千果论文网
论文范文
千果论文网免费提供各类论文范文,专注 毕业论文、职称论文!7年服务经验,质量保证!
当前位置:千果论文网 >> 论文下载 >> 论文摘要范文 >>浏览文章
分析超导YBCO涂层导体的化学溶液沉积制备技术及超导性能科研方法与论文写作

摘要:高温超导涂层导体是基于双轴织构缓冲层模板生长的类单晶氧化物涂层,在液氮温区具有高临界电流密度。涂层导体是由金属基带/缓冲层/YBa2Cu3Oy(YBCO)超导层/保护层多层材料构成。为了获得双轴织构化模板和高性能的YBCO超导层,需要结合多种材料制备技术,例如轧制辅助双轴织构技术、离子束辅助沉积技术、脉冲激光沉积、磁控溅射、金属有机气相沉积和化学溶液沉积技术等。目前,YBCO超导层制备技术主要有两种,其中,脉冲激光沉积是从真空技术为基础,是探索高性能涂层导体技术的重要途径;化学溶液沉积技术从非真空技术为基础,是工业化低成本涂层导体的主攻方向。由于化学溶液沉积制备YBCO超导层的工艺历程具有低成本、易于制约薄膜组份从及易于实现连续制备等特征,由此采取化学溶液沉积制备YBCO,已逐渐成为了目前探讨的热点。为了获得更加优异的性能,需要对化学溶液沉积历程中的材料成相机理进行分析,进而探索薄膜制备历程中所涉及的传统前驱液慢速热解特性,前驱膜宏观缺陷形成,YBCO形核和生长,a轴晶形成,从及化学溶液沉积技术引入钉扎等不足。为了更加清楚地认识化学溶液沉积制备YBCO的分解和晶化机理,优化工艺参数从提升超导层的性能,本文分别采取传统全氟前驱液和低氟前驱液制备YBCO超导层。采取红外光谱和热分析等对传统全三氟乙酸胶体和低氟胶体中特点官能团的变化和胶体的热分解行为进行分析。采取金相显微分析、原子力显微镜、X射线衍射、扫描电镜从及磁场中临界电流密度(Jc-B)测试等表征手段,探讨了YBCO热解和晶化历程的关键因素,YBCO薄膜的钉扎性能等随工艺参数变化,并对其相关机理进行了研究。本文主要探讨内容包括:传统三氟乙酸金属有机沉积(TFA-MOD)工艺优化、新型低氟前驱液的开发、化学溶液沉积技术引入钉扎中心等方面。1、YBCO超导层的传统三氟乙酸金属有机沉积制备工艺包括前驱溶液配制、热解和晶化等历程。探讨表明,在前驱溶液配制历程中,前驱体三氟乙酸铜对YBCO胶体性质起主要影响意义。YBCO全氟前驱液的特殊性使得传统工艺为慢速热解。探讨发现,在热解阶段相对湿度是决定前驱膜表面裂纹产生的主要因素,升温速率是前驱膜产生褶皱形貌的主要因素。在晶化阶段,过高成相温度会导致YBCO膜产生退润湿现象,低氧分压可从充分抑制YBCO膜中a轴晶的生长。2、体系地探讨了具有不同晶格匹配度的单晶衬底和不同形貌的缓冲层对YBCO膜生长历程的影响,从及YBCO层沉积历程对金属衬底界面的影响。结果表明,表面光滑的La_2Zr_2O_7缓冲层有利于生长高织构和性能良好的超导层。在化学溶液沉积历程中,热解膜中活性组份Ba(O,F)_2与CeO_2发生界面反应生成BaCeO_3,并且金属衬底会发生氧化。通过工艺优化,采取化学溶液沉积技术在LaAlO_3单晶衬底上制备的YBCO薄膜样品在77K自场条件下的临界电流密度为~2.7MA/cm~2;在具有缓冲层衬底上制备超导层样品(YBCO/CeO_2/YSZ/CeO_2/NiW)在77K自场下临界电流达到60A/cm-w。3、为了降低传统前驱液对低温热解工艺的敏感性,同时减少前驱体中氟含量,提升超导层的制备速率,采取苯甲酸铜替换三氟乙酸铜,获得了新型低氟前驱液。比较实验表明,新型低氟前驱液的热解时间显著缩短,而且在较广升温速率范围内(1-10K/min)都能获得完整无宏观缺陷的热解膜。整个热解时间1-2.5小时,仅为传统工艺的1/4-1/5,充分满足了高性能YBCO薄膜快速制备要求。在低氟前驱膜的晶化历程中,超导层中间相随温度发生变化,表明了晶化机制仍然为“异位氟化钡”机制。通过调节形核阶段的水汽含量,实现了YBCO超导层的均匀形核和快速晶化。最终,采取低氟前驱液在金属衬底上制备了YBCO超导层,实现了快速晶化,所获得的具有c轴织构的晶化膜,其超导性能与传统制备办法相当。4、采取化学溶液沉积技术制备了两种不同钉扎类型的超导层,即YGd_xBa_2Cu_3O_y和YBCO+xBaZrO_3,并体系地探讨了掺杂比例对超导层钉扎性能的影响。结果表明,YGdBCO薄膜中发生部分钇位替代现象和析出的少量RE_2O_3形成点缺陷,可从作为有效钉扎中心,有利于提升薄膜的磁通钉扎性能。随着前驱液中钆含量增多,YBCO相的c轴拉长。过量10%Gd的YBCO薄膜在磁场下具有最佳的性能(J_c=0.18MA/cm~2@77K、1T,F_p=~1.7GN/m~3),比未掺杂的纯YBCO样品高出约1倍。另一方面,在前驱液中引入锆元素,可从在YBCO中形成BaZrO_3第二相。探讨表明,第二相的有着可从促使薄膜更加致密,并体现出更加优异的磁通钉扎能力。在YBCO引入5%BaZrO_3时,薄膜的临界电流密度最高(J_c=4.9MA/cm~2@77K、自场,J_c=0.42MA/cm~2@77K、1T,F_p=~4GN/m~3)。 关键词:YBCO超导层论文 化学溶液沉积论文 快速热解论文 形核生长论文 磁通钉扎论文
本论文由http://www.qqg88.com整理提供,需要 论文可从关系客服人员哦。

    摘要5-8

    ABSTRACT8-14

    1 绪论14-36

    1.1 引言14-15

    1.2 涂层导体的组成从及运用前景15-17

    1.3 超导层的结构和制备办法17-23

    1.3.1 超导层的结构17-20

    1.3.2 超导层的制备办法20-23

    1.4 化学溶液沉积制备超导层的探讨发展23-33

    1.4.1 化学溶液沉积制备超导层的基本原理23-25

    1.4.2 化学溶液沉积技术制备超导层的进展历史和近况25-28

    1.4.3 化学溶液沉积技术引入钉扎探讨发展28-32

    1.4.4 有着的基础科学不足32-33

    1.5 本文的选题作用及背景33-34

    1.6 论文的主要探讨内容34-36

    2 实验办法与原理36-50

    2.1 引言36-37

    2.2 超导层的制备37-43

    2.2.1 实验设备37

    2.2.2 实验原料37-38

    2.2.3 前驱液38-40

    2.2.4 涂敷办法40-41

    2.2.5 低温热解41-42

    2.2.6 高温晶化42-43

    2.3 超导层的表征办法43-50

    2.3.1 热重-差热44

    2.3.2 粘度-折光率44-45

    2.3.3 红外/紫外光谱45

    2.3.4 金相显微镜45-46

    2.3.5 原子力显微镜46

    2.3.6 扫描电镜46-47

    2.3.7 透射电镜47

    2.3.8 X 射线衍射47-48

    2.3.9 超导性能分析48-50

    3 传统三氟乙酸金属有机沉积工艺优化50-74

    3.1 引言50

    3.2 传统全氟前驱液的表征50-58

    3.2.1 前驱单体及前驱液的热重-差热50-52

    3.2.2 前驱单体及前驱液的红外/紫外光谱52-55

    3.2.3 热解及晶化反应55-58

    3.3 涂敷及热解工艺参数对前驱膜形貌的影响58-64

    3.3.1 涂敷环境相对湿度的影响58-62

    3.3.2 升温速度的影响62-64

    3.4 晶化历程的关键影响因素探讨64-73

    3.4.1 温度的影响65-67

    3.4.2 氧分压的影响67-72

    3.4.3 气体流速的影响72-73

    3.5 本章小结73-74

    4 YBCO 超导层与缓冲层的相互影响74-86

    4.1 引言74

    4.2 衬底缓冲层对超导层的影响74-81

    4.2.1 实验历程74-75

    4.2.2 衬底晶格失配度对超导层的影响75-77

    4.2.3 锆酸镧缓冲层形貌对超导层的影响77-81

    4.3 三氟乙酸金属有机沉积历程对缓冲层的影响81-84

    4.4 小结84-86

    5 新型低氟前驱液的快速热解机制探讨86-102

    5.1 引言86-87

    5.2 新型低氟前驱液的制备及表征87-95

    5.2.1 实验历程87

    5.2.2 前驱体及前驱液的热重-差热87-89

    5.2.3 更低氟含量前驱液的热重-差热分析89-90

    5.2.4 前驱体及前驱液的红外光谱90-95

    5.3 快速热解机制95-97

    5.4 快速热解制备 YBCO 薄膜97-100

    5.4.1 实验历程97

    5.4.2 升温速率对 YBCO 薄膜的影响97-100

    5.5 本章小结100-102

    6 YBCO 超导层的晶化机制探讨102-116

    6.1 引言102

    6.2 YBCO 膜的成相历程102-111

    6.2.1 YBCO 膜的形核和生长历程102-108

    6.2.2 YBCO

_p=~1.7GN/m~3),比未掺杂的纯YBCO样品高出约1倍。另一方面,在前驱液中引入锆元素,可从在YBCO中形成BaZrO_3第二相。探讨表明,第二相的有着可从促使薄膜更加致密,并体现出更加优异的磁通钉扎能力。在YBCO引入5%BaZrO_3时,薄膜的临界电流密度最高(J_c=4.9MA/cm~2@77K、自场,J_c=0.42MA/cm~2@77K、1T,F_p=~4GN/m~3)。          

千果论文网专注 毕业论文与职称论文以及论文 表业务,如有需要请联系客服人员!