Sr1-xKxFe2As2鐵基超導(dǎo)線帶材：低成本制備與性能優(yōu)化研究一、引言1.1研究背景與意義超導(dǎo)現(xiàn)象自1911年被發(fā)現(xiàn)以來，一直是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。超導(dǎo)體在臨界溫度以下具有零電阻和完全抗磁性等獨(dú)特性質(zhì)，這些性質(zhì)使其在能源、醫(yī)療、交通、通信等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，如超導(dǎo)電纜可實(shí)現(xiàn)無電阻輸電，大大降低能源損耗；超導(dǎo)磁體用于核磁共振成像（MRI）設(shè)備，能夠提供高分辨率的醫(yī)學(xué)影像，助力疾病診斷；超導(dǎo)磁懸浮列車則利用超導(dǎo)體的完全抗磁性，實(shí)現(xiàn)高速、穩(wěn)定的運(yùn)行，為未來交通發(fā)展提供了新的方向。鐵基超導(dǎo)體作為一類新型高溫超導(dǎo)體，自2008年被發(fā)現(xiàn)以來，引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。與傳統(tǒng)的低溫超導(dǎo)體（如NbTi、Nb?Sn等）和銅基高溫超導(dǎo)體相比，鐵基超導(dǎo)體具有獨(dú)特的優(yōu)勢。其晶體結(jié)構(gòu)相對簡單，相干長度較大，各向異性較小，這使得它在強(qiáng)磁場應(yīng)用中具有很大的潛力。鐵基超導(dǎo)體還具有較高的上臨界場和臨界電流密度，有望在高場超導(dǎo)磁體、核磁共振譜儀、可控核聚變裝置、高能粒子加速器等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。在高場超導(dǎo)磁體中，鐵基超導(dǎo)體能夠產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場，滿足科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用對強(qiáng)磁場的需求；在核磁共振譜儀中，可提高譜儀的分辨率和靈敏度，有助于更深入地研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。在眾多鐵基超導(dǎo)體中，Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體由于其較高的臨界轉(zhuǎn)變溫度（Tc約37K）、相對簡單的制備工藝以及較好的化學(xué)穩(wěn)定性，成為應(yīng)用超導(dǎo)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。通過對Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體的研究，有望制備出高性能的超導(dǎo)線帶材，為超導(dǎo)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供關(guān)鍵材料支持。制備高性能的Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材對于推動(dòng)超導(dǎo)應(yīng)用具有重要意義。在電力傳輸領(lǐng)域，超導(dǎo)電纜采用Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材，可實(shí)現(xiàn)低損耗、大容量的電力傳輸，減少能源在傳輸過程中的浪費(fèi)，提高能源利用效率，對于緩解能源緊張問題具有積極作用。在醫(yī)療領(lǐng)域，用于MRI設(shè)備的超導(dǎo)磁體若采用該超導(dǎo)線帶材，能夠提升磁體性能，獲得更清晰、準(zhǔn)確的醫(yī)學(xué)影像，有助于疾病的早期診斷和治療，提高醫(yī)療水平。在交通領(lǐng)域，超導(dǎo)磁懸浮列車使用Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材制成的超導(dǎo)磁體，可增強(qiáng)懸浮和導(dǎo)向力，使列車運(yùn)行更加穩(wěn)定、高效，提升交通出行的便捷性和舒適性。從強(qiáng)場超導(dǎo)磁體的角度來看，Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材的研究也至關(guān)重要。強(qiáng)場超導(dǎo)磁體在許多前沿科學(xué)研究和高端技術(shù)領(lǐng)域都是不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備，如在可控核聚變研究中，強(qiáng)磁場用于約束高溫等離子體，實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)，為人類未來能源供應(yīng)提供希望。而Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材因其高臨界電流密度和高上臨界場的特性，有望滿足強(qiáng)場超導(dǎo)磁體對材料性能的嚴(yán)格要求，推動(dòng)可控核聚變等領(lǐng)域的發(fā)展。在高能粒子加速器中，強(qiáng)場超導(dǎo)磁體用于加速和引導(dǎo)粒子束，提高加速器的能量和精度，有助于探索物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和基本相互作用。使用Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材制造的超導(dǎo)磁體，能夠提高加速器的性能，為高能物理研究提供更強(qiáng)大的工具。盡管鐵基超導(dǎo)體具有諸多優(yōu)勢，但目前在制備高性能的Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材方面仍面臨一些挑戰(zhàn)。制備過程中容易出現(xiàn)雜質(zhì)相，影響超導(dǎo)線帶材的性能；晶界弱連接問題也較為突出，導(dǎo)致超導(dǎo)電流在晶界處的傳輸受到阻礙，降低了臨界電流密度。成本較高也是限制其大規(guī)模應(yīng)用的一個(gè)重要因素。因此，開展低成本Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材的制備及優(yōu)化研究具有迫切的現(xiàn)實(shí)需求。通過優(yōu)化制備工藝、探索新的摻雜方法和包套材料等手段，有望提高超導(dǎo)線帶材的性能，降低制備成本，推動(dòng)Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材的實(shí)際應(yīng)用，為超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用做出貢獻(xiàn)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自2008年鐵基超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)以來，全球范圍內(nèi)掀起了對鐵基超導(dǎo)體的研究熱潮，Sr???K?Fe?As?作為其中具有代表性的體系，其超導(dǎo)線帶材的制備及優(yōu)化研究取得了一系列重要進(jìn)展。在制備工藝方面，粉末裝管法（PIT）是目前制備Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材的主要方法之一。該方法具有工藝簡單、成本較低的優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用。原位PIT法是將原料粉末直接裝入金屬管中，經(jīng)過拉拔、軋制等加工工藝后進(jìn)行熱處理，使原料反應(yīng)生成超導(dǎo)相。這種方法雖然工藝簡便，但在超導(dǎo)芯中容易形成孔洞、雜相等缺陷，影響超導(dǎo)線帶材的性能。先位PIT法則是先將原料合成超導(dǎo)相粉末，再裝入金屬管中進(jìn)行加工，能夠獲得較高相純度和致密度的超導(dǎo)芯，但制備過程相對復(fù)雜。國外一些研究團(tuán)隊(duì)在粉末裝管法制備Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材方面取得了顯著成果。例如，[具體團(tuán)隊(duì)1]通過優(yōu)化原位PIT法的熱處理工藝，在一定程度上提高了超導(dǎo)線帶材的臨界電流密度。他們研究了不同熱處理溫度和時(shí)間對超導(dǎo)相形成和微觀結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)提高熱處理溫度和延長保溫時(shí)間，可以促進(jìn)超導(dǎo)相的生長和結(jié)晶，減少雜質(zhì)相的含量，從而提高臨界電流密度。然而，過高的熱處理溫度也會(huì)導(dǎo)致晶粒過度長大，晶界數(shù)量減少，不利于磁通釘扎，反而降低臨界電流密度。國內(nèi)的科研團(tuán)隊(duì)也在不斷探索和改進(jìn)制備工藝。[具體團(tuán)隊(duì)2]采用先位PIT法，通過控制粉末的粒度和裝管密度，成功制備出了高性能的Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材。他們發(fā)現(xiàn)，粉末粒度對超導(dǎo)線帶材的性能有重要影響。較小的粉末粒度可以增加粉末之間的接觸面積，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，有利于形成均勻的超導(dǎo)相。合適的裝管密度能夠保證超導(dǎo)芯的致密度，減少孔洞等缺陷，提高超導(dǎo)電流的傳輸能力。通過優(yōu)化這些參數(shù)，他們制備的超導(dǎo)線帶材在4.2K、10T的條件下，臨界電流密度達(dá)到了較高水平。除了粉末裝管法，一些新的制備技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)。例如，化學(xué)氣相沉積法（CVD）可以在基底上生長高質(zhì)量的Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)薄膜，為制備高性能的超導(dǎo)線帶材提供了新的思路。[具體團(tuán)隊(duì)3]利用CVD法在特定的基底上生長了Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)薄膜，通過精確控制生長過程中的氣體流量、溫度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對薄膜的晶體結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能的調(diào)控。這種方法制備的超導(dǎo)薄膜具有良好的結(jié)晶質(zhì)量和取向性，在一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域具有潛在的優(yōu)勢。但CVD法設(shè)備昂貴，制備過程復(fù)雜，產(chǎn)量較低，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。在包套材料的選擇上，銀及其合金由于具有良好的導(dǎo)電性、延展性和化學(xué)穩(wěn)定性，是目前常用的包套材料。[具體團(tuán)隊(duì)4]研究了銀包套對Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材性能的影響，發(fā)現(xiàn)銀包套不僅可以保護(hù)超導(dǎo)芯不受外界環(huán)境的影響，還能夠提供良好的電流通路，降低接觸電阻。銀包套的成本較高，限制了超導(dǎo)線帶材的大規(guī)模應(yīng)用。為了降低成本，一些研究嘗試采用銅、鎳等金屬或其合金作為包套材料。[具體團(tuán)隊(duì)5]采用銅銀復(fù)合包套制備Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材，通過預(yù)復(fù)合工藝有效減少了包套中的間隙氣體，增強(qiáng)了復(fù)合金屬包套的界面結(jié)合。這種方法在一定程度上降低了成本，同時(shí)保持了較好的超導(dǎo)性能。他們通過實(shí)驗(yàn)對比了純銀包套和銅銀復(fù)合包套的超導(dǎo)線帶材，發(fā)現(xiàn)銅銀復(fù)合包套帶材在750°C燒結(jié)3h后，實(shí)現(xiàn)了6.2×10?A/cm2（4.2K,10T）的高臨界電流密度，與純銀包套帶材相比，成本顯著降低，性能也能滿足一些應(yīng)用需求。在晶界結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究方面，晶界是影響多晶超導(dǎo)線帶材臨界電流密度的關(guān)鍵因素之一。由于晶界處存在晶格畸變和雜質(zhì)偏聚，超導(dǎo)電流在晶界處的傳輸受到阻礙，導(dǎo)致臨界電流密度降低。國內(nèi)外眾多研究致力于改善晶界性能，提高超導(dǎo)電流的傳輸能力。[具體團(tuán)隊(duì)6]通過對Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材進(jìn)行熱機(jī)械處理，改變晶界的結(jié)構(gòu)和取向，使晶界處的晶格畸變減小，從而提高了晶界的超導(dǎo)性能。他們研究了不同熱機(jī)械處理工藝對晶界結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)能堉坪屯嘶鸸に嚳梢允咕ЯＨ∠蚋右恢?，晶界角度減小，有利于超導(dǎo)電流的傳輸。采用離子束輻照等方法對晶界進(jìn)行修飾，也能夠引入缺陷，增強(qiáng)磁通釘扎，提高臨界電流密度。[具體團(tuán)隊(duì)7]利用離子束輻照Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材，在晶界處引入了納米級(jí)的缺陷，這些缺陷可以有效地釘扎磁通線，阻止磁通的運(yùn)動(dòng)，從而提高了超導(dǎo)線帶材在磁場下的臨界電流密度。但離子束輻照工藝復(fù)雜，成本較高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。在化學(xué)摻雜對Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體性能影響的研究方面，通過對Sr和K位進(jìn)行不同元素的摻雜，可以調(diào)控超導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)，從而改善其超導(dǎo)性能。[具體團(tuán)隊(duì)8]研究了稀土元素?fù)诫s對Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體的影響，發(fā)現(xiàn)適量的稀土元素?fù)诫s可以提高超導(dǎo)體的上臨界場和臨界電流密度。他們通過實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算相結(jié)合的方法，揭示了稀土元素?fù)诫s對電子結(jié)構(gòu)的影響機(jī)制。稀土元素的摻雜可以改變費(fèi)米面附近的電子態(tài)密度，增強(qiáng)電子-聲子相互作用，從而提高超導(dǎo)性能。對As位進(jìn)行摻雜也能顯著影響超導(dǎo)體的性能。[具體團(tuán)隊(duì)9]采用P元素部分替代As元素，發(fā)現(xiàn)隨著P摻雜量的增加，Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度先升高后降低，在一定摻雜濃度下，臨界電流密度得到了明顯提高。這是因?yàn)镻摻雜改變了晶體結(jié)構(gòu)中的鍵長和鍵角，影響了電子的傳輸和配對，從而對超導(dǎo)性能產(chǎn)生影響。盡管在Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材的制備及優(yōu)化研究方面取得了一定進(jìn)展，但目前仍存在一些問題和挑戰(zhàn)。制備工藝的穩(wěn)定性和重復(fù)性有待提高，不同批次制備的超導(dǎo)線帶材性能差異較大，這給大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用帶來了困難。雜質(zhì)相的控制仍然是一個(gè)難題，即使采用先位法等工藝，仍難以完全避免雜質(zhì)相的存在，雜質(zhì)相的存在會(huì)降低超導(dǎo)線帶材的性能。降低成本的任務(wù)仍然艱巨，雖然采用了一些低成本的包套材料和改進(jìn)制備工藝，但與傳統(tǒng)超導(dǎo)材料相比，Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材的成本仍然較高，限制了其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。晶界弱連接問題雖然通過一些方法得到了一定改善，但在高場和大電流密度下，晶界對超導(dǎo)電流的阻礙仍然較為明顯，需要進(jìn)一步深入研究晶界的微觀結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)電流傳輸機(jī)制，尋找更有效的改善方法。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容1.3.1研究目標(biāo)本研究旨在通過對制備工藝、包套材料、化學(xué)摻雜等方面的深入研究，制備出低成本、高性能的Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材，并對其性能進(jìn)行優(yōu)化，為鐵基超導(dǎo)線帶材的大規(guī)模應(yīng)用提供理論和技術(shù)支持。具體目標(biāo)如下：優(yōu)化粉末裝管法（PIT）的制備工藝，包括原料粉末的預(yù)處理、加工工藝參數(shù)的優(yōu)化以及熱處理?xiàng)l件的調(diào)控，提高超導(dǎo)線帶材的相純度、致密度和臨界電流密度，降低制備過程中的缺陷和雜質(zhì)相含量。探索新型低成本包套材料，研究其與Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)芯的兼容性和相互作用機(jī)制，在保證超導(dǎo)線帶材性能的前提下，顯著降低包套材料的成本，提高超導(dǎo)線帶材的性價(jià)比。研究化學(xué)摻雜對Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)性能的影響規(guī)律，通過合理的化學(xué)摻雜，提高超導(dǎo)線帶材的上臨界場、臨界電流密度和臨界轉(zhuǎn)變溫度，改善其在高場和大電流密度下的性能。深入研究晶界結(jié)構(gòu)與超導(dǎo)性能的關(guān)系，探索有效的晶界修飾方法，改善晶界的超導(dǎo)性能，增強(qiáng)晶界對超導(dǎo)電流的傳輸能力，提高多晶超導(dǎo)線帶材的整體性能。1.3.2研究內(nèi)容為實(shí)現(xiàn)上述研究目標(biāo)，本研究將開展以下幾個(gè)方面的工作：Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材制備工藝研究采用原位和先位粉末裝管法制備Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材，系統(tǒng)研究原料粉末的粒度、混合均勻性、裝管密度等因素對超導(dǎo)相形成和微觀結(jié)構(gòu)的影響。通過優(yōu)化這些參數(shù)，減少超導(dǎo)芯中的孔洞和雜質(zhì)相，提高超導(dǎo)相的含量和致密度。研究不同加工工藝（如拉拔、軋制等）的加工道次、加工速率和加工溫度對超導(dǎo)線帶材微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響。通過合理控制加工工藝參數(shù)，改善超導(dǎo)線帶材的晶粒取向和晶界結(jié)構(gòu)，提高其力學(xué)性能和超導(dǎo)性能。深入研究熱處理工藝（包括熱處理溫度、時(shí)間、升溫速率和降溫速率等）對Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材超導(dǎo)性能的影響。通過優(yōu)化熱處理工藝，促進(jìn)超導(dǎo)相的生長和結(jié)晶，提高超導(dǎo)相的質(zhì)量和性能，確定最佳的熱處理工藝參數(shù)。低成本包套材料的探索與研究調(diào)研和篩選具有潛在應(yīng)用價(jià)值的低成本金屬或合金作為包套材料，如銅、鎳及其合金等。研究這些包套材料的物理性能（如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性等）、化學(xué)穩(wěn)定性以及與Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)芯的兼容性。采用實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算相結(jié)合的方法，研究包套材料與超導(dǎo)芯之間的界面結(jié)合機(jī)制和相互作用。通過優(yōu)化包套材料的制備工藝和界面處理方法，增強(qiáng)包套材料與超導(dǎo)芯之間的界面結(jié)合力，降低界面電阻，提高超導(dǎo)線帶材的整體性能。對采用新型包套材料制備的Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材進(jìn)行性能測試和評估，包括臨界電流密度、臨界轉(zhuǎn)變溫度、上臨界場等超導(dǎo)性能以及力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性等。與傳統(tǒng)銀包套超導(dǎo)線帶材進(jìn)行對比，分析新型包套材料對超導(dǎo)線帶材性能的影響，確定其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和優(yōu)勢。化學(xué)摻雜對Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體性能的影響研究選擇合適的元素（如稀土元素、過渡金屬元素等）對Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體的Sr、K或As位進(jìn)行化學(xué)摻雜。通過控制摻雜元素的種類、含量和摻雜方式，研究化學(xué)摻雜對超導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)性能的影響規(guī)律。利用X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、能譜分析（EDS）等材料分析技術(shù)，對摻雜后的Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)和成分分析。結(jié)合超導(dǎo)性能測試結(jié)果，揭示化學(xué)摻雜對超導(dǎo)體微觀結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)性能的影響機(jī)制。通過理論計(jì)算（如第一性原理計(jì)算、分子動(dòng)力學(xué)模擬等），深入研究化學(xué)摻雜對Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度的影響。從理論層面解釋化學(xué)摻雜對超導(dǎo)性能的調(diào)控機(jī)制，為實(shí)驗(yàn)研究提供理論指導(dǎo)，優(yōu)化化學(xué)摻雜方案，提高超導(dǎo)線帶材的性能。晶界結(jié)構(gòu)與超導(dǎo)性能關(guān)系及晶界修飾研究采用高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）、掃描隧道顯微鏡（STM）等先進(jìn)技術(shù)，對Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材的晶界結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)表征。研究晶界的原子排列、晶格畸變、雜質(zhì)偏聚等微觀結(jié)構(gòu)特征與超導(dǎo)性能之間的關(guān)系，揭示晶界對超導(dǎo)電流傳輸?shù)淖璧K機(jī)制。探索有效的晶界修飾方法，如離子束輻照、化學(xué)氣相沉積（CVD）、原子層沉積（ALD）等。通過在晶界處引入缺陷、納米顆粒或薄膜等，改變晶界的微觀結(jié)構(gòu)和性能，增強(qiáng)晶界對超導(dǎo)電流的傳輸能力，提高超導(dǎo)線帶材的臨界電流密度。研究晶界修飾對Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材在不同溫度和磁場條件下超導(dǎo)性能的影響。通過對比修飾前后超導(dǎo)線帶材的性能變化，評估晶界修飾方法的有效性和穩(wěn)定性，為改善多晶超導(dǎo)線帶材的晶界性能提供技術(shù)手段和理論依據(jù)。二、Sr1-xKxFe2As2鐵基超導(dǎo)體基礎(chǔ)2.1晶體結(jié)構(gòu)與超導(dǎo)特性Sr???K?Fe?As?屬于122型鐵基超導(dǎo)體，具有ThCr?Si?型四方晶體結(jié)構(gòu)，空間群為I4/mmm。其晶體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由[具體結(jié)構(gòu)描述，如Sr（K）原子層和Fe?As?層交替堆疊而成，F(xiàn)e?As?層中Fe原子形成正方形晶格，As原子位于正方形的對角線上，與Fe原子形成較強(qiáng)的化學(xué)鍵，這種結(jié)構(gòu)賦予了材料獨(dú)特的物理性質(zhì)]。在這種結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)e?As?層是超導(dǎo)的活性層，負(fù)責(zé)電子的傳輸和超導(dǎo)配對，而Sr和K原子則起到調(diào)節(jié)載流子濃度和穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)的作用。在未摻雜的SrFe?As?母體中，F(xiàn)e原子的3d電子與As原子的4p電子之間存在強(qiáng)烈的相互作用，形成了具有特定能帶結(jié)構(gòu)的電子系統(tǒng)。由于這種相互作用，SrFe?As?在低溫下會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)相變和反鐵磁相變，從高溫的四方相轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏氐恼幌?，同時(shí)伴隨著反鐵磁序的出現(xiàn)，此時(shí)材料不具有超導(dǎo)性。當(dāng)K?部分替代Sr2?后，體系引入了空穴載流子，打破了母體中的電子結(jié)構(gòu)平衡?？昭ǖ淖⑷敫淖兞薋e原子周圍的電子云分布，進(jìn)而影響了Fe-As鍵的鍵長和鍵角。通過X射線衍射（XRD）等實(shí)驗(yàn)技術(shù)對不同K摻雜濃度的Sr???K?Fe?As?進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)隨著K?摻雜量x的增加，晶格常數(shù)a和c會(huì)發(fā)生變化。具體來說，a通常會(huì)略有減小，這是因?yàn)镵?離子半徑（1.38?）略小于Sr2?離子半徑（1.44?），替代后使得晶格在平面內(nèi)收縮；而c的變化則較為復(fù)雜，可能會(huì)出現(xiàn)先減小后增大的趨勢，這與K?摻雜引起的電子結(jié)構(gòu)變化以及Fe?As?層間相互作用的改變有關(guān)。這種結(jié)構(gòu)變化對超導(dǎo)特性產(chǎn)生了顯著影響。隨著K?摻雜量的增加，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc會(huì)逐漸升高，當(dāng)x達(dá)到一定值時(shí)，Tc達(dá)到最大值，隨后隨著x的進(jìn)一步增加，Tc又逐漸降低。研究表明，在x約為0.3時(shí)，Sr???K?Fe?As?的Tc可達(dá)到約37K。這是因?yàn)檫m量的K?摻雜引入了合適濃度的空穴載流子，優(yōu)化了電子結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了電子-聲子相互作用，從而有利于超導(dǎo)配對的形成。而當(dāng)K?摻雜量過多時(shí)，可能會(huì)引入過多的雜質(zhì)或缺陷，破壞超導(dǎo)序，導(dǎo)致Tc下降。Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體的上臨界場Hc2也具有重要的研究價(jià)值。上臨界場是指超導(dǎo)體在磁場中保持超導(dǎo)態(tài)的最大磁場強(qiáng)度，它反映了超導(dǎo)體在強(qiáng)磁場環(huán)境下的性能。Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體具有較高的上臨界場，在低溫下，其Hc2可超過100T。這一特性使得它在高場超導(dǎo)磁體等應(yīng)用領(lǐng)域具有很大的潛力。例如，在核磁共振譜儀中，高上臨界場的超導(dǎo)材料可以提供更強(qiáng)的磁場，提高譜儀的分辨率和靈敏度，有助于更深入地研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。超導(dǎo)體的各向異性也是一個(gè)重要的超導(dǎo)特性。各向異性反映了超導(dǎo)體在不同方向上物理性質(zhì)的差異，通常用各向異性參數(shù)γ來表示。對于Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體，其各向異性相對較小，γ約為1-2。較小的各向異性意味著超導(dǎo)電流在不同方向上的傳輸能力差異較小，這有利于在實(shí)際應(yīng)用中提高超導(dǎo)線帶材的性能穩(wěn)定性。例如，在超導(dǎo)電纜中，較小的各向異性可以保證電流在電纜橫截面上均勻分布，減少電流集中和熱損耗，提高輸電效率。與其他常見超導(dǎo)體相比，Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體具有獨(dú)特的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的低溫超導(dǎo)體如NbTi和Nb?Sn相比，Sr???K?Fe?As?的臨界轉(zhuǎn)變溫度更高，這意味著在相對較高的溫度下仍能保持超導(dǎo)態(tài)，降低了制冷成本和技術(shù)難度。與銅基高溫超導(dǎo)體相比，Sr???K?Fe?As?的晶體結(jié)構(gòu)相對簡單，相干長度較大，各向異性較小。較大的相干長度使得超導(dǎo)電子對的空間范圍更大，有利于減少晶界對超導(dǎo)電流的阻礙，提高臨界電流密度。較小的各向異性則使得材料在不同方向上的性能更加均勻，更適合大規(guī)模應(yīng)用。Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)與超導(dǎo)特性密切相關(guān)，通過對其晶體結(jié)構(gòu)的深入研究和理解，可以更好地掌握超導(dǎo)特性的變化規(guī)律，為制備高性能的超導(dǎo)線帶材提供理論基礎(chǔ)。2.2超導(dǎo)機(jī)制探討鐵基超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)制是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，目前尚未完全明確，存在多種理論模型和觀點(diǎn)。這些理論模型主要圍繞鐵基超導(dǎo)體中電子配對的本質(zhì)、超導(dǎo)與磁性的關(guān)系以及晶格結(jié)構(gòu)的作用等方面展開探討。在眾多理論模型中，s±波配對模型是較為廣泛接受的一種。該模型認(rèn)為，鐵基超導(dǎo)體中存在多個(gè)費(fèi)米面，電子在不同費(fèi)米面之間通過反鐵磁漲落相互作用形成配對。在s±波配對中，配對電子的波函數(shù)符號(hào)在不同費(fèi)米面之間相反，這種配對方式能夠有效地利用反鐵磁漲落，增強(qiáng)超導(dǎo)配對相互作用。通過角分辨光電子能譜（ARPES）等實(shí)驗(yàn)技術(shù)對鐵基超導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其費(fèi)米面由多個(gè)電子型和空穴型口袋組成，為s±波配對模型提供了實(shí)驗(yàn)支持。在Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體中，ARPES測量結(jié)果表明，其費(fèi)米面存在多個(gè)口袋，且不同口袋之間的電子態(tài)存在明顯的相互作用，這與s±波配對模型的預(yù)測相符。磁性在鐵基超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)制中起著關(guān)鍵作用。許多鐵基超導(dǎo)體的母體在低溫下呈現(xiàn)反鐵磁有序，當(dāng)通過摻雜或其他方式引入超導(dǎo)性時(shí)，反鐵磁序與超導(dǎo)序相互競爭。研究表明，反鐵磁漲落可以作為超導(dǎo)配對的媒介，促進(jìn)電子配對形成超導(dǎo)態(tài)。中子散射實(shí)驗(yàn)是研究磁性的重要手段，通過中子散射實(shí)驗(yàn)可以測量鐵基超導(dǎo)體中的磁激發(fā)和磁結(jié)構(gòu)。在Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體的中子散射實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)了與反鐵磁漲落相關(guān)的磁激發(fā)模式，這些磁激發(fā)在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度附近發(fā)生了明顯的變化，表明磁性與超導(dǎo)之間存在緊密的聯(lián)系。晶格結(jié)構(gòu)對超導(dǎo)機(jī)制也有重要影響。鐵基超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)e-As層的結(jié)構(gòu)和電子態(tài)對超導(dǎo)性能起著決定性作用。晶格的振動(dòng)和畸變會(huì)影響電子-聲子相互作用，進(jìn)而影響超導(dǎo)配對。拉曼光譜和紅外光譜等實(shí)驗(yàn)技術(shù)可以用于研究晶格振動(dòng)和電子-聲子相互作用。通過拉曼光譜研究Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體的晶格振動(dòng)模式，發(fā)現(xiàn)隨著K?摻雜量的變化，晶格振動(dòng)模式發(fā)生了改變，這與超導(dǎo)性能的變化存在一定的關(guān)聯(lián)，說明晶格結(jié)構(gòu)的變化通過影響電子-聲子相互作用，對超導(dǎo)機(jī)制產(chǎn)生影響。對于Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體的超導(dǎo)機(jī)制，研究取得了一些重要成果，但也存在一些爭議。一些研究認(rèn)為，K?摻雜引入的空穴載流子主要通過改變電子結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)反鐵磁漲落，從而促進(jìn)超導(dǎo)配對。通過理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，K?摻雜導(dǎo)致費(fèi)米面附近的電子態(tài)密度發(fā)生變化，增強(qiáng)了電子之間的相互作用，有利于s±波配對的形成。另一些研究則強(qiáng)調(diào)晶格結(jié)構(gòu)變化的作用，認(rèn)為K?摻雜引起的晶格畸變和Fe-As鍵長的改變，對超導(dǎo)機(jī)制的影響更為重要。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，K?摻雜后的Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體中，F(xiàn)e-As鍵長的變化與超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的變化呈現(xiàn)出一定的相關(guān)性，支持了晶格結(jié)構(gòu)對超導(dǎo)機(jī)制起重要作用的觀點(diǎn)。在超導(dǎo)能隙的各向異性方面也存在爭議。部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體的超導(dǎo)能隙具有明顯的各向異性，這與s±波配對模型的預(yù)測一致。而另一些實(shí)驗(yàn)則發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)能隙的各向異性并不顯著，這對s±波配對模型提出了挑戰(zhàn)。不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的差異可能與樣品質(zhì)量、測量方法和實(shí)驗(yàn)條件等因素有關(guān)。高質(zhì)量的單晶樣品和精確的測量技術(shù)對于準(zhǔn)確研究超導(dǎo)能隙的各向異性至關(guān)重要。對Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)體超導(dǎo)機(jī)制的研究，有助于深入理解鐵基超導(dǎo)體的超導(dǎo)本質(zhì)，為進(jìn)一步優(yōu)化其超導(dǎo)性能和開發(fā)新型超導(dǎo)材料提供理論指導(dǎo)。盡管目前在超導(dǎo)機(jī)制的研究上取得了一定進(jìn)展，但仍需要更多的實(shí)驗(yàn)和理論研究來解決存在的爭議，完善超導(dǎo)機(jī)制理論。三、低成本制備方法研究3.1制備原理目前，粉末裝管法（PIT）是制備Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材的常用方法之一，其原理基于材料的塑性加工和固態(tài)反應(yīng)過程。PIT法的基本流程是先將超導(dǎo)前驅(qū)粉末裝入金屬管中，通過旋鍛、拉拔和軋制等冷加工工序，使金屬管和內(nèi)部粉末發(fā)生塑性變形，形成具有一定形狀和尺寸的線帶材坯體，隨后在保護(hù)氣氛下對坯體進(jìn)行熱處理，促使粉末發(fā)生固態(tài)反應(yīng)，形成超導(dǎo)相，最終獲得Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材。根據(jù)裝入金屬管中原料的不同，PIT法可分為原位法和先位法。原位法是將按化學(xué)計(jì)量比稱量好的Sr、K、Fe、As等原料粉末直接均勻混合后裝入金屬管中。在拉拔軋制成線帶材后，通過高溫?zé)崽幚?，使原料之間發(fā)生固相反應(yīng)，生成Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)相。這一過程中，固相反應(yīng)的原理是基于原子的擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)。在高溫下，原子具有較高的活性，能夠克服晶格的束縛進(jìn)行擴(kuò)散。例如，F(xiàn)e原子和As原子通過擴(kuò)散相互靠近，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成Fe?As?層，而Sr和K原子則擴(kuò)散到相應(yīng)的晶格位置，調(diào)節(jié)載流子濃度，最終形成Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)相。原位法的優(yōu)點(diǎn)是制備工序相對簡單，不需要預(yù)先合成超導(dǎo)相粉末。但由于是在金屬管內(nèi)進(jìn)行固相反應(yīng)，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣體難以排出，容易在超導(dǎo)芯中形成孔洞、雜相等缺陷。這些缺陷會(huì)影響超導(dǎo)電流的傳輸，降低超導(dǎo)線帶材的性能。先位法則是先將原料通過固相反應(yīng)合成Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)相粉末。固相反應(yīng)通常在高溫下進(jìn)行，通過精確控制溫度、時(shí)間等條件，使原料充分反應(yīng)，形成純度較高的超導(dǎo)相。以常見的一步固相反應(yīng)法為例，將Sr、K、Fe、As等原料按一定比例混合后，在850-900℃的溫度下熱處理30-40小時(shí)。在這個(gè)過程中，原料之間發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，原子重新排列組合，逐漸形成Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)相。合成的超導(dǎo)相粉末經(jīng)過研磨、過篩等處理后，裝入金屬管中，再進(jìn)行后續(xù)的加工工序。先位法的優(yōu)勢在于可以通過多次研磨-燒結(jié)工藝，獲得較高相純度和致密度更高的超導(dǎo)芯。由于預(yù)先合成了超導(dǎo)相，在后續(xù)加工過程中，減少了因化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的缺陷，有利于提高超導(dǎo)線帶材的性能。但先位法的制備過程相對復(fù)雜，需要額外的合成超導(dǎo)相粉末的步驟，增加了制備成本和時(shí)間。在PIT法制備Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材的過程中，有多個(gè)關(guān)鍵因素對超導(dǎo)相的形成和線帶材的性能產(chǎn)生重要影響。原料粉末的性質(zhì)是關(guān)鍵因素之一。粉末的粒度、混合均勻性等會(huì)影響固相反應(yīng)的速率和超導(dǎo)相的形成。較小的粉末粒度可以增加粉末之間的接觸面積，使原子擴(kuò)散路徑縮短，從而加快固相反應(yīng)速率，有利于形成均勻的超導(dǎo)相。而混合均勻性差則可能導(dǎo)致局部成分不均勻，產(chǎn)生雜質(zhì)相，影響超導(dǎo)性能。裝管密度也不容忽視，合適的裝管密度能夠保證超導(dǎo)芯的致密度，減少孔洞等缺陷。如果裝管密度過低，超導(dǎo)芯中會(huì)存在較多空隙，影響超導(dǎo)電流的傳輸；而裝管密度過高，則可能導(dǎo)致加工難度增加，甚至損壞設(shè)備。加工工藝參數(shù)對超導(dǎo)線帶材的微觀結(jié)構(gòu)和性能也有顯著影響。拉拔和軋制過程中的加工道次、加工速率和加工溫度等參數(shù)會(huì)改變線帶材的晶粒取向和晶界結(jié)構(gòu)。適當(dāng)增加加工道次可以使晶粒更加細(xì)化，改善晶界結(jié)構(gòu)，提高超導(dǎo)線帶材的力學(xué)性能和超導(dǎo)性能。但過多的加工道次可能導(dǎo)致晶粒過度細(xì)化，產(chǎn)生過多的晶界，增加超導(dǎo)電流的傳輸阻力。加工速率和加工溫度也需要合理控制，過高的加工速率可能導(dǎo)致金屬管和超導(dǎo)芯變形不均勻，產(chǎn)生應(yīng)力集中，影響線帶材的質(zhì)量；而加工溫度過高或過低，都可能對超導(dǎo)相的形成和性能產(chǎn)生不利影響。熱處理工藝是影響超導(dǎo)線帶材性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。熱處理溫度、時(shí)間、升溫速率和降溫速率等參數(shù)對超導(dǎo)相的生長和結(jié)晶起著決定性作用。適當(dāng)提高熱處理溫度可以促進(jìn)原子的擴(kuò)散和反應(yīng)，有利于超導(dǎo)相的生長和結(jié)晶，提高超導(dǎo)相的質(zhì)量和性能。但過高的熱處理溫度可能導(dǎo)致晶粒過度長大，晶界數(shù)量減少，不利于磁通釘扎，從而降低臨界電流密度。熱處理時(shí)間也需要精確控制，時(shí)間過短，固相反應(yīng)不完全，超導(dǎo)相的形成不充分；時(shí)間過長，則可能導(dǎo)致晶粒粗化，性能下降。升溫速率和降溫速率同樣會(huì)影響超導(dǎo)相的結(jié)構(gòu)和性能，過快的升溫或降溫速率可能導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，影響超導(dǎo)性能。3.2原料選擇與預(yù)處理在制備Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材時(shí)，原料的選擇和預(yù)處理是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它們對帶材的性能有著深遠(yuǎn)的影響。原料的純度是首先需要考慮的關(guān)鍵因素。高純度的原料能夠有效減少雜質(zhì)的引入，從而降低雜質(zhì)相對超導(dǎo)線帶材性能的負(fù)面影響。例如，若原料中含有微量的其他金屬雜質(zhì)，這些雜質(zhì)可能會(huì)在超導(dǎo)相中形成缺陷或雜質(zhì)相，破壞超導(dǎo)電子對的形成和傳輸，導(dǎo)致超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc降低，臨界電流密度Jc減小。研究表明，當(dāng)原料中的雜質(zhì)含量控制在較低水平時(shí)，超導(dǎo)線帶材的超導(dǎo)性能明顯提升。采用純度為99.9%以上的Sr、K、Fe、As原料制備Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度比使用純度為99%原料制備的帶材高出2-3K，臨界電流密度也有顯著提高。原料的粒度同樣對帶材性能有著重要影響。較小的粒度可以增加粉末之間的接觸面積，縮短原子擴(kuò)散路徑，從而促進(jìn)固相反應(yīng)的進(jìn)行。在固相反應(yīng)中，原子需要通過擴(kuò)散相互靠近并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成超導(dǎo)相。較小粒度的原料使得原子更容易擴(kuò)散，能夠加快反應(yīng)速率，有利于形成均勻、致密的超導(dǎo)相。當(dāng)原料粉末的平均粒度從10μm減小到1μm時(shí)，固相反應(yīng)的時(shí)間可以縮短約50%，且制備出的超導(dǎo)線帶材中超導(dǎo)相的含量更高，晶粒尺寸更加均勻，這有助于提高帶材的臨界電流密度。然而，粒度過小也可能帶來一些問題，如粉末的團(tuán)聚現(xiàn)象加劇，導(dǎo)致混合不均勻，影響超導(dǎo)相的形成。原料的混合均勻性也是不可忽視的因素。均勻的混合能夠保證各元素在反應(yīng)過程中充分接觸，按化學(xué)計(jì)量比參與反應(yīng)，避免出現(xiàn)局部成分偏差。若混合不均勻，可能會(huì)導(dǎo)致某些區(qū)域K?摻雜量過高或過低，影響超導(dǎo)相的形成和性能。采用球磨混合工藝時(shí)，適當(dāng)延長球磨時(shí)間可以提高混合均勻性。研究發(fā)現(xiàn)，球磨時(shí)間從2小時(shí)延長到4小時(shí)，原料的混合均勻性顯著提高，制備出的超導(dǎo)線帶材中雜質(zhì)相的含量明顯減少，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的均勻性得到改善，臨界電流密度的離散性降低。針對原料的特性，需要采取合適的預(yù)處理方法。球磨是常用的預(yù)處理手段之一。球磨過程中，磨球與原料粉末之間的碰撞和摩擦作用可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)。一方面，它能夠破碎較大顆粒的原料，減小粉末粒度。例如，對于塊狀的Sr和K原料，通過球磨可以將其破碎成細(xì)小的粉末，增加比表面積，提高反應(yīng)活性。另一方面，球磨還能使不同原料粉末充分混合，提高混合均勻性。在行星式球磨過程中，通過合理設(shè)置球磨轉(zhuǎn)速和球磨時(shí)間，可以優(yōu)化球磨效果。一般來說，較高的球磨轉(zhuǎn)速（如300-500轉(zhuǎn)/分）和較長的球磨時(shí)間（5-15小時(shí)）能夠獲得更好的粒度減小和混合均勻性效果，但過高的轉(zhuǎn)速和過長的時(shí)間可能會(huì)導(dǎo)致粉末發(fā)熱、團(tuán)聚等問題，需要綜合考慮進(jìn)行選擇。除了球磨，其他混合工藝也在不斷研究和應(yīng)用中。例如，采用超聲混合工藝，利用超聲波的空化效應(yīng)和機(jī)械振動(dòng)作用，可以進(jìn)一步提高原料的混合均勻性。在超聲混合過程中，超聲波在液體介質(zhì)中產(chǎn)生的空化氣泡破裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波和微射流，能夠有效地分散團(tuán)聚的粉末，促進(jìn)不同原料之間的混合。將超聲混合與球磨工藝相結(jié)合，先進(jìn)行球磨初步混合和減小粒度，再進(jìn)行超聲混合進(jìn)一步提高均勻性，能夠制備出性能更優(yōu)異的超導(dǎo)線帶材。與單獨(dú)使用球磨工藝相比，這種組合工藝制備的帶材臨界電流密度可提高10-20%。原料的選擇和預(yù)處理對Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材的性能有著重要影響。通過選擇高純度的原料，控制合適的粒度和提高混合均勻性，并采用有效的預(yù)處理方法，如優(yōu)化球磨工藝或結(jié)合其他混合工藝，可以為制備高性能的超導(dǎo)線帶材奠定良好的基礎(chǔ)。3.3制備工藝過程3.3.1前驅(qū)粉制備前驅(qū)粉的制備是Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材制備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其質(zhì)量直接影響后續(xù)帶材的性能。目前，常見的前驅(qū)粉制備方法有一步固相反應(yīng)法、中間產(chǎn)物法等，不同方法對前驅(qū)粉質(zhì)量有著顯著影響。一步固相反應(yīng)法是較為常用的制備方法。在該方法中，將按化學(xué)計(jì)量比稱量好的Sr、K、Fe、As等原料粉末直接充分混合，隨后在850-900℃的溫度下進(jìn)行30-40小時(shí)的熱處理。以制備Sr?.?K?.?Fe?As?前驅(qū)粉為例，將純度為99.9%的Sr、K、Fe、As原料按相應(yīng)比例混合后，放入高溫?zé)Y(jié)爐中，在上述溫度和時(shí)間條件下進(jìn)行反應(yīng)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單、易于操作，無需復(fù)雜的設(shè)備和步驟。然而，它也存在明顯的缺點(diǎn)。由于反應(yīng)是在固態(tài)下進(jìn)行，原子擴(kuò)散相對緩慢，容易導(dǎo)致反應(yīng)不完全。在反應(yīng)過程中，各原料之間的擴(kuò)散速率不同，可能會(huì)出現(xiàn)局部成分不均勻的情況，從而產(chǎn)生FeAs雜相和分離相。這些雜相和分離相的存在會(huì)嚴(yán)重影響前驅(qū)粉的質(zhì)量，導(dǎo)致材料的晶粒連接性差。在掃描電子顯微鏡（SEM）下觀察采用一步固相反應(yīng)法制備的前驅(qū)粉，可以發(fā)現(xiàn)晶粒之間的連接較為松散，存在較多的空隙，這會(huì)極大地影響超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和電流傳輸性能。研究表明，采用一步固相反應(yīng)法制備的Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)材料，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度范圍較寬，這意味著材料的超導(dǎo)性能不夠穩(wěn)定，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)受到很大限制。中間產(chǎn)物法是一種相對復(fù)雜但能有效提高前驅(qū)粉質(zhì)量的方法。該方法先通過控制反應(yīng)條件，使原料形成中間產(chǎn)物，再對中間產(chǎn)物進(jìn)行進(jìn)一步處理得到前驅(qū)粉。在制備Sr???K?Fe?As?前驅(qū)粉時(shí)，先將Sr、Fe、As等原料在較低溫度（如500-600℃）下反應(yīng)生成SrFeAs等中間產(chǎn)物。在這個(gè)階段，通過精確控制反應(yīng)溫度和時(shí)間，使原料充分反應(yīng)形成較為均勻的中間產(chǎn)物。隨后，將K元素引入中間產(chǎn)物中，在較高溫度（如800-880℃）下進(jìn)行二次反應(yīng)，最終得到Sr???K?Fe?As?前驅(qū)粉。這種方法的優(yōu)勢在于可以通過分步反應(yīng)，更好地控制反應(yīng)過程，減少雜質(zhì)相的產(chǎn)生。由于先形成的中間產(chǎn)物具有較為均勻的結(jié)構(gòu)和成分，為后續(xù)反應(yīng)提供了良好的基礎(chǔ)，使得最終得到的前驅(qū)粉元素分布更加均勻。采用X射線能譜分析（EDS）對中間產(chǎn)物法制備的前驅(qū)粉進(jìn)行成分分析，結(jié)果顯示各元素分布均勻性明顯優(yōu)于一步固相反應(yīng)法制備的前驅(qū)粉。中間產(chǎn)物法制備的前驅(qū)粉超導(dǎo)轉(zhuǎn)變寬度較小，表明其超導(dǎo)性能更加穩(wěn)定。然而，中間產(chǎn)物法的制備過程相對繁瑣，需要更多的時(shí)間和能源投入，這在一定程度上增加了制備成本。除了上述兩種方法，還有一些其他改進(jìn)的制備方法正在研究中。熱等靜壓法（HIP）是在高溫和高壓的共同作用下，使原料粉末在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高的致密度和均勻性。但該方法需要專門的高壓設(shè)備，設(shè)備昂貴，制備成本高，且粉體仍然存在元素分布不均勻、超導(dǎo)轉(zhuǎn)變寬度大的問題，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。溶膠-凝膠法通過溶液中的化學(xué)反應(yīng)形成均勻的溶膠，再經(jīng)過凝膠化、干燥和熱處理等步驟制備前驅(qū)粉。這種方法可以在分子水平上實(shí)現(xiàn)原料的均勻混合，理論上能夠制備出高純度、粒度均勻的前驅(qū)粉。但該方法工藝復(fù)雜，對實(shí)驗(yàn)條件要求苛刻，制備過程中容易引入雜質(zhì)，目前還處于研究階段，尚未廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。前驅(qū)粉制備方法的選擇對Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材的性能有著至關(guān)重要的影響。一步固相反應(yīng)法雖然工藝簡單，但存在雜質(zhì)相多、晶粒連接性差等問題；中間產(chǎn)物法能夠有效提高前驅(qū)粉質(zhì)量，但制備過程繁瑣、成本較高。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體需求和條件，綜合考慮各種因素，選擇合適的制備方法，或者對現(xiàn)有方法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，以制備出高質(zhì)量的前驅(qū)粉，為高性能超導(dǎo)線帶材的制備奠定基礎(chǔ)。3.3.2裝管與加工裝管與加工是制備Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材的重要環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)對帶材的結(jié)構(gòu)和性能有著顯著影響。在裝管方式上，常見的是將制備好的前驅(qū)粉裝入金屬管中。裝管過程需要確保粉末裝填均勻且致密。采用振動(dòng)裝管法，在裝管時(shí)對金屬管進(jìn)行振動(dòng)，可使粉末在重力和振動(dòng)力的作用下更加緊密地填充在管內(nèi)。這種方法能夠有效提高粉末的裝填密度，減少管內(nèi)空隙。研究表明，采用振動(dòng)裝管法裝填的前驅(qū)粉，其裝填密度比普通裝管法提高了10-15%，這有利于后續(xù)加工過程中形成致密的超導(dǎo)芯，提高超導(dǎo)電流的傳輸能力。采用分層裝管法，將不同特性的前驅(qū)粉或添加劑分層裝入金屬管中。在制備Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材時(shí)，可在底層裝入含有少量摻雜劑的前驅(qū)粉，中間層裝入純前驅(qū)粉，上層再裝入含有不同摻雜劑的前驅(qū)粉。這種分層裝管方式可以在帶材的不同位置引入不同的特性，如通過在不同層中添加不同的摻雜劑，實(shí)現(xiàn)對超導(dǎo)芯不同區(qū)域的性能調(diào)控，為優(yōu)化帶材的綜合性能提供了新的途徑。金屬包套材料的選擇至關(guān)重要，它需要滿足多個(gè)方面的要求。銀及其合金是常用的包套材料，銀具有良好的導(dǎo)電性、延展性和化學(xué)穩(wěn)定性。在超導(dǎo)應(yīng)用中，良好的導(dǎo)電性可以降低包套對超導(dǎo)電流的阻礙，保證電流能夠順利通過。銀的延展性使得它在加工過程中能夠與超導(dǎo)芯緊密結(jié)合，不易產(chǎn)生裂紋或脫粘現(xiàn)象，從而提高帶材的力學(xué)性能和穩(wěn)定性。銀的化學(xué)穩(wěn)定性能夠保護(hù)超導(dǎo)芯不受外界環(huán)境的侵蝕，延長帶材的使用壽命。銀的成本較高，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。為了降低成本，研究人員開始探索其他金屬或合金作為包套材料。銅具有良好的導(dǎo)電性和較低的成本，但其抗氧化性較差。通過在銅表面進(jìn)行抗氧化處理，如鍍鎳或采用合金化的方法，可提高其抗氧化性能，使其在一定程度上滿足包套材料的要求。鎳及其合金具有較高的強(qiáng)度和耐腐蝕性，在一些特殊應(yīng)用場景中，如需要承受較大機(jī)械應(yīng)力或在惡劣環(huán)境下使用的超導(dǎo)線帶材，鎳合金包套能夠發(fā)揮其優(yōu)勢。然而，鎳的導(dǎo)電性相對較低，可能會(huì)增加帶材的電阻，影響超導(dǎo)性能。在選擇包套材料時(shí)，需要綜合考慮材料的物理性能、化學(xué)穩(wěn)定性、成本以及與超導(dǎo)芯的兼容性等因素。通過對不同包套材料的性能測試和對比分析，選擇最適合的包套材料，以在保證帶材性能的前提下，降低制備成本。拉拔和軋制是超導(dǎo)線帶材加工的主要工藝。拉拔工藝通過拉拔模具將裝有前驅(qū)粉的金屬管拉制成具有一定直徑的線材。在拉拔過程中，拉拔道次是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。適當(dāng)增加拉拔道次可以使線材的晶粒更加細(xì)化。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拉拔道次從3次增加到5次時(shí)，線材的晶粒尺寸減小了約30%，這有助于改善晶界結(jié)構(gòu)，提高超導(dǎo)線材的力學(xué)性能。過多的拉拔道次可能導(dǎo)致晶粒過度細(xì)化，產(chǎn)生過多的晶界，增加超導(dǎo)電流的傳輸阻力。拉拔速率也會(huì)影響帶材的性能。較高的拉拔速率可以提高生產(chǎn)效率，但如果速率過快，可能導(dǎo)致金屬管和超導(dǎo)芯變形不均勻。當(dāng)拉拔速率過高時(shí)，會(huì)在金屬管和超導(dǎo)芯之間產(chǎn)生應(yīng)力集中，甚至出現(xiàn)裂紋，影響帶材的質(zhì)量。軋制工藝則是將拉拔后的線材通過軋輥軋制成帶材。軋制道次同樣對帶材的微觀結(jié)構(gòu)和性能有重要影響。隨著軋制道次的增加，帶材的厚度逐漸減小，晶粒在軋制方向上發(fā)生取向。通過電子背散射衍射（EBSD）分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過5道次軋制后，帶材中晶粒的取向度提高了約40%，這有利于提高超導(dǎo)電流在帶材中的傳輸能力。但軋制道次過多會(huì)使帶材的內(nèi)部應(yīng)力增大，可能導(dǎo)致帶材出現(xiàn)翹曲或斷裂等問題。軋制溫度也是一個(gè)需要控制的參數(shù)。在低溫軋制時(shí)，帶材的加工硬化現(xiàn)象較為明顯，這有助于提高帶材的強(qiáng)度。但低溫軋制也會(huì)增加軋制力，對設(shè)備要求較高。高溫軋制可以降低軋制力，使軋制過程更加順利，但過高的溫度可能導(dǎo)致晶粒長大，影響帶材的性能。裝管與加工過程中的各個(gè)參數(shù)相互關(guān)聯(lián)、相互影響。在實(shí)際制備過程中，需要根據(jù)具體的材料特性和應(yīng)用需求，精確控制裝管方式、包套材料的選擇以及拉拔和軋制等加工工藝參數(shù)，以制備出結(jié)構(gòu)合理、性能優(yōu)異的Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材。3.3.3熱處理工藝熱處理工藝在Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材的制備中起著關(guān)鍵作用，它直接影響超導(dǎo)相的形成和帶材的性能。熱處理溫度是影響超導(dǎo)相形成和帶材性能的重要參數(shù)之一。當(dāng)熱處理溫度較低時(shí)，原子的活性較低，擴(kuò)散速率慢，固相反應(yīng)難以充分進(jìn)行。在制備Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材時(shí)，若熱處理溫度低于800℃，原料之間的反應(yīng)不完全，超導(dǎo)相的生成量較少，通過X射線衍射（XRD）分析可以發(fā)現(xiàn)，此時(shí)的衍射圖譜中除了超導(dǎo)相的峰外，還存在較多原料相和雜質(zhì)相的峰，這會(huì)導(dǎo)致帶材的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度降低，臨界電流密度減小。隨著熱處理溫度的升高，原子的活性增強(qiáng)，擴(kuò)散速率加快，固相反應(yīng)能夠更充分地進(jìn)行，有利于超導(dǎo)相的形成。當(dāng)溫度升高到850-900℃時(shí)，超導(dǎo)相的生成量明顯增加，XRD圖譜中超導(dǎo)相的峰強(qiáng)度增強(qiáng)，雜質(zhì)相的峰強(qiáng)度減弱，帶材的超導(dǎo)性能得到顯著提高。然而，當(dāng)熱處理溫度過高時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)一些負(fù)面效應(yīng)。過高的溫度會(huì)導(dǎo)致晶粒過度長大，晶界數(shù)量減少。通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發(fā)現(xiàn)，在950℃以上熱處理時(shí)，晶粒尺寸明顯增大，晶界變得稀疏。這會(huì)使得磁通釘扎中心減少，不利于磁通的束縛，從而降低帶材的臨界電流密度。過高的溫度還可能導(dǎo)致包套材料與超導(dǎo)芯之間的界面反應(yīng)加劇，影響界面的性能，進(jìn)一步降低帶材的綜合性能。熱處理時(shí)間對超導(dǎo)相的形成和帶材性能也有顯著影響。如果熱處理時(shí)間過短，固相反應(yīng)無法充分完成，超導(dǎo)相不能充分生長和結(jié)晶。在850℃下熱處理時(shí)，若時(shí)間僅為10小時(shí)，超導(dǎo)相的結(jié)晶程度較差，晶粒細(xì)小且分布不均勻，帶材的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度范圍較寬，臨界電流密度較低。隨著熱處理時(shí)間的延長，超導(dǎo)相有更充足的時(shí)間生長和結(jié)晶。當(dāng)熱處理時(shí)間延長到30-40小時(shí)時(shí)，超導(dǎo)相的結(jié)晶更加完善，晶粒尺寸更加均勻，帶材的超導(dǎo)性能得到明顯改善。但過長的熱處理時(shí)間會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低，成本增加。當(dāng)熱處理時(shí)間超過50小時(shí)后，帶材的性能提升并不明顯，反而可能由于長時(shí)間的高溫作用，導(dǎo)致材料內(nèi)部的缺陷增多，性能下降。熱處理氣氛也是需要考慮的重要因素。在Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材的熱處理過程中，通常采用惰性氣體（如氬氣）或真空環(huán)境作為保護(hù)氣氛。在氬氣氣氛下，氬氣可以隔絕外界的氧氣和水汽等雜質(zhì)，防止超導(dǎo)芯和包套材料被氧化或腐蝕。研究表明，在氬氣氣氛下熱處理的帶材，其表面光滑，無明顯的氧化痕跡，超導(dǎo)性能穩(wěn)定。在真空環(huán)境下，由于不存在氣體分子，能夠避免氣體對反應(yīng)過程的干擾，有利于提高超導(dǎo)相的純度。采用真空熱處理的帶材，通過能譜分析（EDS）發(fā)現(xiàn)，其雜質(zhì)含量明顯低于在氬氣氣氛下熱處理的帶材，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和臨界電流密度都有一定程度的提高。若在熱處理過程中混入少量氧氣，會(huì)導(dǎo)致超導(dǎo)芯中的Fe等元素被氧化，形成氧化物雜質(zhì)相。這些雜質(zhì)相的存在會(huì)破壞超導(dǎo)相的結(jié)構(gòu)，降低超導(dǎo)性能。在含有少量氧氣的氣氛下熱處理的帶材，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度可降低5-10K，臨界電流密度也會(huì)大幅下降。通過大量的實(shí)驗(yàn)研究和分析，優(yōu)化的熱處理工藝條件為：在氬氣氣氛或高真空環(huán)境下，將裝有前驅(qū)粉的金屬管加熱至850-900℃，保溫30-40小時(shí)，然后以適當(dāng)?shù)慕禍厮俾剩ㄈ?-10℃/min）冷卻至室溫。在這個(gè)優(yōu)化的工藝條件下，能夠制備出超導(dǎo)相含量高、結(jié)晶良好、雜質(zhì)相少的Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度可達(dá)到理論值附近，臨界電流密度也能達(dá)到較高水平，滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。熱處理工藝中的溫度、時(shí)間和氣氛等參數(shù)對Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材的性能有著復(fù)雜的影響。在實(shí)際制備過程中，需要精確控制這些參數(shù)，以獲得最佳的超導(dǎo)性能，為超導(dǎo)線帶材的大規(guī)模應(yīng)用提供技術(shù)支持。四、性能影響因素分析4.1微觀結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系微觀結(jié)構(gòu)是影響Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材性能的關(guān)鍵因素之一，其中晶粒尺寸、晶界結(jié)構(gòu)和織構(gòu)等方面對帶材的臨界電流密度等性能有著重要影響。晶粒尺寸在超導(dǎo)線帶材性能中扮演著重要角色。一般來說，較小的晶粒尺寸能夠增加晶界的數(shù)量。晶界作為磁通釘扎中心，對磁通線的運(yùn)動(dòng)起到阻礙作用。當(dāng)晶粒尺寸減小時(shí)，更多的磁通線會(huì)被晶界釘扎，從而有效阻止磁通的運(yùn)動(dòng)，提高帶材的臨界電流密度。在多晶超導(dǎo)線帶材中，超導(dǎo)電流在晶粒內(nèi)部和晶界處的傳輸機(jī)制不同。晶粒內(nèi)部的超導(dǎo)電流傳輸相對順暢，而晶界處由于晶格結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性和雜質(zhì)偏聚等原因，超導(dǎo)電流的傳輸會(huì)受到阻礙。較小的晶粒尺寸意味著超導(dǎo)電流在傳輸過程中需要經(jīng)過更多的晶界，增加了磁通釘扎的機(jī)會(huì)。通過對不同晶粒尺寸的Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)晶粒尺寸從10μm減小到1μm時(shí)，臨界電流密度在4.2K、10T的條件下提高了約30%。但晶粒尺寸并非越小越好。當(dāng)晶粒尺寸過小，晶界過多會(huì)導(dǎo)致晶界電阻增大。過多的晶界還可能引入更多的雜質(zhì)和缺陷，破壞超導(dǎo)電子對的形成和傳輸，反而降低臨界電流密度。當(dāng)晶粒尺寸小于50nm時(shí)，晶界電阻的增加和雜質(zhì)缺陷的影響會(huì)使得臨界電流密度開始下降。晶界結(jié)構(gòu)對超導(dǎo)性能的影響更為復(fù)雜。晶界的原子排列不規(guī)則，存在晶格畸變。這種晶格畸變會(huì)破壞超導(dǎo)電子對的相干性，使得超導(dǎo)電流在晶界處的傳輸受到阻礙。晶界處還可能存在雜質(zhì)偏聚。例如，在制備過程中，原料中的雜質(zhì)或包套材料中的元素可能會(huì)在晶界處聚集。這些雜質(zhì)會(huì)進(jìn)一步影響晶界的超導(dǎo)性能。研究表明，當(dāng)晶界處存在FeAs雜相時(shí)，超導(dǎo)電流通過晶界的能力會(huì)顯著降低，因?yàn)镕eAs相本身的超導(dǎo)序參量較低。晶界的取向也會(huì)影響超導(dǎo)性能。小角度晶界（晶界兩側(cè)晶粒的取向差較小）由于晶格的不連續(xù)性相對較小，對超導(dǎo)電流的阻礙作用較弱。而大角度晶界（晶界兩側(cè)晶粒的取向差較大）則會(huì)嚴(yán)重阻礙超導(dǎo)電流的傳輸。通過對不同晶界取向的Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)大角度晶界占比較高的帶材，其臨界電流密度明顯低于小角度晶界占比較高的帶材。為了改善晶界的超導(dǎo)性能，可以采取一些措施。通過優(yōu)化制備工藝，如控制熱處理溫度和時(shí)間，可以減少晶界處的晶格畸變和雜質(zhì)偏聚。采用離子束輻照等方法在晶界處引入納米級(jí)的缺陷，增強(qiáng)磁通釘扎，提高晶界的超導(dǎo)性能?？棙?gòu)是指多晶材料中晶粒的取向分布。在Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材中，織構(gòu)對臨界電流密度也有顯著影響。具有良好織構(gòu)的帶材，晶粒的取向較為一致。這使得超導(dǎo)電流在帶材中的傳輸更加順暢，因?yàn)槌瑢?dǎo)電流在不同取向的晶粒之間傳輸時(shí)，會(huì)受到晶界的阻礙。當(dāng)晶粒取向一致時(shí)，晶界對超導(dǎo)電流的阻礙作用減小，從而提高臨界電流密度。通過軋制等加工工藝可以誘導(dǎo)帶材形成一定的織構(gòu)。在軋制過程中，晶粒會(huì)沿著軋制方向發(fā)生取向。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過多道次軋制后，Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材的織構(gòu)度明顯提高，臨界電流密度也隨之增加。通過控制加工工藝參數(shù)，如軋制溫度、軋制道次和加工速率等，可以調(diào)控帶材的織構(gòu)。在較低的軋制溫度下進(jìn)行軋制，可以獲得更加明顯的織構(gòu)，但同時(shí)也會(huì)增加加工難度和成本。微觀結(jié)構(gòu)中的晶粒尺寸、晶界結(jié)構(gòu)和織構(gòu)等因素相互關(guān)聯(lián)、相互影響，共同決定了Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材的臨界電流密度等性能。在制備過程中，需要綜合考慮這些因素，通過優(yōu)化制備工藝和加工參數(shù)，調(diào)控微觀結(jié)構(gòu)，提高超導(dǎo)線帶材的性能。4.2雜質(zhì)與缺陷的影響在Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材的制備過程中，超導(dǎo)芯中不可避免地會(huì)存在雜質(zhì)與缺陷，這些雜質(zhì)與缺陷對超導(dǎo)性能產(chǎn)生著顯著的阻礙作用。FeAs等雜相是常見的雜質(zhì)相，在超導(dǎo)芯中，F(xiàn)eAs相幾乎全部存在于晶界，屬于晶界濕潤相。從超導(dǎo)序參量的角度來看，F(xiàn)eAs相本身的超導(dǎo)序參量較低。超導(dǎo)序參量描述了超導(dǎo)態(tài)的特征，序參量低意味著超導(dǎo)電子對的相干性弱，超導(dǎo)電流的傳輸能力差。當(dāng)超導(dǎo)電流通過含有FeAs相的晶界時(shí)，由于FeAs相的低序參量，超導(dǎo)電流的通過能力受到嚴(yán)重制約。在實(shí)際的超導(dǎo)線帶材中，晶界是超導(dǎo)電流傳輸?shù)年P(guān)鍵路徑之一，F(xiàn)eAs相在晶界的存在就如同在道路上設(shè)置了障礙，使得超導(dǎo)電流難以順暢通過，從而降低了超導(dǎo)線帶材的臨界電流密度。研究表明，當(dāng)晶界處FeAs相的含量增加10%時(shí)，臨界電流密度可降低約20%。這是因?yàn)镕eAs相破壞了晶界處超導(dǎo)電子對的形成和傳輸，使得晶界電阻增大，超導(dǎo)電流在晶界處的能量損耗增加。位錯(cuò)作為一種常見的晶體缺陷，對超導(dǎo)性能也有重要影響。位錯(cuò)是晶體中原子的排列缺陷，它會(huì)導(dǎo)致晶格畸變。晶格畸變會(huì)破壞超導(dǎo)電子對的相干長度。超導(dǎo)電子對的相干長度是指超導(dǎo)電子對在空間中保持相干性的距離，相干長度的破壞意味著超導(dǎo)電子對在運(yùn)動(dòng)過程中更容易受到散射。當(dāng)超導(dǎo)電流通過含有位錯(cuò)的區(qū)域時(shí)，位錯(cuò)處的晶格畸變會(huì)使超導(dǎo)電子對與晶格相互作用增強(qiáng)，電子對被散射的概率增大。這種散射會(huì)導(dǎo)致超導(dǎo)電流的能量損失，從而降低超導(dǎo)性能。在含有高密度位錯(cuò)的Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材中，臨界電流密度會(huì)明顯下降。因?yàn)楦嗟奈诲e(cuò)提供了更多的散射中心，使得超導(dǎo)電子對難以順利傳輸超導(dǎo)電流。位錯(cuò)還可能影響磁通釘扎。適當(dāng)?shù)奈诲e(cuò)可以作為磁通釘扎中心，增強(qiáng)磁通釘扎作用。但過多的位錯(cuò)會(huì)導(dǎo)致磁通釘扎的無序性增加，反而不利于磁通的有效釘扎，進(jìn)而影響超導(dǎo)性能?？斩词浅瑢?dǎo)芯中另一種常見的缺陷?？斩吹拇嬖跁?huì)顯著減小超導(dǎo)電流的有效傳輸面積。超導(dǎo)電流是在超導(dǎo)材料的晶格中傳輸?shù)模斩吹某霈F(xiàn)就如同在導(dǎo)體中出現(xiàn)了空洞區(qū)域，電流無法在空洞中傳輸。當(dāng)超導(dǎo)芯中存在空洞時(shí)，超導(dǎo)電流只能在剩余的有效區(qū)域中傳輸，這就導(dǎo)致電流密度局部增大。根據(jù)電流傳輸?shù)脑?，電流密度的增大可能?huì)引發(fā)局部過熱。局部過熱會(huì)使超導(dǎo)材料的溫度升高，當(dāng)溫度超過超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，超導(dǎo)態(tài)被破壞，超導(dǎo)性能喪失。在一些制備工藝不完善的Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材中，由于空洞的存在，在通過較大電流時(shí)，會(huì)出現(xiàn)局部溫度急劇升高的現(xiàn)象，導(dǎo)致帶材的超導(dǎo)性能迅速下降?？斩催€會(huì)影響材料的力學(xué)性能，使超導(dǎo)線帶材更容易發(fā)生斷裂等破壞，影響其實(shí)際應(yīng)用。雜質(zhì)與缺陷在Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材的超導(dǎo)芯中以不同的形式存在，它們通過破壞超導(dǎo)電子對的相干性、增大晶界電阻、減小超導(dǎo)電流有效傳輸面積等機(jī)制，嚴(yán)重阻礙了超導(dǎo)性能。在制備過程中，需要采取有效的措施減少雜質(zhì)與缺陷的產(chǎn)生，提高超導(dǎo)線帶材的性能。4.3制備工藝參數(shù)的影響制備工藝參數(shù)對Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材的性能有著至關(guān)重要的影響，其中原料配比、加工工藝道次加工率和熱處理參數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)的變化，會(huì)顯著改變帶材的微觀結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)性能。原料配比是影響帶材性能的基礎(chǔ)因素之一。在Sr???K?Fe?As?體系中，K?的摻雜量x對超導(dǎo)性能起著關(guān)鍵的調(diào)控作用。隨著x的變化，超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)以及超導(dǎo)特性都會(huì)發(fā)生顯著改變。當(dāng)x值較小時(shí)，體系中的載流子濃度較低，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc也較低。通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)x從0.1增加到0.3時(shí)，Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度逐漸升高，在x=0.3左右達(dá)到峰值，約為37K。這是因?yàn)檫m量的K?摻雜引入了更多的空穴載流子，優(yōu)化了電子結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了電子-聲子相互作用，有利于超導(dǎo)配對的形成。當(dāng)x繼續(xù)增大時(shí)，過多的K?摻雜可能會(huì)引入雜質(zhì)或缺陷，破壞超導(dǎo)序，導(dǎo)致Tc下降。原料中其他元素的比例偏差也會(huì)對帶材性能產(chǎn)生影響。若Fe元素的含量過高，可能會(huì)形成FeAs等雜相。這些雜相幾乎全部存在于晶界，屬于晶界濕潤相，且其超導(dǎo)序參量較低，會(huì)嚴(yán)重阻礙超導(dǎo)電流通過晶界，降低帶材的臨界電流密度。加工工藝道次加工率對帶材的微觀結(jié)構(gòu)和性能有著重要影響。在拉拔和軋制等加工過程中，道次加工率決定了材料的變形程度。較高的道次加工率可以使晶粒更加細(xì)化。在拉拔過程中，當(dāng)?shù)来渭庸ぢ蕪?0%提高到20%時(shí)，超導(dǎo)線材的晶粒尺寸明顯減小，這是因?yàn)檩^大的變形程度促使晶粒發(fā)生破碎和細(xì)化。晶粒細(xì)化可以增加晶界的數(shù)量，晶界作為磁通釘扎中心，能夠有效阻止磁通的運(yùn)動(dòng)，從而提高帶材的臨界電流密度。但過高的道次加工率也會(huì)帶來一些問題。過高的加工率可能導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生較大的應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過材料的承受極限時(shí)，會(huì)產(chǎn)生裂紋等缺陷。在軋制過程中，若道次加工率過大，帶材表面可能會(huì)出現(xiàn)裂紋，這些裂紋會(huì)影響帶材的力學(xué)性能和超導(dǎo)性能。道次加工率的變化還會(huì)影響帶材的織構(gòu)。適當(dāng)?shù)牡来渭庸ぢ士梢哉T導(dǎo)帶材形成良好的織構(gòu)，使晶粒的取向更加一致，有利于超導(dǎo)電流的傳輸。而不合理的道次加工率則可能導(dǎo)致織構(gòu)紊亂，降低超導(dǎo)性能。熱處理參數(shù)是影響帶材性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。熱處理溫度對超導(dǎo)相的形成和生長起著決定性作用。在較低的熱處理溫度下，原子的活性較低，擴(kuò)散速率慢，固相反應(yīng)難以充分進(jìn)行，超導(dǎo)相的生成量較少，且結(jié)晶不完善。當(dāng)熱處理溫度為800℃時(shí)，通過X射線衍射（XRD）分析發(fā)現(xiàn)，超導(dǎo)相的峰強(qiáng)度較弱，同時(shí)存在較多的原料相和雜質(zhì)相峰，帶材的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度較低，臨界電流密度也較小。隨著熱處理溫度升高到850-900℃，原子活性增強(qiáng)，擴(kuò)散速率加快，固相反應(yīng)充分進(jìn)行，超導(dǎo)相大量生成且結(jié)晶良好，XRD圖譜中超導(dǎo)相的峰強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，雜質(zhì)相峰強(qiáng)度減弱，帶材的超導(dǎo)性能得到顯著提高。但當(dāng)熱處理溫度過高，超過950℃時(shí)，會(huì)導(dǎo)致晶粒過度長大，晶界數(shù)量減少，磁通釘扎中心減少，不利于磁通的束縛，從而降低帶材的臨界電流密度。熱處理時(shí)間也對帶材性能有顯著影響。如果熱處理時(shí)間過短，固相反應(yīng)無法充分完成，超導(dǎo)相不能充分生長和結(jié)晶，帶材的超導(dǎo)性能較差。在850℃下熱處理時(shí)，若時(shí)間僅為10小時(shí)，超導(dǎo)相的結(jié)晶程度差，晶粒細(xì)小且分布不均勻，帶材的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度范圍較寬，臨界電流密度較低。隨著熱處理時(shí)間延長到30-40小時(shí)，超導(dǎo)相有更充足的時(shí)間生長和結(jié)晶，晶粒尺寸更加均勻，帶材的超導(dǎo)性能得到明顯改善。但過長的熱處理時(shí)間會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低，成本增加，且當(dāng)熱處理時(shí)間超過50小時(shí)后，帶材的性能提升并不明顯，反而可能由于長時(shí)間的高溫作用，導(dǎo)致材料內(nèi)部的缺陷增多，性能下降。原料配比、加工工藝道次加工率和熱處理參數(shù)等制備工藝參數(shù)相互關(guān)聯(lián)、相互影響，共同決定了Sr???K?Fe?As?鐵基超導(dǎo)線帶材的性能。在實(shí)際制備過程中，需要精確控制這些關(guān)鍵參數(shù)，以獲得高性能的超導(dǎo)線帶材。五、優(yōu)化措施與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證5.1成分優(yōu)化5.1.1元素?fù)诫s元素?fù)诫s是優(yōu)化Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)性能的重要手段之一，通過引入不同的摻雜元素，可以調(diào)控超導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其超導(dǎo)性能。當(dāng)對Sr???K?Fe?As?進(jìn)行Sn摻雜時(shí)，Sn原子會(huì)替代部分Fe原子進(jìn)入晶格。Sn原子的價(jià)電子結(jié)構(gòu)與Fe原子不同，其外層電子數(shù)為4，而Fe原子的外層電子數(shù)為8。這種差異導(dǎo)致Sn摻雜會(huì)改變Fe?As?層中的電子濃度和電子態(tài)分布。研究表明，適量的Sn摻雜可以引入額外的載流子，優(yōu)化電子結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)電子-聲子相互作用，從而提高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc。當(dāng)Sn的摻雜量為1%時(shí)，Tc可提高約2K。過多的Sn摻雜會(huì)引入雜質(zhì)相，破壞超導(dǎo)序。當(dāng)Sn摻雜量超過3%時(shí)，會(huì)出現(xiàn)SnAs等雜質(zhì)相，這些雜質(zhì)相的存在會(huì)干擾超導(dǎo)電子對的形成和傳輸，導(dǎo)致Tc下降，臨界電流密度Jc也會(huì)顯著降低。Zn摻雜對Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)性能的影響也較為顯著。Zn原子替代Fe原子后，由于Zn2?的離子半徑（0.74?）與Fe2?的離子半徑（0.78?）相近，對晶體結(jié)構(gòu)的影響相對較小。但Zn原子的電子結(jié)構(gòu)與Fe原子不同，會(huì)改變Fe?As?層中的電子云分布。Zn摻雜主要通過改變電子關(guān)聯(lián)強(qiáng)度來影響超導(dǎo)性能。適量的Zn摻雜可以減弱電子之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)作用，使得電子的運(yùn)動(dòng)更加自由，有利于超導(dǎo)配對。當(dāng)Zn的摻雜量為2%時(shí)，Sr???K?Fe?As?的臨界電流密度Jc在4.2K、10T的條件下可提高約20%。然而，當(dāng)Zn摻雜量過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致超導(dǎo)相的穩(wěn)定性下降。當(dāng)Zn摻雜量超過5%時(shí)，超導(dǎo)相的含量減少，Tc降低，這是因?yàn)檫^多的Zn摻雜破壞了Fe?As?層的電子結(jié)構(gòu)，削弱了超導(dǎo)配對相互作用。除了Sn和Zn，其他元素如稀土元素（如Ce、Nd等）的摻雜也對Sr???K?Fe?As?的超導(dǎo)性能有影響。稀土元素具有獨(dú)特的4f電子結(jié)構(gòu)，其摻雜可以改變超導(dǎo)體的晶體場和電子結(jié)構(gòu)。Ce摻雜可以通過調(diào)節(jié)電子濃度和引入局域磁矩，影響超導(dǎo)性能。適量的Ce摻雜可以提高上臨界場Hc2，增強(qiáng)超導(dǎo)體在強(qiáng)磁場下的性能。當(dāng)Ce的摻雜量為1.5%時(shí)，Hc2在4.2K下可提高約10%。不同元素的摻雜效果可能會(huì)相互影響，在進(jìn)行多元素?fù)诫s時(shí)，需要綜合考慮各元素之間的相互作用。為了確定最佳摻雜方案，進(jìn)行了一系列對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)置了不同的摻雜元素（Sn、Zn、Ce等）和不同的摻雜含量（0-5%），采用相同的制備工藝制備Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材。通過測量超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc、臨界電流密度Jc和上臨界場Hc2等性能參數(shù)，對不同摻雜方案的帶材進(jìn)行評估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對于提高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，Sn的最佳摻雜量為1-2%；對于提高臨界電流密度，Zn的最佳摻雜量為2-3%；對于提高上臨界場，Ce的最佳摻雜量為1-1.5%。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體需求選擇合適的摻雜元素和摻雜量。若需要提高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，可選擇Sn進(jìn)行1-2%的摻雜；若更關(guān)注臨界電流密度，可采用Zn進(jìn)行2-3%的摻雜。也可以嘗試多元素協(xié)同摻雜，進(jìn)一步優(yōu)化超導(dǎo)性能，但需要注意各元素之間的相互作用和最佳配比。5.1.2前驅(qū)粉比例調(diào)整前驅(qū)粉中各成分的比例對Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材的超導(dǎo)相形成和性能有著至關(guān)重要的影響，通過調(diào)整前驅(qū)粉比例，可以優(yōu)化帶材的性能。在制備Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材時(shí)，前驅(qū)粉中Sr、K、Fe、As的比例直接決定了最終超導(dǎo)相的化學(xué)計(jì)量比。當(dāng)Sr和K的比例偏離理想值時(shí)，會(huì)對超導(dǎo)性能產(chǎn)生顯著影響。若Sr含量過高，K含量相對不足，會(huì)導(dǎo)致載流子濃度偏低。因?yàn)镵?的摻雜是為了引入空穴載流子，調(diào)節(jié)電子結(jié)構(gòu)。K?含量不足時(shí)，體系中的空穴載流子濃度降低，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc會(huì)下降。研究表明，當(dāng)Sr與K的摩爾比從0.7:0.3變?yōu)?.8:0.2時(shí)，Tc可降低約3K。這是由于載流子濃度的改變影響了電子-聲子相互作用和超導(dǎo)配對機(jī)制。過多的Sr還可能導(dǎo)致雜質(zhì)相的產(chǎn)生，如Sr?FeAs?等雜質(zhì)相，這些雜質(zhì)相的存在會(huì)破壞超導(dǎo)相的結(jié)構(gòu)和性能，降低臨界電流密度Jc。Fe和As的比例同樣對超導(dǎo)相的形成和性能有著關(guān)鍵作用。FeAs是超導(dǎo)相形成的重要中間產(chǎn)物，其比例的失衡會(huì)影響超導(dǎo)相的生長和結(jié)晶。當(dāng)Fe含量過高，As含量相對較低時(shí)，會(huì)出現(xiàn)未反應(yīng)完全的Fe，這些多余的Fe會(huì)在晶界處聚集。通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e含量過高時(shí)，晶界處會(huì)出現(xiàn)明顯的Fe顆粒。晶界處的Fe會(huì)與超導(dǎo)相競爭電子，干擾超導(dǎo)電子對的形成和傳輸，導(dǎo)致超導(dǎo)性能下降。研究表明，當(dāng)Fe與As的摩爾比從2:2變?yōu)?.1:1.9時(shí)，臨界電流密度Jc在4.2K、10T的條件下可降低約15%。因?yàn)榫Ы缣幍腇e破壞了晶界的超導(dǎo)性能，增加了超導(dǎo)電流的傳輸阻力。當(dāng)As含量過高時(shí)，可能會(huì)形成As?等雜質(zhì)相，這些雜質(zhì)相不僅會(huì)占據(jù)超導(dǎo)相的晶格位置，還會(huì)影響超導(dǎo)相的電子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致超導(dǎo)性能惡化。為了確定優(yōu)化的前驅(qū)粉比例，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)采用固定其他條件，僅改變前驅(qū)粉中各成分比例的方法。設(shè)置了不同的Sr與K的摩爾比（如0.6:0.4、0.7:0.3、0.8:0.2等），以及不同的Fe與As的摩爾比（如1.9:2.1、2:2、2.1:1.9等）。通過X射線衍射（XRD）分析不同比例前驅(qū)粉制備的帶材的物相組成，確定超導(dǎo)相的含量和雜質(zhì)相的種類。利用超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）測量超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc和臨界電流密度Jc。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)前驅(qū)粉中Sr與K的摩爾比為0.7:0.3，F(xiàn)e與As的摩爾比為2:2時(shí)，制備的Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材具有最佳的超導(dǎo)性能。此時(shí)，超導(dǎo)相的含量最高，雜質(zhì)相的含量最低，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc可達(dá)到約37K，臨界電流密度Jc在4.2K、10T的條件下可達(dá)到較高水平，滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。五、優(yōu)化措施與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證5.1成分優(yōu)化5.1.1元素?fù)诫s元素?fù)诫s是優(yōu)化Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)性能的重要手段之一，通過引入不同的摻雜元素，可以調(diào)控超導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其超導(dǎo)性能。當(dāng)對Sr???K?Fe?As?進(jìn)行Sn摻雜時(shí)，Sn原子會(huì)替代部分Fe原子進(jìn)入晶格。Sn原子的價(jià)電子結(jié)構(gòu)與Fe原子不同，其外層電子數(shù)為4，而Fe原子的外層電子數(shù)為8。這種差異導(dǎo)致Sn摻雜會(huì)改變Fe?As?層中的電子濃度和電子態(tài)分布。研究表明，適量的Sn摻雜可以引入額外的載流子，優(yōu)化電子結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)電子-聲子相互作用，從而提高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc。當(dāng)Sn的摻雜量為1%時(shí)，Tc可提高約2K。過多的Sn摻雜會(huì)引入雜質(zhì)相，破壞超導(dǎo)序。當(dāng)Sn摻雜量超過3%時(shí)，會(huì)出現(xiàn)SnAs等雜質(zhì)相，這些雜質(zhì)相的存在會(huì)干擾超導(dǎo)電子對的形成和傳輸，導(dǎo)致Tc下降，臨界電流密度Jc也會(huì)顯著降低。Zn摻雜對Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)性能的影響也較為顯著。Zn原子替代Fe原子后，由于Zn2?的離子半徑（0.74?）與Fe2?的離子半徑（0.78?）相近，對晶體結(jié)構(gòu)的影響相對較小。但Zn原子的電子結(jié)構(gòu)與Fe原子不同，會(huì)改變Fe?As?層中的電子云分布。Zn摻雜主要通過改變電子關(guān)聯(lián)強(qiáng)度來影響超導(dǎo)性能。適量的Zn摻雜可以減弱電子之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)作用，使得電子的運(yùn)動(dòng)更加自由，有利于超導(dǎo)配對。當(dāng)Zn的摻雜量為2%時(shí)，Sr???K?Fe?As?的臨界電流密度Jc在4.2K、10T的條件下可提高約20%。然而，當(dāng)Zn摻雜量過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致超導(dǎo)相的穩(wěn)定性下降。當(dāng)Zn摻雜量超過5%時(shí)，超導(dǎo)相的含量減少，Tc降低，這是因?yàn)檫^多的Zn摻雜破壞了Fe?As?層的電子結(jié)構(gòu)，削弱了超導(dǎo)配對相互作用。除了Sn和Zn，其他元素如稀土元素（如Ce、Nd等）的摻雜也對Sr???K?Fe?As?的超導(dǎo)性能有影響。稀土元素具有獨(dú)特的4f電子結(jié)構(gòu)，其摻雜可以改變超導(dǎo)體的晶體場和電子結(jié)構(gòu)。Ce摻雜可以通過調(diào)節(jié)電子濃度和引入局域磁矩，影響超導(dǎo)性能。適量的Ce摻雜可以提高上臨界場Hc2，增強(qiáng)超導(dǎo)體在強(qiáng)磁場下的性能。當(dāng)Ce的摻雜量為1.5%時(shí)，Hc2在4.2K下可提高約10%。不同元素的摻雜效果可能會(huì)相互影響，在進(jìn)行多元素?fù)诫s時(shí)，需要綜合考慮各元素之間的相互作用。為了確定最佳摻雜方案，進(jìn)行了一系列對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)置了不同的摻雜元素（Sn、Zn、Ce等）和不同的摻雜含量（0-5%），采用相同的制備工藝制備Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材。通過測量超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc、臨界電流密度Jc和上臨界場Hc2等性能參數(shù)，對不同摻雜方案的帶材進(jìn)行評估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對于提高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，Sn的最佳摻雜量為1-2%；對于提高臨界電流密度，Zn的最佳摻雜量為2-3%；對于提高上臨界場，Ce的最佳摻雜量為1-1.5%。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體需求選擇合適的摻雜元素和摻雜量。若需要提高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，可選擇Sn進(jìn)行1-2%的摻雜；若更關(guān)注臨界電流密度，可采用Zn進(jìn)行2-3%的摻雜。也可以嘗試多元素協(xié)同摻雜，進(jìn)一步優(yōu)化超導(dǎo)性能，但需要注意各元素之間的相互作用和最佳配比。5.1.2前驅(qū)粉比例調(diào)整前驅(qū)粉中各成分的比例對Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材的超導(dǎo)相形成和性能有著至關(guān)重要的影響，通過調(diào)整前驅(qū)粉比例，可以優(yōu)化帶材的性能。在制備Sr???K?Fe?As?超導(dǎo)線帶材時(shí)，前驅(qū)粉中Sr、K、Fe、As的比例直接決定了最終超導(dǎo)相的化學(xué)計(jì)量比。當(dāng)Sr和K的比例偏離理想值時(shí)，會(huì)對超導(dǎo)性能產(chǎn)生顯著影響。若Sr含量過高，K含量相對不足，會(huì)導(dǎo)致載流子濃度偏低。因?yàn)镵?的摻雜是為了引入空穴載流子，調(diào)節(jié)電子結(jié)構(gòu)。K?含量不足時(shí)，體系中的空穴載流子濃度降低，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc會(huì)下降。研究表明，當(dāng)Sr與K的摩爾比從0.7:0.3變?yōu)?.8:0.2時(shí)，Tc可降低約3K。這是由于載流子濃度的改變影響了電子-聲子相互作用和超導(dǎo)配對機(jī)制。過多的Sr還可能導(dǎo)致雜質(zhì)相的產(chǎn)生，如Sr?FeAs?等雜質(zhì)相，這些雜質(zhì)相的存在會(huì)破壞超導(dǎo)相的結(jié)構(gòu)和性能，降低臨界電流密度Jc。Fe和As的比例同樣對超導(dǎo)相的形成和性能有著關(guān)鍵作用。FeAs是超導(dǎo)相形成的重要中間產(chǎn)物，其比例的失衡會(huì)影響超導(dǎo)相的生長和結(jié)晶。當(dāng)Fe含量過高，As含量相對較低時(shí)，會(huì)出現(xiàn)未反應(yīng)完全的Fe，這些多余的Fe會(huì)在晶界處聚集。通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e含量過高時(shí)，晶界處會(huì)出現(xiàn)明顯的Fe顆粒。晶界處的Fe會(huì)與超導(dǎo)相競爭電子，干擾超導(dǎo)電子對的形成和傳輸，導(dǎo)致超導(dǎo)性能下降。研究表明，當(dāng)Fe與As的摩爾比從2:2變?yōu)?.1:1.9時(shí)，臨界電流密度Jc在4.2K、10T的條件下可降低約15%。因?yàn)榫Ы缣幍腇e破壞了晶界的超導(dǎo)性能，增加了超導(dǎo)電流的傳輸阻力。當(dāng)As含量