自从二硼化镁(MgB2)的超导电性发现以来，在全世界范围内，关于这种新型超导体的研究蓬勃开展。很快，能带计算以及大量的实验揭示了这种超导体的超导特性是来自其独特的二能带结构。由于其元素组分单一，且Mg和B都是自然界丰度很高的元素，加之超导转变温度较高，对这种超导体的这些天然优势的直接希望是使其走向实际的应用，大量的研究集中于这个主题。但是，随着研究的深入，要成功地实现MgB2的产业化飞跃并不是一个轻松的任务。研究表明，类似于铜氧化物超导体的改善超导体电磁性质的掺杂方法，对MgB2来说并不是一个容易实现的任务。对MgB2超导体来说，有效钉扎中心的引入以及不同的钉扎中心对其超导电磁性能的影响表现出不同于铜氧化物超导体的特性，这些问题仍然悬而未决。本论文的工作主要的就集中在这两个方面，论文的结构如下： 在第一章中，结合大量文献中报道的实验和理论工作，简介了MgB2二带超导电性的微观机理起源，说明了MgB2的所表现出的特殊性，总结了MgB2产业化面临的主要挑战是其电磁性能的不理想，即如何提高上临界场以及克服在较高外场下临界电流密度的急剧下降。类比于铜氧化物超导体的研究，掺杂是解决这些困难的有效途径。为此，作为预备性的内容介绍了描述超导电磁性能的钉扎理论。 第二章主要讨论碳元素掺杂样品的制备工艺以及掺杂引起的相关物理变化，比如转变温度，结构常数，以及电磁性质等等。本文选用了碳纳米管作为掺杂的碳源前驱体，采用常温常压以及高温高压两种不同的合成方法制备掺杂的MgB2块材超导样品。研究表明，碳元素掺杂和碳的反应前驱体以及合成方法有很大的关联。不同的制备过程带来了两种样品在微观成相，转变温度，电磁性质方面等方面的差异，和文献上报导的利用其它碳的前驱体合成的样品进行比较，结果表明碳纳米管作为前驱体无论在元素的溶解度以及电磁性质的改善上都较为理想。并且，高温高压合成的样品在提高上临界场的同时，一定程度上抑制了高场下临界电流密度的快速衰减。我们在高压条件下合成MgB2碳纳米管掺杂样品，这在国际刊物上是首次报道。造成低压掺杂和高压掺杂样品电磁性能不同的物理根源是它们中不同的钉扎机制，这方面的工作在第三章中做了具体的讨论。 在第三章中，从微观的δTc和δι的钉扎机理出发，考虑到MgB2二带超导电性的影响，各向异性参数随温度的变化，指出低压合成样品的主要机制是δTc机制，而高压合成样品的机制表现为δTc和δι的共同作用。结合TEM研究在两种样品中的作为钉扎中心的物理构形不同，预示了引入关联的强钉扎中心是有效增加δι作用，从而延缓高场电流密度快速衰减的值得重视的途径。这一结果，澄清了对MgB2钉扎中心引入的认识，即有效地提高磁通钉扎势是δι钉扎，而不是引入非超导相的δTc钉扎。 在第四章中，利用直流传输测量外场下的电阻展宽，讨论了MgB2涡旋液体区的热助磁通运动和高温超导体中的差别，其钉扎势垒依赖于外场的形式不同于高温超导体，造成这种差别的根本原因是由于其二带超导特性。MgB2超导样品各向异性参数不再和高温超导体中相同，表现为依赖于温度和外场的变化。为验证这个结论的可靠性，通过磁滞回线测量的研究，提出了从磁滞回线确定在涡旋液体区钉扎势的方法，进而和传输测量相结合，确定出钉扎势正是传输测量中使用的Kim—Anderson形式，表明出从电测量和磁测量不同实验方法确定钉扎势的等价性和互补性。