蔽电流会随着外磁场的频率增加而减小,传导电流的频率对于电流分布的影响可以忽略不计;当通入传导电流的Bi-2223带材放置于背景场中时,电流密度的分布相对于中心不再对称,并且饱和电流值会随着外磁场的幅值增加而减小。

关键词： Bi-2223带材横向磁场传导电流电流密度分布

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铁基超导薄膜和涂层导体的研究进展

稀有金属 2017年第5期41卷 553-570页

作者：徐中堂马衍伟中国科学院电工研究所应用超导重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

铁基超导体是当前物理学和材料学领域的前沿课题,铁基超导材料的研究不仅对基础科学研究有重要作用,也对应用研究意义重大。铁基超导体有一系列突出优点,例如超过100 T的上临界场、较小的各向异性、相对较高的转变温度等,预示着铁基超... 详细信息

铁基超导体是当前物理学和材料学领域的前沿课题,铁基超导材料的研究不仅对基础科学研究有重要作用,也对应用研究意义重大。铁基超导体有一系列突出优点,例如超过100 T的上临界场、较小的各向异性、相对较高的转变温度等,预示着铁基超导材料有重要应用潜力。高性能薄膜是铁基超导材料强电和弱电应用的关键基础,涂层导体是实用化超导材料的重要研究课题。以单晶基底上外延生长的薄膜和铁基超导涂层导体为重点,综述了国内外铁基超导薄膜的最新研究进展。简述了不同体系铁基超导薄膜和涂层导体的发展历程,对比了其性能,详细分析了122,11,1111三个体系外延薄膜和涂层导体的制备工艺和优化方法。在此基础上,分析当前研究的不足和改进方向,提出了提高临界电流密度的方法,并对铁基超导薄膜和涂层导体的发展潜力进行了展望。

关键词：铁基超导体超导薄膜涂层导体 PLD