本发明专利技术涉及一种还原法制备金属镍纳米颗粒掺杂ＭｇＢ↓［２］超导材料的方法。首先，制备Ｎｉ（ＯＨ）↓［２］－Ｂ先驱粉，将Ｎｉ（ＮＯ↓［３］）↓［２］.６Ｈ↓［２］Ｏ粉和Ｂ粉在蒸馏水中充分混合搅拌，并用ＮａＯＨ溶液滴定，然后将沉淀在真空干燥箱中干燥除水；将干燥后的Ｎｉ（ＯＨ）↓［２］－Ｂ先驱粉放入管式炉中，在氮气或氩气保护下，进行煅烧，使Ｎｉ（ＯＨ）↓［２］分解后得到ＮｉＯ－Ｂ混合粉体；升温通入Ｈ↓［２］，流量使ＮｉＯ被充分还原得到Ｎｉ－Ｂ混合粉体；将称取符合原子比Ｍｇ∶Ｂ＝１～１．５∶２的Ｍｇ粉与Ｎｉ－Ｂ粉末混合压片于差热分析仪（ＤＴＡ）中６５０℃～８５０℃烧结３０～６０分钟后冷至室温。本发明专利技术制得的镍颗粒平均直径为５ｎｍ，且均匀分布在Ｂ基体内部，所得试样成分稳定，不容易形成团聚，形态特征明显。与其他金属掺杂物相比，具有制备方法简单，成本低廉，掺杂效果明显等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超导
，涉及一种还原法制备金属镍纳米颗粒掺杂MgB2超导材料的 方法。 -
技术介绍
由于二硼化镁(MgB》具有较高的超导转变温度和简单的化学组成(J. NagamatsuW. Nature 410 (2001) 63)，近几年来受到了人们极大的关注。与高温超导材料相比，MgB2 的超导特性不受晶界弱连接的影响，即大角度晶界也可以使电流通过(A. Gurevichets7. Supercond Sci Technol 17 (2004) 278; S. X. Dou a丄J Appl Phys 96 (2004) 7549; Y. Zhao a丄Appl Phy Lett 79(2001) 1154; G. Grasso a丄Appl Phy Lett 79(2001)230)，因此，能够承受较高的临界电流密度(乂)。但是MgB2超导体的不可逆磁 场较低(J H Kim a丄Physica C 449(2006)133 )，临界电流密度随磁场强度的增加 而急剧减小，这是由于常压下烧结的MgB2试样通常具有多孔性，在晶粒内部又缺少磁通钉 扎中心所致。目前，人们研究的热点就是如何通过提高试样的致密性以及增加磁通钉扎中 心来进一步提高MgB2超导体在磁场中的临界电流密度值。最近的研究表明，金属粒子掺杂，例如Ti、 Fe、 Ag、 Ga和Zr等(P Lezza a7. Supercond Sci Technol 19 (2006) 1030; J Wang a丄Appl Phys Lett 81 (2002) 2026)都 可以有效提高MgB2在高磁场中的临界电流密度值，因此受到了人们的普遍重视。其中惨杂 机理主要分为两种，第一种是可以取代MgB2晶格中Mg原子位置的金属原子，这些原子通过 取代Mg的位置引起晶格畸变，进而增加能带散射，提高乂值。如在20K下，通过金属A1的加 入使乂有效地提高了二个数量级(A Berenov et a丄Supercond Sci Technol 17 (2004) 1093)。 第二种是通过金属颗粒的加入产生第二相纳米颗粒，这些颗粒的尺寸达到了纳米级，可以 作为有效的磁通钉扎中心，进而提高乂值。其中最有代表性的是金属Ti(YZhao e丄Appl Phys Lett 80 (2002) 1640)，生成的TiB2纳米颗粒分布在晶界周围，不但可以作为磁通钉 扎中心，而且又细化了MgB2晶粒，使/。值在5T、 5K下达到了 5xl04Acm—2，与此相似的金 属还有La和Ag (CShekhar a丄Supercond Sci Technol 18 (2005) 1210)。虽然这些金属颗粒对于提高临界电流密度值有着显著的作用，但是试样的致密性和晶 粒间连接性并没有得到显著的改善，因此在低磁场下的超导性并没有得到显著提高。最近， 人们又提出一种新理论，即液相辅助烧结法制备高致密性MgB2超导体。其原理是根据低温 金属共晶液相的生成促进MgB2的合成过程及提高晶粒间连接性。根据相图可知， 一些金属 元素会与Mg形成共晶液相，液相的流动促进了Mg和B原子间的扩散，提高了反应速度， 同时流动的液相也会填充进孔洞处，提高样品的致密性。S.K.Chen等人通过添加Ga元素 (S K Chen et a7. Appl Phys Lett 86 (2005) 2425011)，在422。C生成的Mg-Ga共晶液相提高了 MgB2晶粒间的连接性，在未改变超导转变温度的同时提高乂值。但是所掺杂的Ga 并不是纳米级，据报道纳米金属惨杂更有利于促进液相辅助烧结过程。但是纳米金属颗粒 掺杂目前仍是较难解决的问题，因为一方面大部分金属都比较活泼，易氧化，很难将纯度 很高的纳米颗粒掺入原始粉中，而纳米颗粒之间由于范德华力经常会引起团聚现象，这样 往往使掺杂效果大大降低；另一方面，金属纳米颗粒价格又相当昂贵。因此，如何用简单 方法制备出金属纳米颗粒，又能均匀分散在基体内部是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
基于上述理论，本专利技术拟选用金属Ni纳米颗粒作为掺杂对象，利用Mg-Ni生成共晶 液相进行液相辅助烧结实验。本专利技术试图利用一种还原金属氧化物的新方法，即在B基体 中将氧化镍还原成纳米级的镍颗粒，获得了纳米级的金属镍颗粒及分散均匀的复合粉末。 这样既降低了实验成本，又使得控制金属纳米颗粒尺寸成为一种可能。本专利技术的技术方案概述如下还原法制备金属镍纳米颗粒掺杂MgB2超导材料的方法，其特征是1) 首先，制备Ni(OH)2-B先驱粉，原料按Mg: Ni: B-l-X: X: 2,其中0<X《0.1;将Ni (NO丄 6H20粉和B粉在蒸馏水中充分混合搅拌，并用NaOH溶液滴定，直至 溶液PH值呈中性，使Ni(N03)2 6H20完全转变为Ni(OH)2;然后在室温下沉淀3 12个小时，将沉淀在真空干燥箱中干燥除水；2) 将干燥后的Ni(OH)2-B先驱粉放入管式炉中，在氮气或氩气保护下，于300 600 。C煅烧1 5小时，使Ni(OH)2分解后得到NiOB混合粉体；升温至500 700°C, 再通入H2,流量为10 15L/min,保温l_3h，使NiO被充分还原得到Ni-B混合粉 体；3) 将称取符合原子比Mg: B=l~1.5: 2的Mg粉与Ni-B粉末混合压片于差热分析仪 (DTA)中65(TC 850。C烧结30 60分钟后冷至室温。所述Mg,.xNixB2 ，优选的是为0.04 0.06。 所述沉淀时间最好为6个小时。 所述煅烧温度最好为300°C。 所述MgB2烧结温度最好为85(TC，保温30分钟。此专利技术不仅可制备金属镍纳米颗粒，也可制备其他金属颗粒，比如F203、 Ti02等，所选金属盐可为FeCl3 、 Fe(N03)3等。本专利技术主要介绍的是通过还原法将金属氧化物还原成 金属颗粒，所得颗粒为纳米级，成本低廉，方法简单。本专利技术的一种原位制备金属镍纳米颗粒掺杂MgB2超导材料的方法，制得的镍颗粒平均 直径为5nm,且均匀分布在B基体内部，所得试样成分稳定，不容易形成团聚，形态特征明 显。与其他金属掺杂物相比，具有制备方法简单，成本低廉，掺杂效果明显等优点，而且 未参与反应的Ni纳米相也可以作为有效的磁通钉扎中心，有利于临界电流密度的提高。附图说明图la为本专利技术的方法所制备的金属镍颗粒掺杂进入B基体的透射照片。图lb为金属镍纳米颗粒的高分辨透射照片，右上角为镍颗粒的原子结构排列照片。图2为本专利技术的方法所制备的金属镍颗粒掺杂MgB2超导材料的X—射线衍射图谱。图3a为未掺杂试样的扫描照片对比图。图3b为纯MgB2超导试样高倍下的晶粒形态照片。图3c为本专利技术的方法所制备的金属镍颗粒掺杂MgB2超导试样的扫描照片。 图3d为掺杂后试样中出现的薄片状MgB2晶粒的扫描照片。图4为本专利技术的方法所制备的不同镍含量掺杂MgB2超导试样的电阻与温度的关系图。 图5为本专利技术的方法所制备的不同镍含量掺杂MgB2超导试样的差热曲线比较图。具体实施例方式下面结合具体实例对本专利技术做进一步的说明。 实施例1一种原位制备镍纳米颗粒掺杂MgB2超导材料的方法，由下述步骤组成(1)分别本文档来自技高网...
【技术保护点】
还原法制备金属镍纳米颗粒掺杂ＭｇＢ↓［２］超导材料的方法，其特征是： １）首先，制备Ｎｉ（ＯＨ）↓［２］－Ｂ先驱粉，原料按Ｍｇ∶Ｎｉ∶Ｂ＝１－ｘ∶ｘ∶２，其中：０＜ｘ≤０．１；将Ｎｉ（ＮＯ↓［３］）↓［２］.６Ｈ↓［２］Ｏ粉和Ｂ粉在蒸 馏水中充分混合搅拌，并用ＮａＯＨ溶液滴定，直至溶液ＰＨ值呈中性，使Ｎｉ（ＮＯ↓［３］）↓［２］.６Ｈ↓［２］Ｏ完全转变为Ｎｉ（ＯＨ）↓［２］；然后在室温下沉淀３～１２个小时，将沉淀在真空干燥箱中干燥除水； ２）将干燥后的Ｎｉ（ＯＨ）↓ ［２］－Ｂ先驱粉放入管式炉中，在氮气或氩气保护下，于３００～６００℃煅烧１～５小时，使Ｎｉ（ＯＨ）↓［２］分解后得到ＮｉＯ－Ｂ混合粉体；升温至５００～７００℃，再通入Ｈ↓［２］，流量为１０～１５Ｌ／ｍｉｎ，保温１－３ｈ，使ＮｉＯ被充分还原得到Ｎｉ－Ｂ混合粉体； ３）将称取符合原子比Ｍｇ∶Ｂ＝１～１．５∶２的Ｍｇ粉与Ｎｉ－Ｂ粉末混合压片于差热分析仪（ＤＴＡ）中６５０℃～８５０℃烧结３０～６０分钟后冷至室温。
【技术特征摘要】
1. 还原法制备金属镍纳米颗粒掺杂MgB2超导材料的方法，其特征是1)首先，制备Ni(OH)2-B先驱粉，原料按MgNiB＝1-xx2，其中0<x≤0.1；将Ni(NO3)2·6H2O粉和B粉在蒸馏水中充分混合搅拌，并用NaOH溶液滴定，直至溶液PH值呈中性，使Ni(NO3)2·6H2O完全转变为Ni(OH)2；然后在室温下沉淀3～12个小时，将沉淀在真空干燥箱中干燥除水；2)将干燥后的Ni(OH)2-B先驱粉放入管式炉中，在氮气或氩气保护下...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘永长，赵倩，马宗青，赵乃勤，康建立，余黎明，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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