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MgB2的超导电性在2001年由日本科学家发现。MgB2材料的超导转变温度达到了40K,接近BCS超导体的极限,同时其具有较长的相干长度,晶界间不存在弱连接。由于MgB2材料与目前普遍使用的铌三锡(Nb3Sn)和铌钛(Nb-Ti)合金相比,能够大大降低运行成本,且材料的加工性能较好,因此MgB2被认为是一种具有巨大应用潜力的超导材料,尤其是在核磁共振成像技术、加速器的加速腔等方面。 本文介绍了MgB2超导材料的基本结构、性质、应用和制备方法,并重点研究了各种MgB2超导膜。各种不同的方法在不同衬底上制备的不同厚度的MgB2超导膜的研究,对于MgB2材料在不同方面的应用有着重要的意义。 本文的工作所使用的主要技术为混合物理化学气相沉积法(HPCVD),利用这种方法我们制备了MgB2超薄膜和厚膜。通过制备不同厚度的MgB2超薄膜,我们发现随着MgB2超薄膜厚度的增加,样品的超导转变温度升高,而剩余电阻率降低。膜的生长遵循岛状生长机制。厚度为10nm的MgB2超薄膜的转变温度Tc(O)达到32.4K,高于共蒸发方法制各的同等厚度薄膜,薄膜表面平整连接性良好。同时我们研究了氢气流量对MgB2超薄膜生长的影响,从而有利于我们寻找最佳的制备MgB2超薄膜的条件。对于MgB2超薄膜的研究,为MgB2材料在超导电子学,尤其是HEB、SSPD等方面的应用很有意义。我们也成功制备了SiC衬底上的MgB2厚膜,膜厚达到8μm,Tc(0)达到了40.9K,膜的载流能力是Jc(5K,0T)=1.7×106A/cm2。成功制备这种厚度的MgB2超导厚膜为MgB2材料在超导加速腔中的应用提供了基础。 在HPCVD制备干净MgB2膜的基础上,我们利用辅助热丝的HPCVD装置制备了掺硅的MgB2薄膜。掺硅后的样品的磁通钉扎力得到了增强,在5K,3T的条件下,掺硅量为5.0％的样品的临界电流密度达到了2.7×105Acm-2。另外,我们还将干净的MgB2样品进行Ti离子辐照,经过辐照的样品在磁场下的性能也得到了改善。掺硅和Ti离子辐照,对进MgB2超导体在高场条件下的应用增加了探索和经验。 我们还研究了HPCVD方法制备的不锈钢衬底上MgB2超导薄膜的韧性。这些薄膜样品经过弯曲处理后,衬底表面上的膜出现了裂缝,但是仍然牢牢的附着在衬底上,没有出现脱落的现象,表现出了良好的韧性和对衬底的附着力。其中样品薄膜内的纳米颗粒起到了重要的作用。 除了HPCVD方法,我们还研究了溶液法和电子束蒸发方法来制备MgB2超导膜样品。利用溶液法制备的不锈钢衬底上的MgB2超导薄膜,样品中晶粒取向随机,但连接紧密。样品干净,没有杂质,在自场下的超导转变温度为34.8K。通过WHH方程估算,样品的零温上临界磁场到达了19T左右。另外,样品在自场5K条件下的临界电流密度也到达了3×106Acm之。利用电子束蒸发的方法制备的MgB2超导薄膜,薄膜中晶粒连接紧密,以c轴取向为主,其中SiC和MgO衬底样品的超导转变温度都在30K以上,并且SiC衬底样品的临界电流密度仍然保持在2×106Acm-2。