電流密度在熔鹽電化學(xué)制備MgB2膜中的作用研究.pdf

1、簡單金屬間化合物MgB2自2001年起超導(dǎo)電性被發(fā)現(xiàn)至今，引起了世界各國科學(xué)家對其組織結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)原理、制備方法及應(yīng)用前景的廣泛興趣。它具有較高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度(Tc=39K)、高的臨界電流密度(可達(dá)105A/cm2)、大的相干長度(5～6nm)、較高的上臨界磁場、沒有晶界弱連接、晶體結(jié)構(gòu)簡單、原料成本低廉和成材容易等一系列優(yōu)點，是目前被認(rèn)為最有可能首先實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的超導(dǎo)材料。
　　目前，隨著薄膜制備技術(shù)的發(fā)展和完善，幾乎所有制備方

2、法都可以用于MgB2薄膜的制備。其中，所報道的較成熟的MgB2薄膜制備技術(shù)大多是采用物理或化學(xué)氣相沉積法，這些方法不僅設(shè)備昂貴，而且生產(chǎn)效率不高，阻礙了其大規(guī)模推廣應(yīng)用。熔鹽電化學(xué)法由于設(shè)備簡單、成本低，生產(chǎn)效率高，同時不受襯底形狀、尺寸的限制，因而是一種非常值得研究推廣的制備方法。但熔鹽電化學(xué)法制備MgB2薄膜的工藝尚處于實驗研究階段，相關(guān)的理論研究很少，一些工藝參數(shù)確定困難，且制得的薄膜的相純度和結(jié)晶性不是很好。因此，制備出均勻、致

3、密、結(jié)晶好的MgB2薄膜，具有重要的研究意義和應(yīng)用價值。
　　本文首先利用熔鹽電化學(xué)法制備了MgB2薄膜，從熔鹽特性的角度出發(fā)，具體分析了不同熔鹽體系對制備的MgB2薄膜質(zhì)量的影響。實驗結(jié)果表明，利用摩爾比為MgCl2∶KCl∶B2O3=3∶2∶0.9的熔鹽體系在520℃、3.5V條件下電解3h制備的MgB2薄膜具有較好的質(zhì)量，薄膜中Mg和B兩種元素的摩爾比為1.1∶2。
　　電流密度的研究結(jié)果表明，電解溫度、電壓、時間及支

4、持電解質(zhì)KCl含量等條件對電流密度有很大的影響。熔鹽體系中陰極電勢在-1.5V～-3V范圍內(nèi)時，陽離子在陰極放電;在大約10min時間內(nèi)，在陰極表面形成MgB2納米晶核組成的薄膜層，隨后晶核長大并相互靠近，最終形成微米級的大顆粒。當(dāng)電解時間超過3h后，晶粒生長基本停止，所以電解3h是比較合適的時間;熔鹽溫度為485℃時有最大電流密度;支持電解質(zhì)KCl的含量對電流密度起雙重作用，一方面可以降低熔鹽體系的熔點、電阻及粘度，從而增大電流密度，