超聲波法制備有機(jī)修飾納米釔鋇銅氧雜化材料研究.pdf

1、1911年，荷蘭物理學(xué)家Here Karnerlingh Onees在研究低溫下金屬的電阻時(shí)觀察到：汞的電阻在4.2 K突然消失。這是人類首次觀察到這種現(xiàn)象，他稱之為超導(dǎo)現(xiàn)象，并把物質(zhì)所處的這種狀態(tài)叫超導(dǎo)態(tài)。這一發(fā)現(xiàn)引起了科學(xué)家們的極大興趣，此后人們一直努力尋找新超導(dǎo)體和提高超導(dǎo)臨界溫度(Tc)的新方法。1987年美國(guó)朱經(jīng)武等和我國(guó)趙忠賢等分別制成了Tc為92 K、10.K的Y-Ba-Cu-O超導(dǎo)體，跨越了液氦溫區(qū)，進(jìn)入了液氮溫區(qū)(77

2、.4 K)，人們稱之為高溫超導(dǎo)材料。YBCO因它的原料豐富、無毒、Tc高達(dá)93 K、其制備和應(yīng)用研究也較充分等優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)用方面人們寄予了很大期望。尋找更高Tc或更好性能的YBCO超導(dǎo)材料成為人們孜孜以求的目標(biāo)。而納米材料的量子效應(yīng)使其具有獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面的性質(zhì)。同時(shí)，雜化材料的各組分之間“取長(zhǎng)補(bǔ)短”、“協(xié)同作用”，極大地彌補(bǔ)了單一材料的缺點(diǎn)，產(chǎn)生了單一材料所不具有的新性能。因此，將YBCO納米化并對(duì)其表面進(jìn)行修飾、改性或雜化

3、，可能獲得高性能的超導(dǎo)材料，對(duì)提高高溫超導(dǎo)材料性能和實(shí)用化，具有十分重要的價(jià)值。 目前，納米材料的制備方法有很多種，本課題組曾提出并建立了脈沖激光轟擊浸于流動(dòng)相中固體靶(PLA-IT/SFL:Pulsed Laser Ablation at the Interface of TargetSubmerged in Flowing Liquid)的新方法，并自行研制組裝了脈沖激光轟擊連續(xù)制備納米溶膠的試驗(yàn)裝置。在此基礎(chǔ)上，本課題組前

4、期研究利用脈沖激光轟擊法連續(xù)制備得到低尺寸的納米YBCO材料，但經(jīng)煅燒后的YBCO發(fā)生明顯團(tuán)聚，難以得到納米尺寸的YBCO粉末，并且采用該法制得的樣品量少引起測(cè)試不便。而采用超聲波法使YBCO納米化的研究至今未見報(bào)道。該方法具有簡(jiǎn)單易行、可大量制備樣品等優(yōu)點(diǎn)。鑒上，本論文擬采用超聲波法制備納米YBCO及其雜化材料。 本文緒論部分就超導(dǎo)概述、高溫超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)、高溫超導(dǎo)理論、高溫超導(dǎo)材料及YBCO研究進(jìn)展和納米YBCO進(jìn)行綜述。

5、 本研究的工作主要集中在如下幾個(gè)部分： 采用超聲波法使高溫固相反應(yīng)法制得的YBCO塊材納米化，并研究了超聲功率、超聲時(shí)間、分散介質(zhì)、預(yù)研磨時(shí)間等主要因素對(duì)YBCO納米化的影響。研究表明使YBCO納米化的適宜條件為預(yù)研磨4.5 h、乙二醇為分散介質(zhì)、超聲功率160 W、超聲時(shí)間0.5 h、YBCO/乙二醇重量比為1/333。IR測(cè)試表明，YBCO在醇溶劑中超聲分散的納米化過程中，YBCO表面發(fā)生一定程度的醇解。而XRD測(cè)試

6、顯示：YBCO經(jīng)超聲波納米化后其XRD特征峰的位置不變，粒徑范圍在28～69 nm之間，晶化程度提高。磁性測(cè)試表明，與其體相材料相比，超聲納米化的YBCO的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(Tc)隨YBCO的平均納米尺寸的降低而略有降低。 采用超聲波法使YBCO納米化，并將微波法制得的納米金溶膠滴入YBCO溶膠，制備得到金摻雜的納米YBCO雜化材料。TEM測(cè)試結(jié)果表明，超聲波可以使YBCO納米化，但YBCO的平均顆粒尺寸較大。XRD分析表明，超聲后

7、的YBCO晶化程度降低。當(dāng)摻雜0.025～1.000wt％的金，可以誘導(dǎo)其結(jié)晶，提高晶化程度。TG-DSC分析表明，YBCO的熱穩(wěn)定性高。超聲后，其熱穩(wěn)定性有所降低。而金的摻雜，使其熱穩(wěn)定性顯著提高。磁性測(cè)試結(jié)果表明：YBCO研細(xì)后超聲分散，其干燥后得到的YBCO粉末Tc由93.842 K降為91.954 K；當(dāng)摻金量由0.025wt％逐漸增到0.500wt％時(shí)，樣品Tc從93.842 K到92.00.K變化。其中，摻金量為0.025w

8、t％時(shí)，Tc達(dá)到最大值93.842 K；摻金量達(dá)到1.000wt％時(shí)，樣品超導(dǎo)性能消失，變成順磁性物質(zhì)。 采用超聲波法將YBCO納米化后，摻雜苯胺及其衍生物，制備YBCO/有機(jī)雜化材料。FT-IR分析表明，苯胺及其衍生物的摻雜對(duì)YBCO的紅外吸收峰影響不明顯。XRD結(jié)果表明，超聲后YBCO的特征衍射峰強(qiáng)度降低。摻雜5～0.05wt％的苯胺及其衍生物后，有利于誘導(dǎo)其結(jié)晶，形成晶相更好的YBCO樣品。TG-DSC分析表明，超聲后YB

9、CO的熱穩(wěn)定性降低。摻雜5wt％的苯胺和鄰苯二胺，其熱穩(wěn)定性變化不大。XPS測(cè)試表明，鄰苯二胺的N原子與Y原子的相互作用比其與Ba或Cu原子的相互作用更強(qiáng)烈。磁性分析表明，相對(duì)于超聲后的樣品，鄰苯二胺對(duì)YBCO的Tc和磁矩的影響較苯胺、間苯二胺、對(duì)苯二胺、對(duì)硝基苯胺、吡嗪和鄰硝基苯胺顯著，且其對(duì)YBCOTc和磁矩的影響隨其摻雜量的變化呈現(xiàn)規(guī)律性變化。即當(dāng)摻雜量低于3wt％，Tc的降低幅度在3 K范圍內(nèi)。當(dāng)摻雜量為3wt％時(shí)，Tc降低了近

10、6 K。摻雜量達(dá)到5wt％，Tc降低到60.33 K，降幅為28.33K。 采用超聲波法將YBCO納米化后，摻雜苯酚及其衍生物，制備YBCOf有機(jī)雜化材料。M-T分析表明，相對(duì)于超聲后的樣品，鄰苯二酚對(duì)YBCOTlc的影響較苯酚、鄰甲酚、間甲酚、對(duì)甲酚顯著。即當(dāng)摻雜5wt％鄰苯二酚，YBCO的Tc降至78.98 K，與摻雜苯胺及其衍生物的影響結(jié)果一致。M-H分析表明，摻雜的苯酚及其衍生物對(duì)YBCO的Jc有影響，且鄰苯二酚的影響可