不同纳米粒子共同引入对YBa2Cu3O7陶瓷超导性能的影响：一项比较分析

《Nano-Structures & Nano-Objects》：Effects of diverse nanoparticles co-introduction on superconducting traits of YBa 2Cu 3O 7-d ceramics: A comparative analysis

高温超导体YBa2Cu3O7-d中Ag和PbO双纳米颗粒协同效应研究。通过固态热烧结法制备Ag/Al2O3、Ag/Dy2O3、Ag/SiO2、Ag/WO3及PbO/Al2O3、PbO/Dy2O3、PbO/SiO2、PbO/WO3系列样品，结合XRD、SEM和PPMS测试发现：PbO-WO3组合使临界电流密度达6000 A/cm2，较未添加样品提升5倍以上，且Ag纳米颗粒有效增强晶界连接。

　　在当今科技发展迅速的时代，高温超导材料因其在液氮温度（约77 K）以上展现出的零电阻特性，受到了广泛关注。这类材料不仅在能源效率方面具有显著优势，还因其环保性能和强大的应用潜力而成为研究的热点。其中，YBa?Cu?O??d（简称Y123）作为一种具有优异超导性能的陶瓷材料，因其高临界转变温度、高载流密度以及在特定磁场下的强抗磁性而备受推崇。然而，Y123在实际应用中仍存在一些挑战，例如在磁场作用下，磁通涡旋的运动会降低其载流密度和临界物理量，同时晶界弱导性也是限制其性能的一个重要因素。因此，研究如何通过调整材料的结构和特性来提升其性能具有重要意义。

近年来，纳米材料因其独特的物理和化学特性，被广泛应用于改善Y123的性能。纳米颗粒的引入不仅可以增强材料的磁通钉扎能力，还可以优化其微观结构，从而提升整体的超导性能。然而，大多数研究集中于单一纳米材料的添加，而对多种纳米材料共同作用的效果研究较少。因此，本研究旨在探讨同时引入两种不同类型的纳米颗粒（Ag和PbO）以及多种二次氧化物纳米颗粒（Al?O?、Dy?O?、SiO?和WO?）对Y123陶瓷材料的影响。这种双重添加剂策略被认为能够更全面地改善材料的性能，同时增强其抗磁通涡旋的能力。

在本研究中，通过固态热压烧结法，制备了两组样品：一组是Ag纳米颗粒与不同二次氧化物纳米颗粒的组合（如Ag/Al?O?、Ag/Dy?O?、Ag/SiO?和Ag/WO?），另一组是PbO纳米颗粒与相同二次氧化物纳米颗粒的组合（如PbO/Al?O?、PbO/Dy?O?、PbO/SiO?和PbO/WO?）。通过X射线 diffraction（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等手段，对样品的结构进行了全面分析。同时，使用PPMS（物理性质测量系统）测量了样品的电阻-温度曲线（ρ-T）、交流磁化率（χ-T）和直流磁化（M-H）等电学和磁学特性。这些测量结果表明，同时引入Ag和PbO纳米颗粒可以有效提升Y123的载流密度和磁通钉扎能力。

其中，PbO纳米颗粒与WO?纳米颗粒的组合表现出最佳的性能，其载流密度（Jc）达到6000 A/cm2，显著高于未添加对照样品。这一结果表明，PbO纳米颗粒在增强磁通钉扎能力方面具有更强的效果，尤其是在与WO?纳米颗粒结合时，其作用更加明显。相比之下，Ag纳米颗粒在改善晶界连接和增强材料的结构稳定性方面表现出色，能够有效提升Y123的载流密度和临界磁场。

此外，本研究还探讨了不同二次氧化物纳米颗粒对Y123性能的影响。例如，Al?O?纳米颗粒在改善Y123的微观结构方面具有重要作用，能够有效形成磁通钉扎中心。Dy?O?纳米颗粒则通过装饰晶粒和抑制磁通涡旋的运动，显著提升了Y123的临界物理量。SiO?和WO?纳米颗粒的添加则对Y123的临界温度、载流密度和磁通钉扎能力提供了额外的支持。通过分析这些纳米颗粒的协同作用，可以更好地理解如何通过组合不同类型的纳米颗粒来优化Y123的性能。

本研究的发现表明，纳米颗粒的协同作用可以显著提升Y123的超导性能，特别是在提高载流密度和磁通钉扎能力方面。同时，这种双重添加剂策略能够创造更丰富的磁通钉扎中心，从而增强材料对磁通涡旋的抑制能力。这些结果为第二代高温超导技术的发展提供了新的思路，尤其是在利用低成本低温设备开发被动或主动超导装置方面。未来，随着对纳米颗粒协同作用机制的深入研究，有望进一步优化Y123的性能，推动其在实际应用中的广泛使用。