高分子辅助化学溶液沉积法制备REBiO3新型缓冲层

论文摘要

第二代高温超导带材材料REBa2Cu3Ox（简写成REBCO,RE为钇或镧系元素）,由于其优良的本征电磁特性,尤其是其在高磁场下优良的载流能力,在电力系统中拥有广阔的应用前景,成为近年来研究的热点和超导技术发展的重点。而制备过程中直接在柔性金属NiW基带上制备YBCO涂层导体存在严重的晶格失配和互扩散问题。目前的高温超导涂层导体都具有衬底、缓冲层（至少一层）和REBCO超导涂层三层结构。在NiW基带衬底和REBCO超导薄膜之间的缓冲层材料,既要充当从NiW基带到REBCO外延生长的中间模板,又要阻挡两种材料的相互扩散主要是Ni和REBCO中的Cu的相互扩散。本论文基于涂层导体实用化的要求,主要研究涂层导体用新型缓冲层稀土铋氧（REBiO3）的化学制备方法。为了研究此新型缓冲层的外延工艺,首先以外延性能良好、表面平整且性能相对稳定的LaAlO3/SrTiO3单晶片为衬底,进行研究,对材料的生长工艺、结构、性能进行了较为深入的研究和探讨,并开发了快速低成本的制备技术;之后在NiW基带上外延了此新型缓冲层。主要内容如下:1、涂层导体概述和制备方法,着重介绍了化学溶液沉积和外延生长机理;2、介绍了新缓冲层材料REBiO3的晶体结构、电性质、磁性质和抗腐蚀性,证明此材料可以充当涂层导体的缓冲层;3、采用两种化学溶液沉积的制备技术在单晶片LaAlO3/SrTiO3上外延新型缓冲层稀土铋氧（REBiO3）,研究了其制备工艺,并讨论了样品性质:（1）利用含水高分子辅助化学溶液沉积（PACSD）方法沉积REBiO3薄膜,对薄膜的织构、微结构进行表征,并在其上利用自行开发的基于金属乙酸盐的高分子辅助无氟金属有机物沉积（MOD）技术制备了YBCO超导层;（2）利用无水高分子辅助化学溶液沉积方法（PACSD）沉积REBiO3薄膜,通过对比可以看出,无水方法制备的REBiO3薄膜在织构性、致密度和平整程度方面都比含水方法的好,另外对后续的YBCO超导层的生长诱导作用也比较强。（3）以DyBiO3为例,分别在空气中和普通氩气（99.99%）中研究了REBiO3的成相工艺,通过一系列的实验比较了样品的织构和微观形貌,判断出两种环境下样品的最佳成相温区。4、利用无水的PACSD法制备了传统缓冲层CeO2,并通过稀土元素的掺杂提高了其临界厚度。5、采用无水PACSD法在Ni-5%W合金基带上外延了REBiO3缓冲层:（1）改善和细化了原始的镍基带自氧化外延生长织构NiO薄层的工艺;（2）利用高分子辅助沉积技术在表面自氧化的Ni-5%W合金基带上沉积REBiO3缓冲层,得到了双轴织构、表面致密平整的REBiO3,为YBCO（MOD）/REBiO3（MOD）/NiO（SOE）/NiW结构中后续的YBCO超导层的生长做了有利的铺垫。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 超导材料及发展历程
• 1.2 超导材料的分类
• 1.3 高温超导材料
• 1.4 超导带材的发展
• 1.4.1 第一代高温超导带材
• 1.4.2 涂层导体
• 1.4.3 涂层导体缓冲层材料
• 1.5 涂层导体的制备方法
• 1.6 化学溶液沉积法
• 1.6.1 外延生长机理
• 1.6.2 化学溶液沉积技术
• 1.7 本论文的主要内容
• 第2章 实验方案及分析检测
• 2.1 实验方案
• 3新型缓冲层材料的性质研究'>2.1.1 REBiO₃新型缓冲层材料的性质研究
• 3在单晶片上的制备'>2.1.2 REBiO₃在单晶片上的制备
• 3在Ni合金基底上的制备'>2.1.3 REBiO₃在Ni合金基底上的制备
• 2.2 分析检测
• 2.2.1 晶体结构和织构
• 2.2.2 微结构和表面形貌
• 2.2.3 差热分析
• 2.3.4 介电性质
• 2.2.5 薄膜的厚度测定
• 3的性质研究'>第3章 REBiO₃的性质研究
• 3的晶体结构'>3.1 REBiO₃的晶体结构
• 3的电性质和磁性质'>3.2 REBiO₃的电性质和磁性质
• 3在涂层导体制备过程中的稳定性'>3.3 REBiO₃在涂层导体制备过程中的稳定性
• 3在氩气中的成相'>3.3.1 REBiO₃在氩气中的成相
• 3在高温下的稳定性'>3.3.2 REBiO₃在高温下的稳定性
• 3的影响'>3.3.3 丙酸对REBiO₃的影响
• 3晶格的调节'>3.3.4 REBiO₃晶格的调节
• 小结
• 3和CeO₂薄膜'>第4章 PACSD法制备REBiO₃和CeO₂薄膜
• 3的PACSD法制备过程'>4.1 单晶片上REBiO₃的PACSD法制备过程
• 4.1.1 单晶基底的选择与清洗
• 4.1.2 胶体的制备
• 4.1.3 胶体的涂敷
• 4.1.4 热处理
• 4.2 测试与分析
• 3'>4.2.1 含水PACSD法制备REBiO₃
• 3'>4.2.2 无水PACSD法制备REBiO₃
• 4.2.3 小结
• 3热处理工艺的研究'>4.3 REBiO₃热处理工艺的研究
• 3在空气中成相工艺的研究'>4.3.1 DyBiO₃在空气中成相工艺的研究
• 3在普通氩气中成相工艺的研究'>4.3.2 DyBiO₃在普通氩气中成相工艺的研究
• 2的PACSD法制备'>4.4 传统缓冲层CeO₂的PACSD法制备
• 4.4.1 测试与分析
• 2上生长YBCO超导层'>4.4.2 CeO₂上生长YBCO超导层
• 小结
• 3在Ni合金基带上的制备'>第5章 REBiO₃在Ni合金基带上的制备
• 5.1 金属氧化的基本理论
• 5.1.1 金属氧化的基本过程
• 5.1.2 金属氧化热力学
• 5.1.3 氧化的动力学规律
• 5.1.4 金属氧化动力学
• 5.1.5 金属氧化过程中的晶界位置
• 5.1.6 致密完整的氧化膜应具备的条件
• 5.1.7 影响氧化过程的因素
• 5.1.8 稀释气体中的金属氧化
• 5.2 NiW基带的自氧化外延
• 5.2.1 NiW基带的清洗
• 5.2.2 NiW基带的自氧化外延工艺
• 5.2.3 测试与分析
• 3'>5.3 致密织构的NiO薄膜上生长REBiO₃
• 3'>5.3.1 在第一种方法制备的NiO上外延REBiO₃
• 3'>5.3.2 在第二种方法制备的NiO上外延REBiO₃
• 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文和科研成果