二硼化镁 Magnesium diboride（MgB2） 

中文名 二硼化镁

英文名 Magnesium diboride

别    称 硼化镁

化学式 MgB2

分子量 45.93 CAS

登录号 12007-25-9

熔    点 830℃

密    度 2.57g/cm3

  二硼化镁（MgB?6?0）是一种离子化合物，晶体结构属六方晶系，

是一种脆而硬的物质，延展性差，它是一种插层型化合物，

镁层和硼层交替排列，在温度略接近绝对温度40K（即-233℃）

会转变为超导体。它的转变温度几乎高达其他同类型超导体的两倍，

而它的实际工作温度为20~30K。二硼化镁（MgB２），其超导转变

温度为３９K，即零下２３４℃，是目前金属化合物超导体的最高

临界温度。二硼化镁作为具有超导电性的新材料，为研究新一代

具有简单结构的高温半导体开辟了新途径。超导物质二硼化镁是

镁和硼按１∶２的比例结合而成的金属化合物。其特点是资源丰富，

价格低廉，导电率高，容易合成，加工简便。由于二硼化镁容易制成

薄膜和线材，能够广泛应用于制造CT扫描仪等多种电子仪器仪表，

制造超级电子计算机的元器件以及电力传输设备的元器件。在电子领域

和计算机领域有着广阔的应用前景。我国采用高温高压方法，短时间

内成功合成了一种高密度的二硼化镁超导体样品，接近了国际水平。

二硼化镁的潜在应用包括超导磁铁、电力传输线及灵敏的磁场侦测器。

 研究人员在2001年发现，一种看起来毫不起眼的化合物硼化镁

（magnesium diboride），在温度略接近绝对温度40K（即-233℃）

会转变为超导体。它的转变温度几乎高达其他同类型超导体的两倍，

而它的实际工作温度为20~30K。要达到这个温度可借由液态氖、液态氢

或是封闭循环式冷冻机来完成降温。比起工业界以液态氦来冷却铌合金

（4K），这些方法既简单又省钱。一旦掺杂了碳或其他杂质，硼化镁

在有磁场或有电流通过的情况下，维持超导性的能力不亚于铌合金，

甚至更好。它的潜在应用包括超导磁铁、电力传输线及灵敏的磁场侦测器

  二硼化镁是一种无机化合物，化学式为MgB₂。 无定形二硼化镁是一种

深灰色、不溶于水的颗粒状固体。 2001年，研究人员发现二硼化镁在39

开尔文转变为超导体，属于常规超导体。MgB₂与大多数含有过渡金属的

常规超导体有显著不同。

二硼化镁(MgB2)超导电性的发现，轰动了整个凝聚态物理界，因为它

创造了金属间化合物超导材料转变温度的新纪录，超导转变温度高达

39K。与合金类低温超导材料不同，它可以工作在制冷机工作温区(20-30K)，

从而降低昂贵的液氦温区制冷成本。氧化物高温超导体虽然具有超导转变

温度高的优势，但由于相干长度小导致凝聚能和磁通钉扎能低；层状结

构导致各向异性；陶瓷特性使得材料容易脆裂及原材料价格比较昂贵等等，

在应用上受到很大限制。而MgB2与陶瓷类的高温超导材料比较，成型容

易、各向异性较弱而相干长度大，这些都使得MgB2有着很好的应用前景。 

MgB2的实测燃烧热值和燃烧效率均高于无定型硼.在298～1673 K的温度

区间内,MgB2在缓慢升温条件下的热氧化反应包含四个阶段,其主要的氧

化放热和增重都发生在1200～1665 K之间.而无定型硼主要的氧化放热

和增重都发生在1919 K附近.在1665 K时,MgB2的氧化率高达94.3%,而

无定型硼的氧化率仅为43.6%.与无定形硼相比,MgB2可以在更低温度

下充分氧化,热氧化特性优于无定形硼。

     MgB2的超导原理与金属相似，是由声了的量子化振动把电了连成对,

以声了波的形式通过材料形成超导,因此属于BCS理论范畴。BCS理论是

1957年由巴丁.库玻和雪瑞弗提出的解释常规超导体的理论.既经典电

声耦合理论,以电子声子相万.作用为基础解释超导电性,它很好地解释

了金属及金属间化合物的超导电性。研究表明(1.MgB2的超导电性源

JB原了的声子谱,且超导电流密度较高,晶界相对超导电流是“透明的".

即超导电流不受品界连通性的限制,特别适用于强电输送及制做高品

质的微波器件。二是因为MgB2的制备原料B.Mg都相对便宜,合成也简单;

而氧化物高温超导体是由多种元索组成.原料昂贵,且材料脆性:大,难以

加工成实用的线材。总之,MgB临界温度低的弱点可能被其在制备、加工、

价格等方面的优势所弥补。表1为MgB2的各项基本性能指标。 3MgB2超导

特性的研究现状。 

现在各国的研究内容主要集中在MgB2临界温度的影响因素上。

以便能够尽快使其实用化。科学家们通常采用两种“掺杂”的方法来改

变MgB2的临界温度:一. 种是电子掺杂,合成MgB,- ,X,(X= Be.C.N.O等),

即用Be.C.N.O等元素部分替代MgB2中的B元素,到目前为止尚未发现电子

掺杂具有提高临界温度的作用:另一种是空六掺杂。合成Mg..M.B2(M= Al.

Be .Ca ,Cu,Ll.Na.Zn等),即用Al, Be .Ca .Cu,Ll.Na.Zn等元素部分替

代Mg元素。通过掺杂或替代可以改变材料的载流子浓度,从而改变Tc。

我国科学家发现掺有20%铜元素的MgB,(即Mgo ,Cuo xB2)具有超导电性,

其超导转变起始温度为49K.零电阻温度为45. 6K.是目前二朝化镁类新型

超导体中临界温度最高的"。MgoCuozB2主要是MgB2和CuzMg的混合物,

其品体结构仍然是六方晶系,但其c轴和a轴都比MgB2的略有缩短。

MgB2 的组织结构及合成方法
MgB2是一种简单的二元化合物,属六方晶系,A1B2型简单六方结构,具有P6/mmm

空问群。这种结构含有类似石墨的B层,在两个B原子层之问有一个六方紧密

堆积的Mg原子层,Mg原子处在B原f形成的六角形的中心。MgB2晶体中硼原子

的面间距明显大于原子间距，从而使C轴热膨胀系数大丁A轴。
     MgB2超导原理及基本性能
与现有复杂氧化物超导体高达160K 的临界温度相比，MgB,的临界温度并不算

高，为什么却能引起这么大的轰动和反响呢?一是因为与复杂氧化物高温超

导体小同.MgB:是简单的二元化合物.是标准的各向同性的第一类超守体。