鑽洞對Y-Ba-Cu-O超導體塊材的超導性質與微結構影響之研究

Abstract

本研究主要在探討YBCO超導體在鑽洞後，分析並歸納已鑽洞塊材擄磁能力大於未鑽洞塊材的原因。本實驗除了準備一般未鑽洞塊材，也將塊材鑽以直徑2mm 4、8、16個洞以及直徑1mm 8、16、32個洞，並根據氧氣通道的增加、釘扎中心（pinning center）的變化以及影響塊材半徑的因子進行歸納與分析。 本研究於溫度77K，外加磁場1T下，進行塊材擄獲磁場能力的量測，發現鑽以直徑2mm孔洞的塊材中以4個洞的擄磁能力最大，在退火400小時後，其擄磁能力可高達2300 高斯（Gauss）。當退火時間由200小時增加至400小時，塊材擄磁能力的增幅會隨著鑽洞數增加而增加，以16個孔洞的擄磁增幅最大，有91%。而在直徑1mm孔洞的塊材中，則以8個洞之擄磁能力最大，塊材僅退火200小時，更可高達3000高斯的擄磁能力。經各項數據比較後，推測擄磁能力與塊材表面積以及體積有關。 鑽洞後塊材增加氧氣通道，有益於充氧退火度的有效增加，因此本研究首先進行重量增加量的量測，由重量增加量的結果中可推測已鑽洞塊材皆已達到充氧退火飽和，而未鑽洞塊材重量增加量則是持續上升。理論計算氧氣於溫度300℃，時間200小時的條件下，擴散深度僅有3μm，但在觀察已鑽洞塊材的雙晶面（twin plane）時，雙晶分佈距離卻高達500μm，然而未鑽洞塊材僅可部分區域觀察到退火相的分佈，由此推測出已鑽洞塊材會較未鑽洞塊材快速達到退火飽和。 由於影響擄磁能力的因子有塊材半徑、厚度以及電流密度，其中半徑因子是成三次方倍數影響，而電流密度的影響則是來自非超導項的比表面積，因此本研究接著進行孔隙率、211覆?率、面積收縮率以及微裂縫覆?率判斷半徑因子的改變，以Y211比表面積的計算判斷電流密度的影響。結果顯示，已鑽洞塊材之半徑因子與Y211比表面積的量值皆大於未鑽洞塊材，經計算值與實際值的比較後，雖有8 79%的差異，而其原因可能來自於計算過程假設兩塊材皆達退火飽和，以及其他未定量但可形成釘扎中心（Pinning center）的缺陷。 本研究將鑽直徑2mm 4個洞塊材進行溫度30K、外加磁場2T下，塊材擄磁能力的量測與釘扎能（pinning energy）的計算，結果顯示塊材最終可擄獲1 843T的磁場，並且有1 23eV之釘扎能。

Date of Award	2015 Jan 19
Original language	Chinese
Supervisor	In-Gann Chen (Supervisor)