金属氮化物制备、晶体结构与超导电性的研究

摘要

本论文对目前已发现的各种超导体进行了简单介绍，归纳总结了新超导体的探索方向，主要研究含氮化合物制备，晶体结构以及超导电性。主要取得了以下研究结果：
　　 1．二元金属氮化物有广泛的应用，也可作为制备三元或多元氮化物的原料。我们利用直接反应法在静态氮气氛下合成了从活泼金属（Li，Mg，La，Ce和Al）到过渡金属（Ti，Zr，V，Nb和Cr）等十种二元氮化物。对所得氮化物进行XRD物相分析，表明所得产物均以二元氮化物为主相，杂相含量很少。用扫描电镜（SEM）观察AlN，TiN和VN样品的表面形貌，EDX分析表明它们的化学组成与名义成分基本一致。在利用金属与氮气反应制取氮化物的方法中，一般采用流动气氛，需要消耗较多高纯氮气。我们提出的方法环境友好并且节省资源，便于推广应用到较大批量氮化物合成中。
　　 2．利用微波合成方法重点探索了过渡金属氧化物的含氧酸铵盐NH4VO3，（NH4）6（Mo7O24）·4H2O和N5H37W6O24·H2O与尿素和三聚氰胺在不同条件下反应生成产物的规律，反应在N2/H2气氛保护下进行。研究发现，在偏钒酸铵和尿素的反应中，随着反应温度的升高原料分解较完全，生成钒的氮氧化物。在钼酸铵、钨酸铵和尿素反应中，随着尿素比例的增加，生成产物依次由氧化物向氮化物再向碳化物过渡，产物尺寸在纳米数量级。在钼酸铵、钨酸铵和三聚氰胺反应中，分别生成MoC和WC，产物不随三聚氰胺的增加变化。运用此种微波方法探索生成产物的规律还未有文献报道过。
　　 3．利用In2O3与Ni，Co金属粉末（或氧化物）在NH3下600℃反应，得到两种钙钛矿结构三元氮化物InNM3（M= Ni，Co），晶胞参数分别为3.8445（1）A（M=Ni）和3.8541（7）A（M=Co）。InNCo3是一新三元化合物；InNNi3曾以不同的氮含量InNNi0.5被PDF卡片报道过，但它的合成方法和性能还未有报道。电性分析发现，两种化合物均呈现金属行为，在70K以下电阻随温度平方呈线性变化，显示了费米液态行为。零场冷和场冷的磁性测量以及磁化强度的驰豫时间测量显示它们都是近似自旋玻璃行为的化合物，玻璃转变温度分别在300 K（M=Ni）和10 K（M=Co）。
　　 4．对铁基超导体进行了一些探索。重点探索了FeTe体系中，在Te的位置部分取代S，O和I的掺杂效应。研究发现，在Fe1.2Te1-xSx（x=0-0.25）体系中，所有样品在5K以上均未出现超导转变，样品呈现半导体行为。在Fe1+xTe0.8S0.2（x=0.08，0.12，0.16）体系中，所有样品在9K左右出现超导转变，随铁含量的增加，转变温度略有降低，说明铁含量的增加会抑制超导。但至5K样品电阻都还未降为零，这可能由于样品不均匀导致。在FeTe0.8I0.2样品中发现，在低温范围内有一反铁磁转变，相比未掺杂样品，尼尔温度TN向低温移动。对于FeTe0.9O0.1体系，由于样品单相性不好，目前正在继续深入研究之中。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1超导体研究回顾

1.1.1超导体材料概述

1.1.2超导材料的类型

1.1.3高温超导机理的研究

1.1.4高温超导基础研究的意义

1.1.5高温超导的夹层模型

1.1.6当前超导体研究的方向

1.2典型的氮化物超导体研究进展

1.2.1 MN(M=Nb，Zr,Ti，V， Hf,Ta，Mo)

1.2.2 CaTaN2

1.2.3 La3Ni2B2N3

1.2.4 Li1-xMNCl(M=Zr,Hf)

1.3本论文的研究背景和研究动机

第二章样品制备及结构和物性测量方法

2.1试样的制备

2.1.1合成方法

2.1.2试样的均匀化处理

2.1.3淬冷技术

2.2样品的X射线结构分析

2.2.1 X射线分析原理简介

2.2.2 X射线结构分析实验过程和数据处理

2.3电阻和磁性测量方法

2.3.1电阻测量

2.3.2磁性测量

2.3.3两种方法比较

2.4扫描电子显微镜

2.4.1扫描电子显微镜的工作原理

2.4.2扫描电镜的特点

第三章二元氮化物的制备

3.1静态氮气氛中制备二元氮化物

3.2样品制备

3.3物相分析

3.4电镜分析

3.5讨论

3.6以Li3N作为氮源制备二元氮化物

3.7小结

第四章微波加热钒、钨和钼含氧酸铵盐制备氮化物的探索

4.1微波合成的原理

4.2微波加热NH4V03和尿素反应的研究

4.2.1样品制备

4.2.2结构和物性分析

4.3微波加热N5H37W6O24·H2O和尿素反应的研究

4.4微波加热N5H37W6O24·H20和三聚氰胺反应的研究

4.5微波加热(NH4)6(MO7O24)·4H2O和尿素反应的研究

4.6微波加热(NH4)6(MO7O24)·4H2O和三聚氰胺反应的研究

4.7小结

第五章三元氮化物InNM3(M=Ni，Co)的制备与性质

5.1引言

5.2样品制备

5.3结构和电磁性能

5.4其他三元氮化物的探索

5.5小结

第六章铁基超导体FeTe掺杂效应研究

6.1引言

6.2 Fel+vTel-xSr系列化合物的合成和物性研究

6.2.1样品制备

6.2.2结构和电性能

6.3 FeTe0.9O0.1和FeTe0.8I0.2系列样品的合成和物性研究

6.3.1样品制备

6.3.2结构和磁性能

6.4小结

第七章总结与展望

参考文献

致谢

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