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《东北大学》 2009年
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化学溶液法制备YBCO超导层及钙钛矿结构导电缓冲层的研究

高锋  
【摘要】:目前大多数YBCO涂层导体的缓冲层都为绝缘材料,而本实验制备的BaPb03和LaxSr1-xTiO3膜不但具备作为缓冲层的基本条件,并且由于它们具有良好的导电性,也具备了作为涂层导体导电缓冲层的潜力。它们一旦成功地应用于涂层导体当中,将在超导层与金属基底之间架起电流流通的桥梁,在YBCO超导层瞬时电流过载时,起到分流、散热作用,避免YBCO层受到破坏,维护整个带材的稳定性,这样不仅可以显著地增加涂层导体的稳定性,同时也会提高整个涂层导体总的电流密度JE。金属基底不再仅扮演载体的角色,同时也扮演稳定和载流的多重角色,届时,稳定层的厚度将明显减小或完全被去除,涂层导体结构将发生重大改进。 本实验选用铅酸钡(BaPbO3)和钛酸锶镧(La1-xSrxTiO3)作为YBCO的导电缓冲层是因为其与YBCO之间具有相似结构、一定的晶格匹配性和良好的化学兼容性。实验采用新型的化学溶液沉积法在单晶LaAl03基底上生长BaPb03和La1-xSrxTiO3薄膜。在制备BaPbO3薄膜的实验中,通过配制不同的前驱液,改变热处理过程中的热处理步骤、烧结温度、升温速率、热处理气氛等因素,最终获得了生成纯净的BaPb03薄膜的最佳参数。结果表明采用“两步法”进行热处理,在氧气或氩气的环境下以10℃/min的升温速率于700℃烧结30 min可以生成连续、致密的有少许(l00)取向的BaPb03薄膜,其室温电阻率为1.0×10-5O.m。在制备Lal_xSrxTi03的实验中,采用了一种新型的前驱液,在氩气气氛下于890℃至990℃之间,均能制备出纯净的La1-xSrxTiO3 (l00)取向的薄膜。 为了能够采用全化学溶液沉积法制备YBCO涂层导体,实验以Y、Ba、Cu的乙酸盐为前驱物,以丙酸为溶剂,以吡啶为螯合剂配制了一种新型的YBCO前驱液,以单晶LaAl03为基底,在氩气环境中于830℃至870℃的烧结温度下进行热处理,均能够生成纯c轴取向的YBCO薄膜,薄膜非常纯净,没有其它化学法制备YBCO中常见的BaC03等杂相存在,同时具有连续致密的结构。通过标准四引线法测量830℃烧结的薄膜极限电流密度Jc值为2.4×104A/cm2(77 K,0 T),超导临界转变温度为89 K。 在制备YBCO膜热处理过程中,升温速率和氧分压都会对制备的YBCO薄膜结构产生影响,较快的升温速率(72℃/min)可以提高薄膜的晶化程度,但不利于YBCO(001)择优取向的形成。热处理气氛中氧的存在不利于形成纯净的YBCO相,即使采用较小的氧分压(Ar-(0.02%)O2),也会降低YBCO薄膜的纯度。 实验中配制了另一种YBCO前驱液,这种前驱液虽然采用的前驱体与第一种前驱液相同,但是前驱液中溶剂性质存在较大差异,有利于在性质不同的隔离层上沉积YBCO层。采用这种前驱液分别在830℃和850℃的热处理条件下制备了纯净的YBCO(00l)取向薄膜,薄膜表面平整光滑。通过对830℃制备的样品超导性能测试,其极限电流密度Jc值为2×104A/cm2。 采用这两种YBCO的前驱液在BaPbO3/LaAlO3和La1-xSrxTiO3/LaAl3两种结构上均能生成具有c轴取向的YBCO薄膜,但是由于薄膜中有非(00l)取向的YBCO相以及少量杂相存在,影响了YBCO的超导性能,在液氮温度和零磁场下,极限电流密度Jc值分别为6000为A/cm2和3200 A/cm2。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TM26

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【参考文献】
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