题目：掺杂Y2Ba4CuBiOy纳米粒子对单畴YBCO超导块材性能的影响

自从高温超导体（HTS）被发现以来，YBCO超导体一直是人们研究的热点和重点内容。研究YBCO超导块材的目的之一就是因为它具有较大的超导磁悬浮力和良好的自稳定磁悬浮特性，因此，可以广泛地用于超导磁悬浮轴承、贮能飞轮、超导电机以及磁悬浮列车等各个领域。但是，许多研究结果表明，单畴YBCO超导块材的超导性能及其稳定性仍需进一步提高，在超导体中引入纳米量级的非超导相粒子可以提高样品的磁通钉扎能力。Y2Ba4CuMOy(M=Bi, Nb, W…)粒子是近几年发现的一种新型非超导相纳米粒子，具有良好的磁通钉扎效果，但是之前的工作都是通过顶部籽晶熔融织构生长方法（TSMTG）引入的。因此，本文用顶部籽晶熔渗生长方法（TSIG）在YBCO超导块材中引入纳米Y2Ba4CuBiOy（YBi2411）粒子，并研究纳米YBi2411磁通钉扎中心的引入对单畴YBCO超导性能的影响。
本文采用顶部籽晶熔渗生长方法（TSIG），制备出了配比为YBi2411/Bi2O3:Y2BaCuO5 =x:(100-x)（x的单位为wt%）的系列单畴YBCO超导块材，并且研究了不同的掺杂比例对样品生长形貌、磁悬浮力以及微观结构的影响；研究了在添加1wt%CeO2的情况下，YBi2411/Bi2O3掺杂量对YBCO超导块材性能的影响；研究了不同粒径的纳米粒子YBi2411对YBCO超导块材性能的影响，主要结果如下：

通过对不同比例纳米粒子YBi2411掺杂单畴YBCO超导块材的研究发现：1样品表面的晶体生长形貌与掺杂比例密切相关：当掺杂量x≤3.5wt%时，从籽晶外延生长的YBCO晶体可以长满整个样品，形成很好的单畴形貌，表面十字花纹明显，而且四个扇区也十分平整；当掺杂量x≥4wt%时，样品中从籽晶外延生长的单畴区域面积逐渐缩小，而且伴随有严重的随机成核现象出现；2样品的磁悬浮力测试结果表明：随着样品中纳米粒子YBi2411掺杂量的增加，样品的磁悬浮力也在逐渐增加，当掺杂量x=3.5wt%时，磁悬浮力达到最大值，约为21N，当样品中的纳米粒子进一步增加时，相应样品的磁悬浮力却迅速减小，直至最低值；3样品的微观结构显示：随着纳米粒子YBi2411掺杂量的增加，粒子的粒径从约80nm增加到约300nm，并且粒子会聚集团簇成更大的粒子，这有可能是导致样品宏观表面形貌和磁悬浮力降低的主要原因。

通过对纳米YBi2411粒子与1wt%CeO2共掺YBCO样品的研究发现：纳米粒子YBi2411的最佳掺杂比例为2wt%，这是由于添加CeO2有效地细化了Y2BaCuO5（Y211）相粒子，提高了样品的磁通钉扎能力，同时也提高了样品的磁悬浮力，在此掺杂比例下，样品的磁悬浮力达到15N，相比较未添加CeO2的样品增加了一倍左右，即少量添加CeO2可以细化超导块材中的Y211粒子，使其在YBCO基体中分布的更加均匀，可有效地提高YBCO超导块材的性能。
通过对掺杂不同粒径纳米YBi2411粒子YBCO样品的研究表明：当YBi2411纳米粒子的掺杂量为2wt%时，YBi2411粒子的粒径大小对单畴YBCO超导块材的生长并无影响；但样品的磁悬浮力随着纳米粒子YBi2411相粒径的减小而呈现出增大的趋势；对其微观结构分析发现，随着添加纳米YBi2411粉体粒径的减小，YBCO超导块材的纳米YBi2411粒子尺寸也在减小，并且分布也趋于均匀化，使得其在YBCO样品中起到很好的磁通钉扎作用。
通过对掺杂不同比例的Bi2O3粉体的YBCO超导块材研究发现：在半熔融状态下，由于Bi2O3粒子的熔点很低，所以很容易大面积接触到Y211与BaCuO2（Y011）液相，反应生成纳米量级的YBi2411相从而可以有效地提高样品的磁悬浮性能。当Bi2O3粒子掺杂量x从0.1wt%增加到0.7wt%时，样品的磁悬浮力从7N增加到25N；当其掺杂量从0.7wt%增加到2wt%时，样品的磁悬浮力从25N降低到6N；随着Bi2O3粒子掺杂量的增加，YBi2411纳米相的密度越来越大，粒子直径约为80nm~160nm之间，但当掺杂量过大时，YBi2411粒子会粗化长大，形成更大的粒子，这就导致了样品的磁悬浮力降低。该实验结果对于我们进一步研究氧化物掺杂对磁通钉扎作用的影响以及提高YBCO超导块材的性能有着重要的影响。
通过对Bi2O3粉体与1wt%CeO2共掺YBCO样品的研究发现：在Y211粉体中添加有1wt%的CeO2粉体时，Bi2O3粉体的最佳掺杂比例为0.5wt%，这是由于添加CeO2粉体有效地细化了Y211相粒子，从而提高了YBCO超导块材磁通钉扎能力超导磁悬浮力，在此掺杂比例下，样品的磁悬浮力达到23N左右，相比较未添加CeO2的样品有所提高，因此适量的CeO2添加可以有效地提高YBCO超导块材的性能。