脉冲激光法制备涂层导体YBCO超导层的研究

报道了用脉冲激光沉积技术(PLD)在CeO2/YSZ/Y2O3/NiW衬底上连续制备YBCO超导层的研究结果。分析了衬底温度、薄膜厚度和退火时间分别对YBCO的织构、表面形貌及c轴晶格常数的影响。实验发现温度较低将导致a轴晶粒的生长,薄膜太厚将引起表面形貌变差,而YBCO薄膜c轴晶格常数随退火时间的增长而减小。最终得到了高质量的YBCO涂层导体,超导转变宽度(ΔTc)为1.6K,临界电流密度(Jc)达1.3MA/cm2(77K,SF)。     

银基带及YBCO高温超导薄膜的织构研究

通过温轧及退火制备了强立方织构的Ag基带,并通过冷轧及退火制备了强的{110}双轴织构的Ag基带,为高温涂层超导提供了很好的基带材料.在所制备的强立方织构和强{110}〈112〉双轴织构的银带上,用准分子脉冲激光方法直接沉积了YBCO超导薄膜.{110}<211〉双轴织构的银带较立方织构的银带更利于YBCO薄膜的外延生长,在{110},211〉双轴织构的银带上沉积的YBCO薄膜,临界电流值达到2～6×105A/cm2(77K,0T).     

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.     

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.     

全化学溶胶-凝胶方法在Ni金属基带上金属氧化物的制备及其在YBCO覆膜导体制备中的应用研究

今天,基于高性能YBCO覆膜导体技术的第二代高温超导导线正在得到越来越多的重视和研究.尤其是近几年来,采用全化学溶胶-凝胶方法在金属基带上制备YBCO覆膜导体的技术,由于具有成本低、可以精确控制金属组元的配比、可以在复杂形状表面均匀成膜等特点,引起了世界范围内广泛的兴趣和研究.本文主要报道采用全化学溶胶-凝胶工艺在RABiTS Ni双轴织构金属基带和我们新近发展的ISM工艺Ni双轴织构金属基带上织构金属氧化物(CeO2、BaxSr1-xTiO3)的制备及其表征.着重讲述RABiTS工艺和ISM工艺的不同原理以及在这两种金属基带上织构氧化物的形成过程和结构差别.最后,讲述我们在多层氧化物缓冲层制备方面的一些尝试以及在此缓冲层上YBCO超导层的制备及结果.     

硝酸盐PAD法快速制备YBCO超导薄膜研究

用硝酸盐高分子辅助沉积法(简称PAD)来制备YB2C3O7-x(YBCO)超导薄膜,有着制备速度快、工艺简单和无环境污染等优点。采用硝酸盐水相前驱液,并加入高分子螯合剂和薄膜改性剂,然后将前驱液涂覆在LaAlO3(LAO)单基晶片上,采用快速低温分解,再经过高温烧结制备出完整的YBCO超导薄膜。在1.0×10-4 O2/N2气氛下制备的YBCO超导薄膜致密,YBCO(00l)峰取向明显,没有其它杂相峰,同时,转变起始温度TC=91K,转变宽度ΔTC=2K;在77K、自场下临界电流密度JC为约1MA/cm2。实验结果表明,采用硝酸盐PAD法的低温分解时间比传统的TFA-MOD法缩短9h左右,而且制备出的YBCO超导薄膜性能优良,该方法为以后的长带生产提供了一种新的制备技术。     

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).     

Rapid preparation of the nitrate P YBCO superconductive film by AD solution deposition

用硝酸盐高分子辅助沉积法（简称PAD）来制备YB2C3O7-x（YBCO）超导薄膜,有着制备速度快、工艺简单和无环境污染等优点。采用硝酸盐水相前驱液,并加入高分子螯合剂和薄膜改性剂,然后将前驱液涂覆在LaAlO3（LAO）单基晶片上,采用快速低温分解,再经过高温烧结制备出完整的YBCO超导薄膜。在1.0×10-4 O2/N2气氛下制备的YBCO超导薄膜致密,YBCO（00l）峰取向明显,没有其它杂相峰,同时,转变起始温度TC=91K,转变宽度ΔTC=2K;在77K、自场下临界电流密度JC为约1MA/cm2。实验结果表明,采用硝酸盐PAD法的低温分解时间比传统的TFA-MOD法缩短9h左右,而且制备出的YBCO超导薄膜性能优良,该方法为以后的长带生产提供了一种新的制备技术。     

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。     

YBa2Cu3O7-δ薄膜的BaCl2/BaF2-MOD法制备及超导特性研究

传统三氟乙酸金属有机化学溶液沉积法(TFA-MOD)制备YBa₂Cu₃O_7-δ (YBCO)超导层,Ba倾向于与F结合,从而避免BaCO₃的形成。本工作开展了新型基于BaCl₂/BaF₂途径的化学溶液法生长YBCO超导薄膜的研究。重点研究了添加Cl对YBCO薄膜晶粒取向、微观结构和超导性能的影响,并通过生长反应的热化学计算,分析了BaCl₂途径YBCO薄膜的物相转变机制。结果表明:添加Cl有利于抑制a轴晶粒取向,促进c轴晶粒成核。添加Cl的YBCO双层膜起始转变温度(Tc-onset)没有明显变化,约为89.6 K,其临界电流密度(Jc)显著提升, Jc达到2.07 MA/cm²(77K,自场)。此外,生长反应过程的物相转变分析表明Cl优先与Ba结合形成BaCl₂,有效避免BaCO₃的形成。本研究结果表明:添加Cl对制备YBCO超导厚膜有促进作用,这为MOD法制备YBC...     

超声雾化方法中两步沉积对YBCO薄膜性能的影响

用自行研制的超声雾化装置在{110}<011>织构的Ag基带上直接沉积了YBCO涂层超导薄膜, 结果发现一步沉积所得YBCO薄膜的表面有许多白色小颗粒, 而且薄膜的织构和临界电流密度都较低, 这是在900℃高温沉积过程中大量的Ag蒸发和扩散到YBCO膜层中所致. 于是本文提出分高低温两步沉积的实验方案, 即700℃先沉积15min, 再升温到900℃沉积30min, 通过SEM对薄膜表面和EDS能谱对薄膜的断面进行分析可知, 两步沉积的YBCO薄膜中Ag的含量大大降低, 而且薄膜的织构和临界电流密度得到明显改善和提高, 最后通过两步沉积制备了15cm长、临界电流密度高于10⁴A/cm²的YBCO超导薄膜.     

钇钡铜氧超导薄膜光诱导弛豫特性研究

采用TFA-MOD法在LaAlO3(LAO)单晶基底上制备了钇钡铜氧(YBCO)超导薄膜,利用X射线衍射对YBCO超导薄膜的结构进行了表征,并对其最佳沉积工艺进行了分析;研究了YBCO薄膜在不同温度和不同光功率下的光诱导特性.在光诱导下,YBCO薄膜出现了明显与电子体系相关的弛豫现象,说明薄膜的光致电阻变化与激光的功率...     

低温热处理对TFA-MOD技术制备YBCO超导薄膜的影响

采用三氟乙酸盐-金属有机沉积(TFA-MOD)技术在LaAlO3(001)单晶衬底上沉积YBa2Cu3O7-χ(YB-CO)导薄膜,研究了低温热处理条件(涂覆环境相对湿度和升温速度)对前驱膜形貌和YBCO超导膜的影响.从金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察可以看出,高涂覆环境相对湿度是引起前驱膜出现宏观裂纹的主要原因,前驱膜分解速度过快会造成薄膜中出现褶皱和微观裂纹,前驱膜出现不完整性形貌将会影响YBCO薄膜的成相、形貌和性能.通过优化低温热处理务件,获得了表面形貌完整的前驱膜,避免了在高温成相阶段中出现杂相,提高了涂层导体的超导性能,77K时J.可超过2.0MA/cm2.     

低氟MOD法制备Zr掺杂YBCO薄膜的研究

在金属有机盐沉积（MOD）法制备YBCO薄膜的工艺中, 采用无F的α甲基丙烯酸铜取代原来的三氟乙酸铜, 可以降低前驱溶液中大约50%的氟含量. 研究表明, 该方法大大缩短了YBCO前驱薄膜受热分解的时间, 仅为原来的1/7. 通过XRD、SEM分析发现, 该方法可以制备成分单一、具有良好立方织构的YBCO薄膜, 且薄膜表面平整致密, 没有裂纹, 临界温度(T_c)达到了90K左右, 77K、自场下的临街电流密度(J_c)达到了2.84MA/cm². 通过在制备的YBCO薄膜中引入6mol% 的 Zr元素掺杂, 有效地提高了YBCO薄膜在外加磁场下的超导性能.     

Ba源配比对MOCVD法制备YBCO薄膜性能的影响研究

采用单一液相混合源进液及闪蒸的MOCVD系统在LaAlO₃(001)单晶基片上制备YBa₂Cu₃O_7-x(YBCO)薄膜, 研究混合源中Ba含量对YBCO超导薄膜成分、结构及电流承载能力的影响。结果表明, 当Ba含量较小时, YBCO薄膜中易于形成尺寸较小的CuO颗粒; 随着Ba含量的增加, 薄膜中形成Ba₂CuO₃晶粒, 并且Ba₂CuO₃晶粒尺寸随Ba含量的增加而逐渐增大。杂质相的含量、尺寸以及与YBCO的晶格匹配程度对YBCO薄膜的双轴取向生长和电流承载能力具有重要影响。当原料摩尔配比Ba/Y=3.9时, 成功制备出了具有优异面内面外取向、结构致密的YBCO超导薄膜, 77 K下的300 nm厚度薄膜的临界电流密度达到4.0 MA/cm², 该研究结果对于第二代涂层导体的发展具有重要意义。     

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.     

金属有机溶液法制备YBa_2Cu_3O_(7-δ)超导薄膜的厚化特性

三氟乙酸–金属有机沉积法(TFA-MOD)是YBa2Cu3O7-δ(YBCO)涂层导体制备最有前景的技术路线之一。采用添加高沸点有机溶剂二乙醇胺(DEA)对TFA-MOD法进行调制改进,抑制了缺陷形成,并通过增加前驱液金属阳离子浓度提高了单次涂敷薄膜的厚度。研究表明:低温热解膜厚度和前驱液粘度与前驱液中阳离子浓度的依赖关系均呈现幂指数关系;选择合适的前驱液浓度和涂覆参数,单次涂敷获得了较厚的薄膜,厚度达到1.3μm以上,且表面平整无开裂,微观结构总体均匀,但厚膜表面出现弥散的异质相颗粒。超导临界电流密度的测量结果显示:随着超导薄膜厚度的增加,临界电流密度呈下降趋势,而超导临界电流得到显著的提高,如前驱液浓度为2.5 mol/L样品的临界电流Ic是前驱液浓度为1.0 mol/L样品的4.7倍。     

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。     

MOD工艺在Ag基带上制备YBCO薄膜烧结气氛的探讨

采用MOD工艺成功地在多晶Ag{110}<110>基带上制备出了YBCO膜.应用X射线衍射仪测试薄膜的成分及织构,用扫描电镜观测薄膜的表面形貌.通过标准四引线法测量薄膜的超导电性,通过实验得出,在MOD制备YBCO膜烧结过程中,烧结气氛湿度对薄膜的形成、纯化起到了关键的作用.在优化的烧结工艺条件下,在多晶Ag{110}<110>基带上制备出了Jc=1.2×104A/cm2(77K,0T)的YBCO薄膜.     

低氟TFA-MOD工艺快速制备YBCO超导厚膜的研究

为提高TFA-MOD工艺制备YBCO薄膜的生产效率,实验采用了丙烯酸盐对传统三氟乙酸盐进行部分替换.由于前驱溶液中氟含量的减少,低温预处理过程升温速率可达到300℃/h;并通过对低温预烧工艺中气氛的调整,避免了增稠剂二乙醇胺的添加对薄膜质量造成的不利影响,使其添加上限达到0.75g/5mL.经过工艺改进,单次涂膜厚度可达到1μm.虽然由于厚度的增加,表面有a轴晶粒出现,但薄膜内部仍具有较优的微观结构.其临界电流密度(Jc)及临界转变温度(Tc)分别达到3.5MA/cm2和90K.