無氟高分子輔助金屬有機(jī)物沉積法制備高性能REBa-,2-Cu-,3-O-,7-z-超導(dǎo)薄膜.pdf_第1頁
已閱讀1頁,還剩245頁未讀, 繼續(xù)免費閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

1、YBa2Cu3O7-z(YBCO)涂層導(dǎo)體即第二代高溫超導(dǎo)帶材是當(dāng)前超導(dǎo)材料領(lǐng)域的研究熱點,在電力系統(tǒng)、交通、軍事、醫(yī)學(xué)等方面有著巨大的應(yīng)用前景。目前,制約涂層導(dǎo)體大規(guī)模應(yīng)用的主要因素是成本高昂的制備技術(shù)。本文正是以低成本、高性能、易推廣的制備技術(shù)為研究目標(biāo)開發(fā)出了一種新型無氟高分子輔助金屬有機(jī)物沉積(PA-MOD)技術(shù)和一種新型的高溫部分熔融熱處理工藝以及與之相應(yīng)的磁通釘扎中心引入技術(shù),并圍繞這一技術(shù)開發(fā)的基礎(chǔ)科學(xué)問題展開了較為深入的

2、研究,使該技術(shù)的可靠性和重復(fù)性達(dá)到了較好的水平。采用優(yōu)化的工藝參數(shù)制備出的YBCO超導(dǎo)薄膜其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc達(dá)到91 K,臨界電流密度Jc(77 K,0 T)達(dá)到3.5 MA/cm2。
   第1章主要結(jié)合高溫超導(dǎo)材料的研究進(jìn)展及應(yīng)用要求介紹了本課題的研究背景。其次,以基礎(chǔ)科研和實際應(yīng)用為導(dǎo)向提出了課題的主要研究內(nèi)容,并且概括了論文的篇章結(jié)構(gòu)。
   第2章首先回顧了超導(dǎo)電性的基礎(chǔ)知識并對典型的高溫超導(dǎo)材料作了詳細(xì)介紹。

3、繼而闡述了涂層導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、制備技術(shù)、性能及其應(yīng)用。從化學(xué)溶液法的分類和制備流程兩方面重點介紹了溶膠凝膠法、金屬有機(jī)物沉積法和混合法的特點。并著重介紹了現(xiàn)行的兩種典型的化學(xué)溶液沉積法即三氟醋酸鹽法(TFA-MOD)和三甲基乙酸鹽法(TMAP)的制膠工藝流程、熱處理工藝路線及成相過程的化學(xué)反應(yīng)機(jī)制。最后闡述了磁通釘扎的基礎(chǔ)知識并歸納了目前提高YBCO涂層導(dǎo)體臨界電流密度的方法。
   第3章主要分為實驗方案設(shè)計和樣品表征兩個方面。在

4、實驗方案設(shè)計中全面介紹了制備YBCO薄膜的整個工藝流程。其中重點介紹了課題組自主開發(fā)的無氟PA-MOD法的整個開發(fā)過程,并給出了最終的制膠流程。在樣品表征方面,主要涉及到的測試手段包括熱分析、晶體結(jié)構(gòu)和織構(gòu)、表面和斷面微結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)磁性質(zhì)和電輸運性質(zhì)。
   自主開發(fā)的新型無氟高分子輔助金屬有機(jī)物沉積(PA-MOD)技術(shù)具有以下特點:精確控制原料的化學(xué)計量比、成本低廉、涂層溶液制備過程簡單易操作、同時高分子化合物的引入有效地增強(qiáng)了

5、涂層溶液的均勻性和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的無氟化學(xué)溶液法制備YBCO薄膜過程中容易生成雜相BaCO3,該雜相通常堆積在YBCO的晶界處從而阻礙超導(dǎo)電流的傳輸,使得采用該方法制備的YBCO薄膜性能低下。20多年來,這一技術(shù)一直得不到發(fā)展。我們通過對無氟化學(xué)溶液法沉積YBCO超導(dǎo)薄膜的分解過程、成相工藝、熱處理參數(shù)的優(yōu)化以及相應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)的研究,開發(fā)出在低溫?zé)崽幚磉^程中利用水蒸氣與BaCO3反應(yīng)的機(jī)理,使得制備過程中形成的BaCO3被分解,從而有

6、效地解決了無氟化學(xué)溶液法制備過程中的這一難題,顯著地提高了YBCO薄膜的性能以及制備技術(shù)的重復(fù)性。采用這一技術(shù)制備出的薄膜其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度達(dá)到90 K,77 K自場下的臨界電流密度達(dá)到1 MA/cm2。這一技術(shù)對開發(fā)出低成本制備高性能YBCO高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體有著重要的意義。
   為了制備出高性能YBCO薄膜,我們研究了新型無氟PA-MOD法中不同高分子添加劑對涂層溶液合成以及對YBCO薄膜制備的影響。通過研究不同高分子添加劑制備

7、的YBCO薄膜的性能,得到了收縮率最小的、輔助效率最佳的高分子聚乙烯醇縮丁醛(PVB),使超導(dǎo)薄膜的微觀形貌顯著改善、裂紋減少。在此基礎(chǔ)上,開發(fā)出高溫部分熔融熱處理工藝,即在YBCO前驅(qū)薄膜中生成少量液相。液相的生成有利于增強(qiáng)前驅(qū)膜與基片之間的浸潤性并促進(jìn)其外延生長,同時液相能夠彌合分解過程中形成的部分微裂紋和微孔。此外,較高的熔融溫度還分解掉殘余的BaCO3。這一新型的制備技術(shù)進(jìn)一步改善了YBCO薄膜的微觀結(jié)構(gòu),顯著提高了其致密度和平

8、整性,使孔洞率下降、裂紋減少,并使得超導(dǎo)相的成分控制更為精確。這些性能的改善使得YBCO超導(dǎo)薄膜的載流性能出現(xiàn)大幅度上升,在77 K,0 T下的臨界電流密度達(dá)到了3.5 MA/cm2。這一性能指標(biāo)在無氟化學(xué)法制備的YBCO薄膜中處于國際最好水平之一。
   由于化學(xué)溶液法工藝條件對組分的敏感性,由固相法所得到的制備參數(shù)不能直接作為指導(dǎo)化學(xué)溶液法制備摻雜的YBCO薄膜。因此采用化學(xué)溶液法引入磁通釘扎中心歷來是YBCO超導(dǎo)薄膜研究的

9、一個難點。為此,我們分別研究了微量Co3+、Fe3+、Zn2+、Ni2+、Li+等雜質(zhì)離子的Cu位摻雜對YBa2Cu3O7-z超導(dǎo)薄膜結(jié)構(gòu)和臨界電流密度的影響。結(jié)果表明,微量雜質(zhì)離子摻雜的YBCO薄膜具有良好的雙軸織構(gòu)以及更加平整致密的表面形貌。而且適量雜質(zhì)離子摻雜使得YBCO薄膜的有場臨界電流密度Jc顯著提高。此外,Co3+和Zn2+名義摻雜量為0.001的YBCO薄膜的不可逆場Hirr和磁通釘扎力Fp也明顯提高,表明通過微量雜質(zhì)離子

10、摻雜可以有效地改善YBCO薄膜的磁通釘扎性能。
   由于GdBCO具有比YBCO更高的載流性能,為了進(jìn)一步提高涂層導(dǎo)體用超導(dǎo)層的性能,我們將所獲得的技術(shù)推廣到GdBCO系統(tǒng)。主要研究了微量Co3+、Fe3+、Zn2+、Ni2+的Cu位摻雜對GdBa2Cu3O7-z薄膜結(jié)構(gòu)和臨界電流密度的影響。通過優(yōu)化摻雜GdBCO薄膜的成相溫度和熔融溫度,制得了高性能的GdBCO薄膜。與YBCO體系不同的是,GdBCO體系中由于Gd位替代Ba

11、位會生成在高溫高場下可能作為釘扎中心的弱超導(dǎo)的固溶相。因此,雜質(zhì)離子摻雜造成的納米級缺陷和弱超導(dǎo)的固溶相均對提高GdBCO薄膜在高溫高場下的Jc值有所貢獻(xiàn)。
   此外,我們還研究了稀土元素以及BaZrO3摻雜對Y(Gd)Ba2Cu3O7-z臨界電流密度的影響。根據(jù)約化臨界電流密度隨磁場變化的研究結(jié)果,過量稀土元素?fù)诫s、稀土元素Y位部分替代主要提高了YBCO薄膜在低場下的磁通釘扎性能。而Nd、Eu、Gd等量共摻主要提高了薄膜在高

12、溫高場下的磁通釘扎性能,2%BaZrO3摻雜可以顯著提高GdBCO薄膜在高溫低場下的磁通釘扎性能。我們初步分析了在Y(Gd)BCO薄膜中采用不同方式引入釘扎中心的磁通釘扎機(jī)制。
   最后,我們著重分析了影響YBCO薄膜外延生長的熱力學(xué)和動力學(xué)機(jī)理,并對控制薄膜織構(gòu)和表面微結(jié)構(gòu)的部分因素進(jìn)行了探討。我們對前驅(qū)薄膜形成及YBCO薄膜成相的化學(xué)反應(yīng)機(jī)制進(jìn)行了初步的闡述,并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用經(jīng)典形核理論推導(dǎo)出了先驅(qū)薄膜在單晶基片上非均勻形

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 眾賞文庫僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評論

0/150

提交評論