應(yīng)用案例 | 低溫超導(dǎo)材料NbTi的金相制備

時(shí)間：2024/3/11閱讀：174

每年的3月初,美國物理學(xué)會(huì)將聚在美國的某個(gè)小城舉辦會(huì)議APS MARCH MEETING，從事凝聚態(tài)物理和理論物理等科研學(xué)者都會(huì)聚集在此互相交流。

去年美國物理學(xué)會(huì)在美國賭城拉斯維加斯召開的3月會(huì)議，迪亞斯在會(huì)議上作了關(guān)于镥氫氮的室溫超導(dǎo)的報(bào)告。自然雜志也在同一天將迪亞斯團(tuán)隊(duì)的論文在線發(fā)表引起軒然大波。不過后面被南大聞?；F(tuán)隊(duì)《Nature》發(fā)文否定了。

今年本年度美國物理學(xué)會(huì)的3月會(huì)議將在明尼蘇達(dá)州的明尼阿波利斯召開。美國威廉瑪麗學(xué)院的金玄卓教授將在會(huì)議上作，關(guān)于LK99室溫超導(dǎo)的報(bào)告。

據(jù)APS網(wǎng)站上給出的報(bào)告題目和摘要，金玄卓教授將在報(bào)告中給出LK99最新的配方以及室溫超導(dǎo)的證據(jù)。報(bào)告摘要的內(nèi)容是：他們合成出了材料PCPOSOS，它在室溫和常壓下表現(xiàn)出超導(dǎo)行為，與最初的LK99對(duì)比摻雜了硫，這些材料表現(xiàn)出超導(dǎo)體的特性，包括零電阻、邁斯納效應(yīng)和放置在磁鐵上時(shí)的半懸浮現(xiàn)象。

然而，會(huì)議結(jié)束后，參會(huì)者大多感到失望。一些科學(xué)界人士評(píng)價(jià)稱，這次研究結(jié)果沒有經(jīng)過具有公信力的驗(yàn)證，因此仍然無法確定“PCPOSOS"是否為超導(dǎo)體。

依此看來，目前室溫超導(dǎo)距離我們還是有很大的未知性。雖然室溫超導(dǎo)距離我們還有未知的路要走，但是低溫超導(dǎo)已經(jīng)在日常生活中得到廣泛應(yīng)用。

根據(jù)國際電工委員會(huì)(IEC)的規(guī)定，低溫超導(dǎo)材料的臨界溫度低于 25 K，常見的有 NbTi、Nb3Sn、Nb3Al 等。核磁共振儀器里面使用的超導(dǎo)磁體就是由 NbTi超導(dǎo)線繞制而成。

金相分析可以檢測(cè)材料的組織結(jié)構(gòu)、晶粒大小、晶界、夾雜物等，從而判斷材料的性能和質(zhì)量。下面以 NbTi 超導(dǎo)線為例介紹， NbTi 超導(dǎo)線的金相制備過程。

鑲嵌

NbTi超導(dǎo)線需要檢測(cè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和芯絲直徑，最好采用低放熱的冷鑲環(huán)氧樹脂，如EpoxiCure 2。EpoxiCure 2耐化學(xué)性，能夠很好地粘附在試樣邊緣，收縮率低，具有很好的保邊性。

在鑲嵌之前，需確保樣品表面干凈以及干燥，使樣品與樹脂能更好地結(jié)合，避免鑲嵌后樣品和樹脂間產(chǎn)生縫隙?？p隙在磨拋過程中會(huì)嵌入污染物引入劃痕。

研磨

表面的切割損傷層需使用碳化硅(SiC) 砂紙搭配合適的壓力進(jìn)行粗磨。碳化硅非常堅(jiān)硬，含有尖銳的磨料顆粒，可以在研磨過程中隨著磨盤轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生新的切屑刃，可極大提高材料的去除率。每張砂紙只能使用1-2分鐘，用損耗的SiC砂紙可能會(huì)造成表面損傷。如果切割質(zhì)量良好，可以使用P400的SiC砂紙進(jìn)行初始研磨。由于研磨過程會(huì)產(chǎn)生大量的熱，所以在研磨過程中需保證充分的水冷卻。

拋光

初步研磨結(jié)束后，使用9 µm的多晶金剛石懸浮液搭配硬編織拋光布來去除試樣劃痕。如TexMet C拋光布，具有更高的材料去除率，并有助于提高試樣的平整度。MetaDi多晶金剛石懸浮液中的多晶金剛石具有更多的切割面，可更快地去除損傷變形及劃痕，獲得更好的表面質(zhì)量。對(duì)于銅線，需增加3µm和1µm的拋光步驟，再進(jìn)行終拋。

終拋推薦使用0.02µm MasterMet2氧化硅拋光液，在ChemoMet柔軟多孔的耐化學(xué)腐蝕合成布上進(jìn)行拋光。