Preparation and Performance of the Sm0.2Ce0.8O1.9-x Single Buffer Layer Fabricated with Dip-Coating

在双轴织构的Ni-5％W合金基带上,采用高分子辅助化学溶液沉积法通过提拉涂敷法,制备了厚度达250 nm的Sm0.2Ce0.8O1.9(SCO)外延织构单层缓冲层.通过严格控制前驱溶液的浓度、提拉速度、成相温度和热处理时间,所获的SCO单层缓冲层涂层平整、无微裂纹、且具有较强的(200)c轴外延织构.在其他条件假设不变的情况下,主要研究不同提拉速度对SCO缓冲层薄膜性能的影响.在此基础上,采用化学溶液法在SCO/NiW缓冲层上制备了YBCO超导层,其具有高度的双轴织构和均匀的表面形貌.结果表明:用提拉法获得的SCO单层缓冲层在具有适度的厚度下,仍然具有很好的织构传递特性,为低层本制造YBCO涂层导体长带提供了一条可靠的路线.     

YBCO涂层超导体的最新研究进展

评述了目前国内外最具应用前景的YBCO涂层超导体的性能、结构特点及制备技术。介绍用轧制辅助双轴织构（RABiTS）和离子束辅助沉积（IBAD）法制备织构化金属基材及缓冲层的方法。着重介绍了YBCO超导涂层的几种主要制备方法，即脉冲激光沉积法（PLD）、液相外延法（LPE）、化学溶液沉积法（CSD）、溶胶-凝胶法（sol-gel）等。     

化学溶液沉积制备涂层导体Eu0.3Ce0.7O1.85-x单一缓冲层

采用高分子辅助化学溶液沉积(PACSD)方法,在双轴织构的NiW(200)合金基底上沉积了厚度大于160 nm的Eu0.3Ce0.701.85-x(ECO)单一缓冲层.制得的ECO缓冲层双轴织构良好,表面平整、无裂纹.同时,Eu的掺杂提高了CeO2单一缓冲层薄膜的临界厚度.在沉积了ECO缓冲层的NiW基带上外延生长的YBCO薄膜,超导零电阻转变温度Tc0=86K,临界电流密度达到Jc(O T,77 K)=0.4 MA/cm2.本研究提供了一种操作简单、成本低廉、性能优良的制备涂层导体单一缓冲层的方法.     

Ni/Y2O3/YSZ/CeO2/YBCO���³���Ĥ��֯������

 YBCO高温超导体有着广阔的应用前景，为改善其弱连接，通常要求强的c轴织构以提高临界电流密度值。通过RABiTS法可以在具有双轴织构的金属基底上外延生长出织构峰锐、组分单一的超导膜。为了减少晶格失配，通常需要在金属基体和超导层之间加入缓冲层。文章用2θθ扫描、扫描和ω扫描及极图法，对具有多层氧化物缓冲层的Ni/Y₂O₃/YSZ/CeO₂/YBCO 超导膜的织构进行了分析，表征了超导体由镍基带的立方织构经缓冲层的转动立方织构再到超导层的c轴织构的传递过程。     

CSD-La3TaO7薄膜外延生长行为研究

涂层导体是实现氧化物高温超导材料在液氮温区强磁场应用的关键材料。在低成本的轧制辅助双轴织构/化学溶液沉积（RABiTS/CSD）路线中,缓冲层的良好外延生长是实现超导层织构生长以及高载流能力的前提,因此研究缓冲层外延生长行为就显得非常必要。本文探索了CSD技术制备La3TaO7（LTO）缓冲层过程中前驱液的热分解行为以及热处理工艺路线对薄膜取向生长的影响,通过选取恰当的LTO前驱液以及快速热处理升温的方法最终获得了良好c轴织构的LTO薄膜。     

高分子辅助化学溶液沉积法制备涂层导体SrZrO3（SZO）缓冲层

采用高分子辅助的化学溶液沉积法,通过720~800℃之间进行烧结成相,分别在氩气和空气中SrTiO3(STO)单晶基底上沉积得到织构良好的SrZrO3(SZO)外延薄膜,重点研究不同热处理气氛对SZO薄膜织构和表面微结构的影响。结果表明:氩气中制得的SZO外延薄膜c轴取向较好,且表面更加平整致密;氩气中770℃制备的SZO薄膜厚度超过230 nm。而空气中制得的SZO薄膜表面呈现局部团聚和开裂。在氩气中采用高分子辅助的化学溶液沉积法有利于制备出低成本、高性能的涂层导体用单一SZO缓冲层。     

一种新型化学溶液沉积法制备涂层导体用RE2O3（RE=Y, Sm, Eu, Dy, Yb）缓冲层

用一种新的化学溶液沉积方法在双轴织构NiW (200)合金基底上制备了涂层导体用稀土氧化物RE2O3(RE=Y, Sm, Eu, Dy, Yb)缓冲层.分别利用X射线衍射,扫描电子显微镜,原子力显微镜对制得的RE2O3缓冲层的相结构、织构、表面形貌和平整度进行了检测.结果表明,RE2O3缓冲层具有较好的双轴织构,表面平整无裂纹.     

Ce_(1-x)Sm_xO_(2-y)缓冲层的化学溶液法制备

采用化学溶液法在NiW(200)基带上进行了Ce1-xSmxO2-y(x=0,0.2,1)缓冲层的制备及生长机理研究。结果表明,化学溶液法可以成功制备出双轴织构的Ce1-xSmxO2-y缓冲层;在x=0和x=0.2的情况下,所制备的缓冲层有裂纹产生;但是随着x的增加,开裂现象被逐步抑制。对x=1的Sm2O3缓冲层而言,当厚度增加到120nm时依然没有产生裂纹,表明Sm2O3缓冲层可以作为单一缓冲层而得以使用。     

高分子辅助化学溶液沉积制备涂层导体CeO_2缓冲层

分别采用两种高分子辅助化学溶液沉积方法,在双轴织构的NiW(200)合金基底上制备了涂层导体CeO2缓冲层.结果表明,制得的CeO2缓冲层双轴织构良好,表面无裂纹.比较两种不同的高分子辅助方法,利用聚甲基丙烯酸辅助制得的CeO2表面平整,均方根粗糙度在1 μm×1μm的范围内仅为2 nm,粗糙度远小于利用聚乙烯醇辅助沉积而得的CeO2缓冲层.     

连续生长的双面CeO_2种子层均匀性研究

采用直流反应磁控溅射方法在轧制辅助双轴织构Ni-5at%W基带上,成功连续制备出可用作第二代高温超导带材过渡层的高质量双面CeO2种子层薄膜。X射线衍射表明薄膜均为(00l)方向生长,并存在很强的内面外织构;原子力显微镜表征缓冲层表面连续平整,颗粒致密无裂纹,通过对长样品两面和不同位置研究,表明所制备得到的双面薄膜具有很好的两面一致性和单面均匀性。采用相同的工艺条件生长YSZ中间层以及CeO2模版层得到CeO2/YSZ/CeO23层缓冲层结构。并在其短样上采用直流溅射生长YBCO薄膜进一步验证过渡层薄膜的质量,YBCO薄膜具有较高的结晶质量;其单面临界电流密度Jc达到1.3MA/cm2,双面带材临界电流Ic为113A/cm。在总厚度增加不大的情况下,双面带材的提出,能够使电流承载水平成倍增加,其工程电流密度大幅度增加,并有利于器件小型化。     

化学法动态热处理制备LZO缓冲层

对采用化学溶液沉积技术动态热处理制备La2Zr2O7(LZO)缓冲层进行了研究.结果显示,制备长样品时,侧向进气更有利于驱散热解气体,降低样品织构的不均匀性.当侧向进气方向与样品表面法线方向夹角较小时,更有利于提高LZO缓冲层的织构特性.LZO缓冲层的织构和表面形貌受样品移动速度影响的主要原因是样品移动速度的变化直接改变了样品的热处理时间.优化动态热处理过程后制备出的LZO缓冲层表面致密,LZO缓冲层具有锐利的立方织构,织构锐利度与金属基带织构相当.     

热处理工艺对无氟PA-MOD法制备YBCO超导薄膜的影响

采用无氟的高分子辅助金属有机物沉积（PA-MOD）法在（00l）LaAlO3单晶基底上制备了超导转变温度Tc = 90 K的YBCO超导薄膜。研究了高温热处理过程中不同成相温度和气氛湿度对制备高性能YBCO薄膜的影响。通过X射线衍射（XRD）θ-2θ扫描、ω扫描和φ扫描分析了不同热处理工艺制备的YBCO薄膜的双轴织构程度;通过扫描电镜（SEM）测试研究了不同薄膜样品的表面形貌;采用超导量子干涉仪测量了薄膜的超导转变温度曲线和磁化曲线。结果表明,770 ℃干燥气氛中成相的样品具有优异的双轴织构及平整、致密的表面形貌。采用该优化工艺制备的YBCO薄膜在77 K零场下的临界电流密度（Jc）达到2 MA/cm2,是其它工艺制备薄膜Jc的1.7~6.7倍。     

化学溶液法制备的La_2Zr_2O_7缓冲层特性研究

利用XRD、电子背散射衍射分析(EBSD)和反射高能电子衍射(RHEED)等测试手段对化学溶液沉积技术制备的La2Zr2O7缓冲层的体织构和表面特性进行了研究。结果表明,在金属基带上,利用化学溶液沉积技术制备的La2Zr2O7缓冲层具有良好体织构和表面特性。     

钇钡铜氧(YBa_2Cu_3O_7)涂层超导用Ni基片上立方织构NiO缓冲层的制备

本研究完成了在具有立方织构的Ni基带上用外延生长法制备NiO缓冲层的工作。用此方法制成的NiO膜具有很强的立方织构 ,其 ( 111)的Φ扫描峰的最大半高宽 (FWHM )值达到 11°。这种NiO膜的形成为进一步溅射沉积具有双轴取向的YBa2 Cu3O7膜奠定了良好的基础     

织构金属衬底上CSD-SrTiO3薄膜的制备

涂层导体是发展77 K液氮温区强磁场下电力应用的实用化关键材料。由于缓冲层层数增加会导致控制生长、微观组织和界面结构的难度增大,所以简化缓冲层结构对涂层导体制备工艺的简化和成本的降低非常重要。本研究探索了低成本的化学溶液沉积(CSD)技术制备SrTiO_3(STO)缓冲层过程中前驱液热分解行为以及薄膜制备工艺路线对薄膜外延生长的影响,通过选取恰当的前驱液以及引入籽晶层沉积的方法最终获得了具有良好c轴织构且表面光滑的STO薄膜。     

涂层导体DyBiO_3(DBO)缓冲层的低温制备

通过685～750 ℃之间进行低温成相,在LaAlO3 (LAO)单晶基底上沉积得到了有较大应用前景的涂层导体DyBiO3 (DBO)缓冲层.结果表明:所得的缓冲层c轴取向良好,致密、平整、无裂纹.当温度大于750 ℃时,DBO表面开始变得粗糙.沉积在DBO缓冲层上的YBCO超导层c轴织构的样品,样品表面平整均匀,超导转变温度在90 K左右,临界电流密度大于1 MA/cm2.从工业应用角度讲,低温的缓冲层制备具有极大的经济优势,应用前景更为广泛.     

钇钡铜氧(YBa2Cu3O7)涂层超导用Ni基片上立方织构NiO缓冲层的制备

本研究完成了在具有立方织构的Ｎｉ基带上用外延生长法制和协ＮｉＯ缓冲层的工作。用此方法的ＮｉＯ膜具有很强的立方织构,其（１１１）的Х扫描峰的最大半高宽（ＦＷＨＭ）值达到１１。这种ＮｉＯ膜的形成为进上步溅射沉积具有双轴取向的ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７膜奠定了良好的基础。     

金属基底上IBAD-YSZ缓冲层的生长机理

用离子束辅助沉积(IBAD)方法,变换辅助离子束的能量和束流密度,在Hastelloy基底上制备了钇稳定氧化锆(YSZ)薄膜,作为涂层导体的缓冲层。XRD的结果显示:在一定的离子能量和束流密度的范围内,能够制备出高质量双轴织构的(001)取向的YSZ缓冲层,随着辅助离子束能量和束流密度的增大,IBAD-YSZ的面外取向和面内织构都出现先变好又变坏的现象。文中用辅助离子束对薄膜破坏程度的各向异性对结果做了解释。     

TFA-MOD方法制备YBCO涂层导体的研究进展

第2代高温YBCO涂层导体具有重要的应用前景，目前在世界范围内正展开制备YBCO涂层导体的研究。本文介绍了国际上用三氟乙酸盐-金属有机沉积（TFA—MOD）的方法制备YBCO涂层导体的工艺过程和主要进展情况，讨论了前驱溶液的合成和涂后热处理方法，以及YBCO超导层的形成机理。     

YBCO+PVDF薄膜的化学溶液沉积技术研究

采用化学溶液沉积(CSD)成功制备出了YBCO+PVDF薄膜。研究发现通过添加PVDF能够改变YBCO胶体的热解行为,适用于快速热解。PVDF在分解中可以向YBCO中间相中引入氟,减少碳酸钡,促进外延生长。结果表明通过添加PVDF可以改善YBCO薄膜的织构取向,有利于更进一步提高样品的超导性能。