离子束溅射法制备YBa_2Cu_3O_(7-x)超导薄膜

采用 YBa_2Cu_3O_(7-x)靶材,用离子束溅射法在多种衬底上得到了接近化学计量的YBa_2Cu_3O_(7-x)单相超导薄膜。     

YBa2Cu3O7—x超导材料的水解性质

以 Y_2O_3-BaO-CuO 三元系制备的 YBa_2Cu_3O_(7-x)超导材料对水和水蒸汽很敏感。超导相 YBa_2Cu_3O_((?)-x)与水的作用随温度升高而迅速增强,通常的水解产物为 Ba(OH)_2、Y(OH)_3和 CuO。这种性质起因于晶体结构的不稳定性,因为在这类钙钛矿型的超点阵结构中存在很多氧空位。室温下,YBa_2Cu_3O_(7-x)相与水的作用较弱,而杂质相 Ba_4Y_2O_7和 BaCuO_7等可与水迅速产生反应并释放热量,从而导致 YBa_(?)Cu_3O_(7-x)脱氧、水解。     

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。     

无氟化学溶液法制备YBa_2Cu_3O_z超导薄膜

采用自主开发的无氟化学溶液沉积法在(00l)LaAlO_3单晶片上制备了YBa_2Cu_3O_z(YBCO)超导薄膜。研究了高温热处理过程中不同成相气氛和渗氧温度对YBCO薄膜结构和性能的影响。采用X射线衍射仪对薄膜进行了织构分析,通过扫描电镜和原子力显微镜观察了薄膜的表面形貌。采用磁性能测试系统测量了薄膜的超导转变温度和磁化曲线。实验结果表明,在干燥的热处理气氛和400℃渗氧制备的YBCO薄膜具有更加优异的性能。     

YBa_2Cu_3O(7-x)超导粉的合成及其质量鉴别

用红外光谱测定 YBa_2Cu_3O_(7-x) 合成过程中碳酸根含量的变化,用燃烧-气相色谱法测定碳含量,以此作为判据,评定合成粉品质,并由此确定 YBa_2Cu_3O_(7-x) 的合成工艺。     

高温超导材料进展

本文简述了高温超导材料的发展情况,介绍了稀土系列和无稀土系列超导体的一些材料科学问题。并着重叙述了氧含量对 YBa_2Cu_3O_(7-x)超导性的影响以及相纯度等问题。     

In_2O_3/Si衬底上的YBa_2Cu_3O_(7-x)高温超导薄膜的特性研究

本文介绍用直流平面磁控溅射方法制备In_2O_3导电薄膜,以该导电薄膜为缓冲层,在硅衬底上沉积YBCO高温超导薄膜。用大直径平面磁控溅射,原位退火方法制备YBCO超导薄膜,用In_2O_3缓冲层来减少YBCO薄膜和Si衬底之间的相互扩散。所制得的YBCO高温超导薄膜的零电阻温度为81K,转变温度为98K,用X光衍射(XRD)方法来分析其微结构,结果表明其微观结构是C轴择优取向。用俄歇微探针(AES)来研究YBCO和In_2O_3、In_2O_3和Si之间的相互扩散情况,结果表明In_2O_3导电缓冲层基本上阻挡住YBCO和Si之间的相互扩散。     

金属有机沉积法制备YBCO薄膜的研究进展

钇钡铜氧(YBCO)涂层导体因具有高临界转变温度(Tc)、高临界电流密度(Jc)和高不可逆场(Hirr)而成为最有应用前途的超导材料.但是,高昂的生产成本限制了YBCO带材的大规模应用.YBCO带材是在薄金属基带上通过外延生长的方法获得并具有良好结晶度和机械强度的超导涂层,而不是采用粉末套管法.金属有机沉积技术(MOD)是一种有效的超导层制备方法,与其他方法相比,它具有不需真空设备、可精确调节薄膜组分以及可实现批量生产等优点.因此,MOD在YBCO带材的生产中具有广阔的应用前景.传统MOD是以金属三氟乙酸盐(TFA)为原料,在热解过程中,TFA前驱体薄膜的热分解导致薄膜厚度急剧减小,薄膜内应力增加.为了避免薄膜龟裂,原始的热解时间需要10～20 h,漫长的热解时间不符合带材的低成本制备要求.因此,研究人员不断改进MOD工艺,在确保YBCO薄膜超导性能的同时大幅缩短了热处理时间.随着研究人员对MOD工艺的不断改善,MOD工艺经历了从传统三氟乙酸盐?金属有机沉积法(TFA?MOD)到低氟三氟乙酸盐?金属有机沉积法(LF?MOD),再到无氟?金属有机沉积法(FF?MOD)的发展变化.目前,通过调节FF?MOD结晶过程的温度和氧分压,YBCO薄膜的外延生长速率已经达到100 nm/s.此外,近年来通过缩小第二相纳米颗粒尺寸来提高YBCO薄膜磁通钉扎性能的研究取得了长足进展.研究人员通过两步加热工艺和制备纳米颗粒的胶体溶液,成功将第二相纳米颗粒的尺寸减小到10～15 nm,Jc(77 K,1 T)从0.1 MA/cm2增大到0.45 MA/cm2.本文按照金属有机沉积法制备YBCO薄膜的发展路径综述了TFA?MOD、LF?MOD和FF?MOD的研究进展,并在此基础上对近年来化学溶液法制备长带和提高YBCO薄膜磁通钉扎性能的主要研究进行了综述和展望.     

ZrO2（YSZ）衬底和YBa2Cu3O7—δ超导膜的相互作用

研究了不同晶向的 ZrO_2(YSZ)与 YBa_2Cu_3O_(?)超导膜的相互作用。结果表明:衬底 ZrO_2的晶向对YBa_2Cu_3O_(7-δ)晶粒取向有明显影响,在<100>ZrO_2上制备的超导膜,超导晶粒 c 轴平行于衬底表面,出现择优取向;在 Y-Ba-Cu-O/ZrO_2上铜晶粒的析出是由于超导膜与 ZrO_2界面反应引起的;用俄歇能谱(AES)和背散射技术(RBS)都观察到了 Ba、Cu 原子向衬底的内扩散;同时,实验证实了在 ZrO_2衬底上热蒸发(?)薄层 Ag 对衬底反应有强压制作用,并在 YBa_2Cu_3O_(7-δ)/Ag/ZrO_2样品中观察到了超导晶粒 c 轴在垂直于衬底方向出现择优取向。     

超导材料中畴和玻璃相研究

利用分析电镜对 YBa_2Cu_3O_(7-x)和 EuBa_2Cu_3O_(7-x)两种超导材料中畴结构和玻璃相组分进行了研究。结果表明,在超导材料中除有〔001〕取向畴结构外,在(?)取向也观察到畴结构。在性能较好的超导材料内,畴取向基本上是一致的,且材料内玻璃相区域是极细小的,而在性能较次的材料中,在晶粒内形成较大区域的90°畴,且晶粒间的玻璃相区域较宽。     

衬底温度对掺锆酸钡高温超导YBCO薄膜结构和超导电性能的影响

高温超导氧化物YBCO外延薄膜在掺入少量锆酸钡(BaZrO3,BZO)后,其超导性能会得到较大幅度的提高.研究了不同衬底温度对掺BZO的YBCO薄膜的外延特性及超导性能的影响.以固相反应法制备了YBCO及BZO原材料,利用固相烧结工艺制备了BZO含量为2%(质量分数)的YBCO-BZO复合靶材,采用脉冲激光沉积技术(PLD)在LaAlO3(100)基片上外延生长YBCO薄膜.以不同的衬底温度制备了YBCO薄膜,用X射线衍射和高分辨透射电子显微技术对所制备的YBCO薄膜的外延特性进行了分析.最后比较了在不同衬底温度下制备的YBCO薄膜的超导性能,得到了最佳衬底温度.     

喷雾冷冻干燥制备复合氧化物超细粉的研究

喷雾冷冻干燥(FD 法)制备的超细粉对于功能无机材料的合成具有重要意义。本文以制备陶瓷超导复合氧化物 BaPb_(1-x)Bi_xO_(?)超细粉为例,讨论了各种不同工艺条件对 FD 法制备过程的影响,所制备的超细粉在500℃时就形成单相复合氧化物,粒径<500(?),比表面可达55m~2/g。用同样条件制备的 YBa_2Cu_3O_(7-δ)复合氧化物陶瓷超导材料,具有 T_c(ρ=0)=90.6K 的高温超导电性。     

YBa_2Cu_3O_7相的不稳定性

本文报道90K 附近超导的 YBa_2Cu_3O_7相在空气中存放时的不稳定性。通过粉末 X 射线衍射研究,证实YBa_2Cu_3O_7相在常温常压下可以与空气中的 CO_2反应生成 BaCO_3     

涂层溶液粘度对SmBa_2Cu_3O_(7-x)超导薄膜结构和性能的影响

采用自主开发的无氟化学溶液沉积法在(00l)LaAlO_3单晶片上制备了SmBa_2Cu_3O_(7-x)(SmBCO)超导薄膜,研究了涂层溶液的粘度对SmBCO超导薄膜织构、微结构及超导性能的影响。通过调节前驱溶液中高分子的添加量来调控涂层溶液的粘度。结果表明,不同高分子添加量的涂层溶液制备的薄膜均具有较好的c轴单晶取向,其中高分子添加量为4%的涂层溶液制备的超导薄膜表面更加平整、致密,显示了良好的晶粒连接性。此外,该粘度的涂层溶液制备的薄膜超导转变温度为89.5K,临界电流密度(65K,自场)达到1MA/cm~2以上,显示了较好的超导电性。     

低成本电化学法制备RE2Zr2O7缓冲层

为了降低第二代高温超导涂层导体的制备成本,采用电化学法(ED),在双轴织构的Ni-5at%W(Ni-5W)金属基带上分别成功制备出了具有较好c轴取向的La2Zr2O7(LZO)和Gd2Zr2O7(GZO)缓冲层.通过与磁控溅射方法(MS)相结合,制备出MS-CeO2/ED-RE2Zr2O7双层结构,用以取代完全用磁控溅射方法(MS)制备的多层缓冲层结构.电化学法得到的60 nm LZO缓冲层的面内和面外织构半高宽分别为7.2°和6.8°,同样厚度的GZO缓冲层的面内和面外半高宽分别为6.7°和5.8°.之后用脉冲激光沉积(PLD)在ED-LZO/Ni-5W,ED-GZO/Ni-5W,MS-CeO2/ED-LZO/Ni-5W三种结构的缓冲层上分别制备出具有超导性能的YBa2Cu3O7-δ(YBCO)超导层.     

YBCO覆膜导体低成本制备研究

报道新近发展的离子束结构改性(ISM)技术以及同步织构(STEX)技术在YBCO覆膜导体制备中的最新进展。采用TFA-MOD工艺成功的在LaAlO_3(100)衬底上制备出了临界电流密度高达6.5 MA/cm~2 (77K,0T)的YBCO超导薄膜,其超导转变温度接近91K;同时还在LaAlO_3(100)衬底上成功地采用溶胶-凝胶工艺制备出了具有高度外延双轴织构取向的SrTiO_3缓冲层材料;在YSZ(100)衬底上采用溶胶-凝胶工艺制备出了具有高度双轴织构取向的CeO_2缓冲层材料。随后在这两种衬底上采用TFA-MOD工艺沉积的YBCO超导薄膜也获得了超过1MA/cm~2(77K,0T)的临界电流密度。作为制备实用化YBCO超导带材的新路线,在数厘米长的IBAD-YSZ/Hastelloy金属基带模板上,采用低成本化学溶液方法依次制备出了高质量的CeO_2缓冲层和YBCO超导薄膜,获得了高达1.2MA/cm~2(77K,0T)的临界电流密度。为长超导带材的制备打下了很好的基础。提出了在金属基带上制备YBCO覆膜导体的新方法一同步织构(STEX)法。用该方法可以有效解决RABiTS方法中的金属基带热处理变软...     

双面高温超导带材研究进展

介绍了采用反应溅射法制备双面Y<,2>O<,3>双面种子层长带材,通过引入水汽使Y原子在RABiTS基带上氧化成膜,同时有效的避免了基带的氧化.通过对工艺参数的优化,成功制备了高质量的Y<,2>O<,3>种子层,其面内面外半高宽仅为3.8°和1.4°,大大改善了金属基带的双轴织构特性,同时薄膜表面粗糙度仅为2.8nm.在制备的高质量种子层上采用溅射方法外延生长YSZ阻挡层和CeO<,2>模板层,薄膜表面光滑,并具有良好的均匀性和双面一致性.用双倒简靶溅射法制备YBCO超导层,采用旋转结合轴向自动进退,改善了薄膜受热不均的现象,获得了高质量的双面高温超导带材.其中短样双面临界电流Ⅰ<,c>之和超过了400 A/cm-w,同时成功制备了长度超过1米,Ⅰ<,c>>210 A/cm-W的双面高温超导带材.     

单相多晶YBa_2Cu_3O_(7_δ)超导体的力学性质

本文研究了YBa_2Cu_3Q_(7-σ)高温超导沐的力学性质,给出了该超导材料在室温和—196℃下的强度极限和弹性模量,指出了样品成型压力对力学性能的影响,这些结果对超导材料的机理研究和加工、应用都是不可缺少的。     

前驱液中添加聚乙烯吡咯烷酮对YBa2Cu3O7-δ膜形貌和性能的影响

用三氟乙酸金属有机物沉积(TFA-MOD)方法在LaAlO3(100)基底上生长YBa2Cu3O7-δ(YBCO)超导薄膜,研究了向前驱液中添加聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对YBCO薄膜微结构和超导性能的影响.涂膜在氧气环境中进行200～250℃热解,再经775℃氩气环境下结晶后获得YBCO超导薄膜.在相同热处理条件下,未添加PVP的前驱液制得的YBCO薄膜临界电流密度为4050A/cm2,添加PVP的前驱液制得的YBCO薄膜临界电流密度为5800A/cm2.后者表现出较少的孔洞,较强的c轴取向,较纯的双轴织构和较高的临界电流密度.因此,向前驱液中添加PVP的化学方法可以改进YBCO涂层导体的MOD制备过程.总压,氧分压和热处理温度等工艺条件将进一步优化,以提高临界电流密度.     

氧离子束辅助激光制备具有织构的YBCO薄膜

应用氧离子束辅助准分子脉冲激光沉积薄膜技术,先在NiCr合金(Hastelloy c-275)基底上在室温下淀积具有平面织构的钇稳锆(YSZ)缓冲层薄膜,再在YSZ/NiCr基底上在750℃下制备具有平面织构和高临界电流密度的YBa2Cu3O7-x(YBCO)薄膜.YSZ和YBCO薄膜都为c-轴取向和平面织构的,YSZ(202)和YBCO(103)的X射线扫描衍射峰的全宽半峰值分别为18°和11°.YBCO薄膜的临界温度和临界电流密度分别为90K(R=0)和7.9×105A/cm2(77K,零磁场).