SrTiO3斜切基片上外延生长YBa2Cu3O7—δ薄膜的扫描探针显微镜研究

采用激光脉冲沉积法在钛酸锶SrTiO3（001）斜切基片上外延生长YBa2Cu3O7-δ薄膜，在大气环境下采用扫描探针显微镜对YBa2Cu3O7-δ薄膜的表面纳米形貌进行直接观察。发现YBa2Cu3O7-δ薄膜具有相对光滑的表面形貌，薄膜表面由沿SrTiO3台阶趋向外延生长的纳米台阶组成，薄膜生长模式主要以台阶媒体生长为主。     

超导PbO/YBa2Cu3O7-δ复合氧化物摩擦磨损性能

为适应从低温到高温宽温范围的使用条件,用溶胶-凝胶法制备了YBa2Cu3O7-δ超导材料,用摩擦磨损试验机测试了YBa2Cu3O7-δ从室温至液氮温度的摩擦学性能.结果表明:室温20℃下,YBa2Cu3O7-δ与对偶件不锈钢盘对摩时,摩擦因数在0.5左右,当温度降到超导转变温度以下时(液氮温度-196℃)摩擦因数大幅度降低,YBa2Cu3O7-δ超导态摩擦因数是正常态值的一半,实验直接证明了电子激励对摩擦能量耗散的作用.为改善室温下YBa2Cu3O7-δ摩擦学性能,掺杂不同质量分数PbO作为润滑组元,制备了PbO/YBa2Cu3O7-δ超导固体润滑复合材料,取得良好效果.PbO掺杂不影响PbO/YBa2Cu3O7-δ复合材料的超导电性,在正常的载荷和滑行速度下15%PbO/YBa2Cu3O7-δ复合材料摩擦因数为0.2至0.3,磨损率为4.35×10-4mm3·(N·m)-1,分析了PbO/YBa2Cu3O7-δ复合材料减摩耐磨机制.     

斜切基片上c—取向YBa2Cu3O7—δ薄膜的生长特性及开裂行为

用脉冲激光沉积方法在斜切SrTiO3(001)基片上制备了YBa2Cu3O7-δ薄膜,并用原子力显微镜、X射线衍射仪及透射电镜研究了薄膜表面形貌、取向特征、结晶性和显微结构。结果表明,薄膜表面呈“台阶－台面”结构,并伴有与台阶边缘垂直的裂纹产生,说明薄膜以“台阶流动”方式生长;而且薄膜具有c-轴取向,但其结晶性不好。在薄膜中没有观察到a-b孪晶的存在。薄膜的开裂和结晶性较差均是由于斜切基片台阶表面晶格四方畸变抑制了薄膜正交转变时a-b孪晶的产生,而使晶格错配应变不能释放造成的。     

前驱体温度对激光化学气相沉积YBa2Cu3O 7δ超导薄膜结构及性能的影响

采用激光化学气相沉积法在Al2O3基底上以49μm·h-1的沉积速率高速制备了c-轴取向的YBa2Cu3O 7-δ薄膜,其中,激光功率为133 W,沉积温度1103 K,腔体压强800 Pa。研究了前驱体蒸发温度及薄膜退火温度对薄膜电学性能的影响。研究表明,Ba、Cu、Y前驱体加热温度分别为603、478、459 K时制备的薄膜在经813 K高温热处理12 h后,临界温度可达83 K。     

SrTiO3斜切基片上外延生长YBa2Cu3O7-δ薄膜的扫描探针显微镜研究

采用激光脉冲沉积法在钛酸锶SrTiO3 (0 0 1)斜切基片上外延生长YBa2 Cu3 O7 δ薄膜 ,在大气环境下采用扫描探针显微镜对YBa2 Cu3 O7 δ薄膜的表面纳米形貌进行直接观察。发现YBa2 Cu3 O7 δ薄膜具有相对光滑的表面形貌 ,薄膜表面由沿SrTiO3台阶趋向外延生长的纳米台阶组成 ,薄膜生长模式主要以台阶媒体生长为主。     

溶胶-凝胶法制备YBa2Cu3O7-x超导薄膜的研究

传统的TFA-MOD法制备YBa2Cu3O7-x薄膜,采用Y、Ba、Cu 3种金属的三氟醋酸盐(TFA)为先驱体,在热分解时,会产生大量的HF气体,即使通过将近20h的缓慢升温过程来对薄膜进行热分解,也难以获得较为光洁的表面,从而无法实现厚膜的制备.本文提出了一种新的含氟溶胶-凝胶工艺,通过减少溶胶中F的含量,并利用二乙醇胺做修饰剂,缩短了热分解时间,提高了薄膜的表面光洁度.利用该方法在(010)LaAlO3衬底上制备了具有良好c轴取向,临界转变温度为89K的YBCO超导薄膜.     

超导材料YBa2Cu3O7-δ摩擦学性能研究现状

一些超导材料在超导转变温度下表现出摩擦系数突然降低,引起科学家极大关注,因而对摩擦的微观起源进行了研究,并探讨了声子的产生和电子激励对摩擦的贡献.综述了低温摩擦学的主要研究方法,重点总结了YBa2Cu3O7-δ在正常态及超导态下的摩擦学特性,分析了YBa2Cu3O7-δ在超导态下具有较低摩擦系数的摩擦机理,展望了YBa2Cu3O7-δ在摩擦学方面的应用前景.     

化学溶液沉积法制备Y2O3过渡层

为了满足YBa2Cu3O7(YBCO)超导带材生产实际的需要,在金属基带和YBCO超导薄膜之间制备一层合适的氧化物过渡层显得尤为重要。以乙酸钇为原料配制前驱体溶液,采用金属盐化学溶液沉积法在织构的Ni-5%W(质量分数)(Ni-5W)带上成功制备了Y_2O_3过渡层。结果显示,氮气氛下1050℃热处理1h后,所获得的Y_2O_3过渡层具有良好的晶体织构,晶体生长取向为(100),完全复制了Ni-5W带模板的结构,为YBCO生长提供了良好的模板。在Y_2O_3过渡层上制备的YBCO薄膜表现出良好的超导性能。     

倾斜衬底沉积法在金属衬底上外延生长YBCO薄膜

YBa2Cu3O7-x(YBCO)镀膜导体在电力等能源领域有巨大应用前景.利用倾斜衬底沉积法在无织构的金属衬底上生长了MgO双轴织构的模板层,在这一模板层上实现了双轴织构的YBCO薄膜的外延生长.这些膜的双轴织构用X射线极图分析、φ-扫描作了测定,观测到了MgO[001]方向相对于衬底法线倾斜了31°.研究了不同缓冲层材料对YBCO外延生长的取向和双轴织构的影响,外延生长的高质量的YBCO薄膜的转变温度和临界电流密度分别达到了91K和5.5×105A/cm2的较高的值.     

斜切基片上c-取向YBa2Cu3O7-δ薄膜的生长特性及开裂行为

用脉冲激光沉积方法在斜切SrTiO3(001)基片上制备了YBa2Cu3O7-δ薄膜,并用原子力显微镜、X射线衍射仪及透射电镜研究了薄膜表面形貌、取向特征、结晶性和显微结构.结果表明,薄膜表面呈"台阶-台面"结构,并伴有与台阶边缘垂直的裂纹产生,说明薄膜以"台阶流动"方式生长;而且薄膜具有c-轴取向,但其结晶性不好.在薄膜中没有观察到a-b孪晶的存在.薄膜的开裂和结晶性较差均是由于斜切基片台阶表面晶格四方畸变抑制了薄膜正交转变时a-b孪晶的产生,而使晶格错配应变不能释放造成的.     

铁磁(La0.7Ca0.3MnO3)/高温超导（YBa2Cu3O7）双层薄膜微结构的高分辨电镜研究

采用脉冲激光沉积法在LaAlO3(LAO)衬底上生长了YBa2Cu3O7/La0.7Ca0.3MnO3(YBCO/LC-MO)和La0.7Ca0.3MnO3/YBa2Cu3O7(LCMO/YBCO)两种外延薄膜,利用高分辨电子显微镜研究了其微观结构。在YBCO/LCMO/LAO薄膜中,LCMO以层-岛模式生长,并形成层状取向畴结构。YBCO层均由c轴取向晶粒组成,其中含有c/3平移畴界、额外CuO层及Y2O3第二相等缺陷结构。在LCMO/YBCO/LAO薄膜中,LAO衬底上初始生长的YBCO为c轴取向,至一定厚度(几个纳米)转为c与a轴混合生长。LCMO层在YBCO上外延生长并具有[100]m与[011]m混合取向畴结构。在LCMO/YBCO界面未观察到失配位错,因此二者界面属应变型界面。     

熔盐法制备α-Fe2O3一维纳米针状材料

采用自制的大面积四靶溅射设备,并结合基片的调速双轴旋转,成功研制出3英寸双面CeO2薄膜及YBa2Cu3O7-δ(YBCO)薄膜.通过对所制备薄膜的微观结构、表面形貌以及电性能的分析测试,得到的CeO2薄膜与YBCO薄膜具有良好的c轴外延取向,CeO2薄膜的(002)峰与YBCO薄膜的(005)峰FWHM均小于1°.薄膜厚度均匀性良好,厚度起伏在±5%以内.YBCO薄膜Tc分布在88.5～90K,△TC＜1K,Jc＞1×106A/cm2,Rs(10GHz,77K)两面分别为0.53mΩ和0.56mΩ,能较好地满足微波器件研制中的需要.     

High resolution electron microscopy study of ferromagnet （La0.7 Ca0.3 MnO3 ）/superconductor （YBa2 Cu3 07 ） bi-layer

采用脉冲激光沉积法在LaAlO3（LAO）衬底上生长了YBa2Cu3O7/La0.7Ca0.3MnO3（YBCO/LC-MO）和La0.7Ca0.3MnO3/YBa2Cu3O7（LCMO/YBCO）两种外延薄膜,利用高分辨电子显微镜研究了其微观结构。在YBCO/LCMO/LAO薄膜中,LCMO以层-岛模式生长,并形成层状取向畴结构。YBCO层均由c轴取向晶粒组成,其中含有c/3平移畴界、额外CuO层及Y2O3第二相等缺陷结构。在LCMO/YBCO/LAO薄膜中,LAO衬底上初始生长的YBCO为c轴取向,至一定厚度（几个纳米）转为c与a轴混合生长。LCMO层在YBCO上外延生长并具有[100]m与[011]m混合取向畴结构。在LCMO/YBCO界面未观察到失配位错,因此二者界面属应变型界面。     

a轴取向YBa2Cu3O7-x薄膜的制备及其Raman光谱研究

采用直流磁控溅射法在SrTiO3(100)衬底上制备a轴取向的YBa2Cu3O7-x薄膜,用四引线法测量R-T曲线Tc0=86K.对于YBa2Cu3O7-x薄膜进行喇曼光谱测量,发现0(4)振动的声子峰(～500cm-1)强度远远大于0(2)-0(3)反相振动的声子峰(～340cm-1)强度,应用群论分析证明薄膜主要是沿a轴生长的.在较低的衬底温度下(<780℃),YBa2Cu3O7-x薄膜沿a轴生长,随着衬底温度的升高,薄膜中沿c轴生长的组分逐渐增加.     

沉积温度对N掺杂Cu_2O薄膜生长及光学特性的影响

利用反应射频磁控溅射技术,首次利用氧化铜作为溅射靶,在氮气和氩气的混合气氛下,制备出N掺杂的Cu2O薄膜。通过改变沉积温度,研究了氮掺杂Cu2O薄膜的结构特征和生长模式以及光学特性。研究结果表明低温沉积时,薄膜表现为比较强的（100）织构;随着沉积温度增加到500℃,薄膜逐渐转变为（111）织构,沉积温度增加导致的临界成核自由能的增加是决定薄膜织构特征的重要因素;原子力显微镜分析发现不同沉积温度的薄膜表面形貌的空间标度指数α〉1,属于表面扩散支配的薄膜生长机制;薄膜表面形貌的空间标度指数和关联长度随沉积温度的变化与薄膜织构度之间存在明显的关联;不同温度沉积的氮掺杂Cu2O薄膜的禁带宽度为（2.52±0.03）eV。     

不同靶材制备ZrW_2O_8薄膜的对比研究

分别采用摩尔比n(WO3):n(ZrO2)=2.8:1复合陶瓷靶材、纯ZrW208陶瓷靶材以及WO3和ZrO2双靶,以射频磁控溅射法在石英基片上沉积制备ZrW2O8薄膜.利用x射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)研究了退火温度对采用不同靶材沉积制备薄膜的相组成和表面形貌的影响;用划痕仪、表面粗糙轮廓仪测量薄膜与基片之间的结合力和薄膜厚度.试验结果表明:采用不同靶材磁控溅射制备的薄膜均为非晶态,经过不同温度退火后,不同靶材制备的薄膜的相组成和表面形貌有所不同,但在高温1200℃热处理3 min后均得到立方相ZrW2O8薄膜,其中采用WO3和ZrO2双靶交替磁控溅射制备的立方相ZrW2O8薄膜纯度最高,致密度好,且薄膜与基片之间结合力良好.     

退火处理对Y2O3薄膜结构和光学性能的影响

采用射频磁控溅射法以Y2O3陶瓷为靶材在单晶si(Ⅲ)和石英表面制备了Y2O3薄膜.利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见(UV-VIS)光谱仪和傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪对真空退火前后Y2O3薄膜的结构和光学性质进行了分析研究.结构研究表明,在200℃条件下制备的Y2O3薄膜为非晶态,经600℃退火后出现单斜相,经800℃退火后薄膜完全转化为立方多晶,同时得到了不同晶面的晶粒尺寸;沉积态的Y2O3薄膜由球状颗粒排列组成,经800℃真空退火后薄膜为柱状晶.光学性质研究发现,真空退火后Y2O3薄膜的红外透过率显著下降;使用Tauc作图法得到不同结晶条件下的光学带隙,发现薄膜的光学带隙与结晶条件有关,并且退火后薄膜的光学带隙明显减小.     

铜及其氧化物薄膜对大肠杆菌的强抑制作用

采用直流磁控溅射,靶材为金属铜靶,调节氧气和氩气流量,制备了以石英玻璃为基底颗粒大小在20～50nm之间的Cu和Cu2O纳米薄膜,研究了大肠杆菌与纳米铜系氧化物薄膜的相互作用。通过紫外可见分光光度计,掠入射小角X射线衍射(GIXRD),SEM分别对样品的光学性能、晶体结构、形貌特征进行了研究,发现纳米Cu和Cu2O薄膜均对大肠杆菌具有强抑制作用。在光照下,Cu2O薄膜除了具有金属离子抗菌效应外,光催化抗菌效应表现强烈;Cu薄膜表面有部分被氧化为Cu2O,有助于协同抗菌。     

溶胶-凝胶法制备0.1BiFeO3-0.9SrBi2Nb2O9铁电薄膜的结构和光学性质研究

采用硝酸铋[Bi(NO3)3·5H2O]、硝酸锶[Sr(NO3)2]、硝酸铁[Fe(NO3)3·9H2O]和乙醇铌[Nb(OC2H5)5]作为起始原料,乙二醇甲醚[C3H8O2]作为溶剂配制掺Fe的SrBi2Nb2O9前驱体溶液,利用溶胶-凝胶法在石英衬底上制备出0.1BiFeO3-0.9SrBi2Nb2O9铁电薄膜.研究了该薄膜的表面形貌、组分、晶体结构和光学性质.结果表明,经400℃退火后薄膜为非晶结构,而在空气中经600℃退火1h后,沉积的薄膜晶化成钙钛矿结构.制备的薄膜表面平整,颗粒分布均匀,表现出良好的光透过性,该薄膜的光学能隙大约为2.5eV.     

熔融织构Y1-xNdxBa2Cu3O7-y的磁通钉扎

制备了Y1-xNdxBa2Cu3O7-Y熔融织构超导样品,X射线衍射分析表明,样品具有较高的织构度,样品中晶粒的取向为（001）方向, 钕均匀地替代了钇,并且对样品的晶体结构影响不大,样品的不可逆温度Tp随外场的变化说明,少量钕替代钇可以提高YBCO超导材料的磁通钉扎能力,在高温超导体中引入和样品本身结构的第二相可能是一种比较有效的增强高温超导材料磁通钉扎能力的方法。