本文關(guān)鍵詞：YBCO帶材超導(dǎo)層的MOCVD研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：第二代YBa2Cu3O7-δ(YBCO)高溫超導(dǎo)帶材具有高不可逆場、強(qiáng)載流能力、良好的機(jī)械性能和潛在的低成本,因而在強(qiáng)電領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前,國際上YBCO帶材的研究主要集中于進(jìn)一步提高性能及降低成本,而其關(guān)鍵在于YBCO超導(dǎo)層的制備。鑒于此,本文采用自主研制的MOCVD系統(tǒng),主要以ionbeam assisted deposition(IBAD)-MgO緩沖層模板為基底,進(jìn)行YBCO超導(dǎo)層的生長研究。具體內(nèi)容如下:(1)優(yōu)化了自主研制的MOCVD系統(tǒng)的霧化噴嘴和氣體噴淋頭。提出了一種全新的基帶通電直接加熱方式,其原理是將電流直接通入基帶,利用基帶產(chǎn)生的焦耳熱來加熱襯底基帶。相比電阻絲加熱器,新加熱方式結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、能效高,尤其適合雙面YBCO帶材的連續(xù)卷繞制備。并且,新加熱方式可以使有機(jī)源利用率提高2-3倍,YBCO沉積速率提高2-4倍,最終使YBCO超導(dǎo)層的制備成本大幅降低。采用新方法合成金屬有機(jī)物源。實(shí)驗(yàn)表明,自制金屬有機(jī)物源不僅可以滿足制備高質(zhì)量YBCO薄膜的要求,而且還極大地降低了制備成本。目前,自制金屬有機(jī)物源的實(shí)驗(yàn)室成本在10元/g左右,不到國外售價(jià)的十分之一。(2)分別研究了襯底溫度、加熱方式、前驅(qū)體中金屬原子比例及真空室總壓對(duì)YBCO薄膜的影響。研究表明,襯底溫度過低,薄膜中易出現(xiàn)a軸生長,而襯底溫度過高,YBCO變得不穩(wěn)定,易形成雜相。與電阻絲輻射加熱方式相比,基帶通電加熱方式中帶材表面的溫度受帶材結(jié)構(gòu)及YBCO薄膜厚度的影響更為明顯。前驅(qū)體溶液中釔(Y)源比例主要影響薄膜表面形貌及超導(dǎo)性能,而幾乎不影響薄膜織構(gòu),但腔體總壓對(duì)薄膜織構(gòu)也會(huì)有明顯影響。當(dāng)Y源比例x=1.17時(shí),薄膜致密平整,77 K和自場條件下的臨界電流密度(Jc 77K,0T)達(dá)到最大值2.57 MA/cm2(700 nm厚)。當(dāng)氣體總壓從230 Pa變化到880 Pa時(shí),薄膜生長速率逐漸增大,在880 Pa時(shí)達(dá)到~1μm/min。當(dāng)總壓為560 Pa時(shí),薄膜生長速率約為750 nm/min,薄膜織構(gòu)較好,Jc 77K,0T達(dá)到最大值1.6 MA/cm2(1.25μm厚)。在優(yōu)化的條件下,采用基帶通電加熱方式制備出了30 m長、YBCO厚度為500nm的單面YBCO帶材。帶材的面內(nèi)外織構(gòu)沿長度方向均勻,半高寬分別為~3.3o和~1.5o,Jc 77K,0T為2.8-3.2 MA/cm2,對(duì)應(yīng)臨界電流Ic為140 A/cm-width。(3)分別研究了釓(Gd)替位釔(Y)和鋯(Zr)摻雜對(duì)YBCO薄膜的影響。Gd取代Y可以抑制CuYO2雜相的形成,提高薄膜的磁通釘扎能力,同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致薄膜中出現(xiàn)a軸生長。當(dāng)Gd替換量為50%時(shí),薄膜Jc 77K,0T最大,為2.8 MA/cm2,相應(yīng)的磁通釘扎力最大。當(dāng)Zr摻雜量為2.83 mol%時(shí),Jc 77K,0T值最大,為2.8MA/cm2。在優(yōu)化的工藝條件下,制備出了Gd和Zr復(fù)合摻雜的Zr0.06Gd0.6Y0.6Ba2Cu3O7-δ(ZrGdYBCO)薄膜,其面外面內(nèi)半高寬分別為0.9o和1.9o,200 nm厚ZrGdYBCO薄膜的Jc 77K,0T為7 MA/cm2,結(jié)構(gòu)和性能均達(dá)到Y(jié)BCO帶材的最好水平。(4)采用MOCVD法在雙面CeO2/YSZ/Y2O3(YYC)和雙面IBAD-MgO緩沖層模板上實(shí)現(xiàn)了雙面YBCO帶材的制備�；陔p面YYC模板的雙面YBCO帶材,其兩面的Jc 77K,0T分別為0.4 MA/cm2和1.0 MA/cm2,臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc分別為87.72 K和88.09 K。而基于雙面IBAD-MgO模板的雙面YBCO帶材,其兩面的Tc均為91.2 K,Jc 77K,0T均為3.2 MA/cm2(500 nm厚),相應(yīng)的雙面Ic之和為320A/cm-width。奠定了更高性能的雙面帶材的制備基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：YBCO超導(dǎo)帶材 MOCVD 基帶通電加熱 磁通釘扎 雙面
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM26
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-31
• 1.1 超導(dǎo)特性及超導(dǎo)帶材12-13
• 1.2 高溫超導(dǎo)帶材的應(yīng)用13-15
• 1.3 高溫超導(dǎo)帶材的發(fā)展歷程15-18
• 1.4 YBCO高溫超導(dǎo)帶材的結(jié)構(gòu)及制備路線18-25
• 1.4.1 雙軸織構(gòu)的形成方式18-22
• 1.4.2 YBCO超導(dǎo)層的制備方法22-23
• 1.4.3 金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積法23-25
• 1.5 YBCO高溫超導(dǎo)帶材的研究趨勢25-29
• 1.6 論文選題依據(jù)及研究內(nèi)容29-31
• 第二章 實(shí)驗(yàn)原理及表征方法31-40
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原理31-36
• 2.1.1 金屬有機(jī)物源的合成31-33
• 2.1.2 MOCVD系統(tǒng)33-35
• 2.1.3 MOCVD法沉積YBCO薄膜流程35-36
• 2.2 表征方法36-40
• 2.2.1 X射線衍射36-37
• 2.2.2 掃面電子顯微鏡及能量散射譜儀37
• 2.2.3 原子力顯微鏡37
• 2.2.4 臺(tái)階儀37
• 2.2.5 超導(dǎo)特性測試37-39
• 2.2.6 熱重分析39
• 2.2.7 紅外吸收光譜法39-40
• 第三章 金屬有機(jī)物源制備及MOCVD系統(tǒng)優(yōu)化40-65
• 3.1 低成本金屬有機(jī)物源的制備研究40-48
• 3.1.1 金屬有機(jī)物源的形貌及結(jié)構(gòu)分析40-41
• 3.1.2 金屬有機(jī)物源的熔點(diǎn)及蒸發(fā)特性研究41-44
• 3.1.3 采用自制Ba源和Alfa-Aesar Ba源所制備的YBCO薄膜的對(duì)比44-46
• 3.1.4 金屬有機(jī)物源的穩(wěn)定性研究46-47
• 3.1.5 金屬有機(jī)物源的成本分析47-48
• 3.2 MOCVD系統(tǒng)優(yōu)化48-63
• 3.2.1霧化噴嘴設(shè)計(jì)48-50
• 3.2.2 氣體噴淋頭設(shè)計(jì)50-53
• 3.2.3 電阻絲加熱器優(yōu)化53-58
• 3.2.4 基帶通電直接加熱方法研究58-63
• 3.2.4.1 基帶通電直接加熱的原理及優(yōu)勢58-60
• 3.2.4.2 電極與基帶間放電的消除60-63
• 3.3 本章小結(jié)63-65
• 第四章 YBCO薄膜的MOCVD法生長研究65-98
• 4.1 IBAD-MgO緩沖層帶材的結(jié)構(gòu)及形貌65-68
• 4.2 襯底溫度對(duì)YBCO薄膜生長的影響研究68-83
• 4.2.1 電阻絲加熱器中襯底溫度的影響研究69-74
• 4.2.2 基帶通電直接加熱方式中襯底溫度的影響研究74-79
• 4.2.3 兩種加熱方式下YBCO薄膜的生長演變分析79-83
• 4.3 Y源比例對(duì)YBCO薄膜生長的影響研究83-88
• 4.4 反應(yīng)腔氣壓對(duì)YBCO薄膜生長的影響研究88-93
• 4.5 YBCO長帶材的制備研究93-96
• 4.5.1 電阻絲輻射加熱方式下YBCO長帶材的制備研究93-94
• 4.5.2 基帶通電直接加熱方式下YBCO長帶材的制備研究94-96
• 4.6 基帶通電加熱與電阻絲加熱的源利用率和超導(dǎo)層制備成本對(duì)比96
• 4.7 本章小結(jié)96-98
• 第五章 YBCO超導(dǎo)帶材的摻雜改性研究98-115
• 5.1 Gd含量對(duì)GdYBCO薄膜的影響研究98-106
• 5.1.1 Gd含量對(duì)GdYBCO薄膜結(jié)晶取向及織構(gòu)的影響研究98-100
• 5.1.2 Gd含量對(duì)GdYBCO薄膜表面形貌的影響研究100-102
• 5.1.3 Gd含量對(duì)GdYBCO薄膜超導(dǎo)性能的影響研究102-106
• 5.2 Zr摻雜對(duì)YBCO薄膜的影響研究106-110
• 5.2.1 Zr摻雜量對(duì)YBCO薄膜結(jié)晶取向及織構(gòu)的影響研究106-107
• 5.2.2 Zr摻雜量對(duì)YBCO薄膜表面形貌的影響研究107-109
• 5.2.3 Zr摻雜量對(duì)YBCO薄膜超導(dǎo)性能的影響研究109-110
• 5.3 高質(zhì)量ZrGdYBCO薄膜的制備研究110-114
• 5.4 本章小結(jié)114-115
• 第六章 雙面YBCO超導(dǎo)帶材的制備研究115-128
• 6.1 基于YYC/RABiTS-NiW模板的雙面YBCO超導(dǎo)帶材的制備研究115-124
• 6.1.1 YYC襯底溫度對(duì)YBCO薄膜的影響研究115-117
• 6.1.2 前驅(qū)體中Cu/Ba比值對(duì)YYC襯底上YBCO薄膜的影響研究117-120
• 6.1.3 雙面YYC襯底上雙面YBCO帶材的制備研究120-124
• 6.2 基于IBAD-MgO模板的雙面YBCO超導(dǎo)帶材的制備研究124-127
• 6.3 本章小結(jié)127-128
• 第七章 結(jié)論與創(chuàng)新點(diǎn)128-131
• 致謝131-132
• 參考文獻(xiàn)132-143
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的成果143-144

【相似文獻(xiàn)】

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