【摘要】：以釔鋇銅氧(YBa_2Cu_3O_(7-δ))為代表的涂層導(dǎo)體的發(fā)展推動(dòng)了高溫超導(dǎo)體實(shí)用化進(jìn)程。然而,在制備YBa_2Cu_3O_(7-δ)(YBCO)涂層導(dǎo)體過程中,YBCO具有較強(qiáng)的各向異性和晶界弱連接性,致使YBCO超導(dǎo)薄膜輸運(yùn)能力下降。因此,YBCO需沉積在具有(L00)方向織構(gòu)的柔性金屬基帶上,借助金屬襯底將織構(gòu)傳遞到Y(jié)BCO超導(dǎo)薄膜中。如今,比較成熟的金屬基帶(主要是鎳合金)制備路線有兩種:軋制輔助雙軸織構(gòu)基底技術(shù)(RABiTS)和離子束輔助沉積技術(shù)(IBAD)。然而,在制備過程中,襯底中金屬離子容易擴(kuò)散到Y(jié)BCO超導(dǎo)薄膜中,破壞薄膜的超導(dǎo)電性。因此,在金屬襯底和超導(dǎo)薄膜之間還需添加緩沖層來解決這個(gè)問題。緩沖層既要充當(dāng)擴(kuò)散壁壘阻擋襯底中的金屬有害離子向超導(dǎo)層擴(kuò)散,又要充當(dāng)超導(dǎo)層的外延模板優(yōu)化和匹配超導(dǎo)層晶格,從而生長(zhǎng)出高性能的YBCO超導(dǎo)層。近年來,雖然YBCO涂層導(dǎo)體已經(jīng)開始應(yīng)用,低成本仍然是實(shí)現(xiàn)涂層導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)化的前提和保證。簡(jiǎn)化涂層導(dǎo)體每一層制備工藝,特別是緩沖層結(jié)構(gòu)及工藝是降低涂層導(dǎo)體成本的有效途徑,是實(shí)現(xiàn)規(guī)�；年P(guān)鍵;另外,涂層導(dǎo)體的制備周期一般較長(zhǎng),提高帶材制備效率,縮短制備時(shí)間也是降低成本的重要途徑。在眾多的制備方法中,化學(xué)溶液沉積(CSD)法以其容易控制成分和不需要真空系統(tǒng),容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)備受重視,成為未來發(fā)展方向。然而,在YBCO熱處理合成過程中,較高的熱處理溫度常把金屬基帶氧化且在表面形成(111)取向的NiO薄膜,嚴(yán)重影響YBCO超導(dǎo)層的織構(gòu)和性能。因此,很有必要在鎳合金表面率先氧化一層c軸織構(gòu)且表面致密的種子層以保證后續(xù)緩沖層和超導(dǎo)層的有效外延。該種方法簡(jiǎn)易高效,被認(rèn)為是一條適合工業(yè)化生產(chǎn)的捷徑。然而,以往的基帶氧化通常在空氣中進(jìn)行,過高的氧化溫度降低了基帶的機(jī)械強(qiáng)度,不利于長(zhǎng)帶的連續(xù)制備。本論文采用普氬氣氛下中溫氧化和空氣中退火再結(jié)晶優(yōu)化制備了 NiO(LOO)薄膜,降低了鎳金屬氧化溫度。以往CSD法制備涂層導(dǎo)體各層薄膜時(shí)揮發(fā)和分解過程同時(shí)進(jìn)行,致使反應(yīng)復(fù)雜,只能以緩慢的升溫速度才能保證外延薄膜的平整,整個(gè)熱處理過程需要10h以上。本論文將揮發(fā)和分解過程分開進(jìn)行,采用溶劑沸點(diǎn)以下干燥和前驅(qū)物固態(tài)分解的形式快速制備了緩沖層和YBCO超導(dǎo)層。首先,借助乳酸溶劑和硝酸鹽前驅(qū)物配制新的SmBiO_3 (SBO)和Ce_(0.8)Sm_(0.2)O_(2-Δ)(CSO)緩沖層前驅(qū)溶液。通過調(diào)整緩沖層前驅(qū)體熱處理工藝分別快速制備了平整致密、高度織構(gòu)的SBO和CSO緩沖層薄膜。整個(gè)制備周期縮短至2h以內(nèi)。另外,緩沖層薄膜的質(zhì)量直接影響著后續(xù)YBCO超導(dǎo)層的制備和性能。在薄膜成相外延過程中,外延溫度、外延時(shí)間、氧分壓和襯底晶格失配等因素對(duì)薄膜外延的影響很大,只有在平整且高度c軸取向的緩沖層薄膜上才能外延生長(zhǎng)出高性能的YBCO超導(dǎo)薄膜。因此,本論文針對(duì)SBO薄膜成相外延中主要影響因素進(jìn)行了詳細(xì)分析,一些結(jié)果對(duì)高溫超導(dǎo)帶材工業(yè)化進(jìn)程具有促進(jìn)作用,同時(shí)有助于理清薄膜外延生長(zhǎng)過程中一些基礎(chǔ)問題,為其它薄膜材料外延生長(zhǎng)提供指導(dǎo)。最后,采用類似的方法快速沉積了 YBCO(OOL)超導(dǎo)層。首先探索了 YBCO超導(dǎo)薄膜在LaAlO_3(LAO)單晶襯底上的快速生長(zhǎng)工藝。然后,將YBCO超導(dǎo)薄膜外延工藝分別移置到SBO/YSZ、SBO/NiO/Ni-W和CSO/YSZ襯底上,制備了 YBCO涂層導(dǎo)體短樣,并分析了涂層導(dǎo)體的超導(dǎo)性能,YBCO超導(dǎo)層熱處理制備周期被縮短到4h以內(nèi)。本論文為全化學(xué)法快速制備YBCO涂層導(dǎo)體提供一條高效節(jié)能途徑。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM26;O484

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2311303