脈沖強(qiáng)磁場內(nèi)高溫超導(dǎo)傳輸特性實驗技術(shù)

1、第34卷第2期脈沖強(qiáng)磁場內(nèi)高溫超導(dǎo)傳輸特性實驗技術(shù)楊凱辜承林(華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院,湖北武漢430074)關(guān)鍵:;磁阻;高溫超導(dǎo)體中圖分類號:TM15文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:167124512(2006)0220044203ExperimentaltechniquesfortransportpropertyofHSCinhighpulsedmagneticfieldYangKaiGuChenglin(T)indicatedthatinthere2creaseduniformly,therelationshipbetweenresistivityandtemperaturegionwh

2、eresuperconductivitytookplace,thenormalstatepossessedinsulatorcharacteristic.Keywords:highpulsedmagneticfield;magneto2resistance;hightemperaturesuperconductors(HSC)YangKaiAssoc.Prof.;Dept.ofElectrical&ElectronicsEng.,HuazhongUniv.ofSci.&Tech.,Wuhan430074,China.高儲能密度電容器對脈沖磁體放電,是產(chǎn)生強(qiáng)磁場的理想方案.由這一

3、方案產(chǎn)生50T左右的磁場,有幾點優(yōu)勢:非破壞性磁體可多次放電,顯著延長使用壽命;與直流磁體相比,脈沖電流可減小能量消耗,從而大大降低成本;ms級的短脈沖降低了磁體發(fā)熱,省去了昂貴的冷卻系統(tǒng)1.作為收稿日期:2004212213.一種理想實驗手段,強(qiáng)磁場這一極端物理條件在半導(dǎo)體物理、超導(dǎo)物理與磁性研究中均得到應(yīng)用2,3.對高溫超導(dǎo)薄膜YBa2Cu3O6.5而言,傳輸特性實驗是材料物性研究的重要組成部分4,5,對分析材料的超導(dǎo)電性具有重要指導(dǎo)作用.因此,本文對YBa2Cu3O6.5薄膜在均勻變化磁場中的電作者簡介:楊凱(19762),男,副教授;武漢,華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院(430074)

4、.基金項目:中國比利時國際合作項目脈沖強(qiáng)磁場研究資助項目.第2期楊凱等:脈沖強(qiáng)磁場內(nèi)高溫超導(dǎo)傳輸特性實驗技術(shù)45阻率溫度關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)的實驗研究.1強(qiáng)磁場發(fā)生1.1電容器組在線路電阻中的能量.與高場直流磁體昂貴冷卻如圖1所示,充電單元1將電容器組充電至用戶設(shè)定的電壓值,平行安裝的20個單極性2mF電容2在5kV時提供500kJ的能量.緊急情況下的快速放電回路由100電阻4組成,同時1k電阻5允許用戶在需要時緩慢降低電容器電壓.這樣,電容器的電容C,R體的電感L.,二極管.持續(xù)時間增加.峰值場強(qiáng)為50T、4750Vms1000V時為,對低溫保持器技術(shù)提出了嚴(yán)格限制.目前所用的液氦低溫保持器由4個

5、同軸不銹鋼管構(gòu)成,尾部外徑為16mm,如圖2所示.采用這一結(jié)構(gòu)后,振動噪聲抑制能力可提高10倍以上.圖15kV電容器組電容器組對磁體的放電由機(jī)械開關(guān)7或半導(dǎo)磁體工作時,線圈內(nèi)存在極大的磁力,需要采取特定的加固技術(shù).具體方法為:多層導(dǎo)線徑向繞制,層與層采用玻璃纖維填充,間距可變.這樣,應(yīng)力可在整個磁體內(nèi)部均勻分布.導(dǎo)線為Cu2Ag,最外層采用不銹鋼外殼輔以碳纖維緊箍,效果良好.磁體孔徑?jīng)Q定了物理實驗的適應(yīng)性.最大場強(qiáng)為50T的磁體孔徑為18mm,除去低溫保持器壁厚度后,試樣容器的最大外徑為11mm.在一次放電過程中,磁體近似絕熱過程,需要吸收熱量,因此線圈的熱容量需大于電容器組能量減去消耗2傳輸

6、特性實驗當(dāng)T<Tc時(Tc為臨界溫度),試樣電阻為零,常態(tài)特征被材料本身的超導(dǎo)電性掩蓋了.為獲得材料在Tc溫度以下的常態(tài)特性,將傳輸特性實驗在高達(dá)50T的脈沖強(qiáng)磁場中進(jìn)行,可有效抑制超導(dǎo)電性.測量系統(tǒng)框圖如圖4所示.電池供電的電流源產(chǎn)生通過試樣的常電流,試樣產(chǎn)生的電壓信號通過自行設(shè)計放大器放大,放大器工作帶寬可由直流(0)到150kHz,無需電子濾波器.輸入信號內(nèi)含有感應(yīng)電壓0dH/dt分量,經(jīng)過放大器后,46華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第34卷導(dǎo)線中的感應(yīng)偽電壓可剔除,輸出為所需物理信.參考文獻(xiàn)1Gro¨ossingerR,BadurekG,FidlerJ.Structur

7、almethodsforstudyingnanocrystallinmaterialsJ.JournalofMagnetismandMagneticMaterials,2005,294(2):15292158.2FisherDJ,EhrhardtJC,CollinsSM.AutomateddetectionofnoninvasivemagneticresonancemarkersJ.ComputersinCardiology,1991(5):4932496.3AsamitsuA,MoritomoY,TomiokaY,etal.Struc2turalphasetransitioninducedb

8、yanexternalmagnet2icfieldJ.Nature,1995,373:4072412.4VanackenJ,WeckhuysenL,WambecqT,etal.Highsolid2statephysicsinhighmagneticfieldsJ.Physi2caB2001,2942295:591259.圖4傳輸特性測量的接線圖圖5為YBa2Cu3O6.5薄膜在外加磁場強(qiáng)度為0T,10T,20T,30T,40T,45T,50T時的電阻率與溫度的關(guān)系曲線(T),一系列場強(qiáng)點可描述從超導(dǎo)體到金屬或絕緣體的平滑轉(zhuǎn)變過程.由圖可知,磁場較強(qiáng)時出現(xiàn)平臺部分,隨后d/dT<0,充分說

9、明:在YBa2Cu3O6.5的超導(dǎo)電性發(fā)生區(qū)域內(nèi),常態(tài)具有絕緣體特征.(上接第43頁)參考文獻(xiàn)Research,1986(4):89299.4IkutaK,TsukamotoM,HiroseS.MathematicalmodelandexperimentalverificationofshapememoryalloyfordesigningmicroactuatorsJ.ProceedingsoftheMicroElectroMechanical1991:1032108.5LinG,YangD,WarringtonRO.Acomputationalmodeloftheshapememoryal

10、loysforthedesignandcontrolofmicroactuatorsJ.MicroMechanicalSys2tems,1992(40):1712181.6楊凱,辜承林.基于內(nèi)嵌式SMA電機(jī)的柔性機(jī)械手SystemsConference,1TakaokaS,HorikawaH,KobayashiJ,etal.Appli2cationsanddevelopmentofshape2memoryandsupere2lasticalloysinjapanJ.MaterialsScienceForum,2002(3942395):61268.2BazA,ImamK,McCoyJ.ActivevibrationcontrolofflexiblebeamsusingSM