银掺杂优化晶体硼基MgB2 超导体临界电流密度(Jc )的突破性研究

本研究针对MgB2 超导体在高磁场下临界电流密度(Jc )不足的问题，通过系统掺杂银(Ag)纳米颗粒（3.5-5.5 wt.%），在晶体硼基体中构建纳米级钉扎中心。最优组(4.5 wt.% Ag)在20K自场条件下Jc 达227 kAcm?2 ，较未掺杂样品提升46%，创晶体硼基MgB2 块材Jc 纪录，为超导磁体等应用提供新材料策略。

　　

超导材料领域近年来持续关注镁二硼(MgB₂
)的实用化进程，这种具有39K临界温度(T_c
)的超导体因其成本低廉、加工简单等优势，在核磁共振(NMR)、磁悬浮等场景展现出巨大潜力。然而其实际应用长期受限于磁场环境下临界电流密度(J_c
)的快速衰减问题。传统非晶硼原料虽能改善性能，但成本高昂；而更廉价的晶体硼却因缺乏有效钉扎中心导致J_c
偏低。如何通过经济高效的工艺提升晶体硼基MgB₂
的载流能力，成为突破技术瓶颈的关键。

SIT的研究团队Malik Shadab和Muralidhar创新性地将银(Ag)掺杂与晶体硼预处理工艺结合。通过前期研究已证实，晶体硼经球磨筛分可优化MgB₂
晶界结构。在此基础上，本研究首次系统探索了Ag掺杂浓度梯度（3.5-5.5 wt.%）对材料性能的影响。论文发表于《Journal of Alloys and Compounds Communications》，揭示了Ag纳米颗粒在晶体硼体系中独特的钉扎增强机制。

研究采用固态原位反应法，将预处理的晶体硼粉与镁粉、银粉在氩气环境中反应。通过扫描电镜(SEM)确认Ag颗粒在晶界处的分布，能谱分析(EDS)检测到纳米级MgB₂
-Ag复合相。磁测量系统量化了不同温度/磁场条件下的J_c
提升效果。

材料与方法
采用325目镁粉和球磨筛分处理的晶体硼粉，按化学计量比混合不同比例Ag粉（3.5-5.5 wt.%），在氩气保护下烧结制备块材样品。通过X射线衍射(XRD)分析物相组成，SEM-EDS表征微观结构与元素分布，超导量子干涉仪(SQUID)测量磁化曲线计算J_c
。

结果与讨论
XRD显示所有样品均以MgB₂
为主相，未掺杂组存在MgO杂质相。Ag掺杂后出现AgMg合金相，证实了钉扎中心的形成。SEM显示Ag颗粒均匀分布于晶界，4.5 wt.%组形成50-100 nm的MgB₂
晶粒。在7K自场条件下，该组J_c
达379 kAcm^?2
，较未掺杂样提升2.3倍；即使在1T磁场下仍保持132 kAcm^?2
，展现优异的场稳定性。

结论
研究证实4.5 wt.% Ag掺杂可协同优化晶体硼基MgB₂
的微观结构与钉扎特性：一方面Ag纳米颗粒提供有效的磁通钉扎中心，另一方面形成的AgMg相改善晶界连通性。该工作不仅创下晶体硼体系J_c
新纪录，更开辟了通过廉价原料制备高性能超导材料的可行路径，对推进MgB₂
在MRI磁体、故障电流限制器等实际应用具有重要工程价值。