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涂层在NiW基带上制备SrTiO_3和La_(0.4)Sr_(0.6)TiO_3缓冲层与YBaCuO超导层集

收藏本文 2024-04-09 点赞:9009 浏览:27238 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:第二代高温超导带材YBa2Cu307-δ(YBCO)涂层导体在磁场、温度条件下具有较好的电性能和较少的交流损耗,成为高温超导材料的重点进展方向。由于直接在柔性金属基带上沉积YBCO超导薄膜有着晶格失配和互扩散等不足,由此必须制备缓冲层薄膜。金属有机物沉积(MOD)法工艺简单、成本低廉、无需真空条件,由此被认为是目前涂层超导最有进展前景的制备工艺。本论文采取MOD法在Ni-5at.%W合金基带上制备SrTiO3(STO)和Lao.4Sro.6Ti03(LSTO)缓冲层,并在其上直接沉积YBCO高温超导薄膜。用X射线衍射仪和扫描电子显微镜等浅析了薄膜晶体结构和表面形貌,探讨了种子层及烧结温度、气氛等热处理条件对薄膜性能的影响。MOD法在Ni-5at.%W基底上外延生长STO缓冲层薄膜,确定了以乙酸锶和钛酸丁酯为反应物,冰乙酸和甲醇为溶剂,乙酰丙酮为稳定剂,制备STO前驱溶液。首先讨论了种子层烧结温度及厚度对制备STO缓冲层的影响,接着探讨了烧结时间对STO缓冲层薄膜性能的影响。结果表明:在880℃热处理温度下涂覆三层所制备的STO种子层上可以制备出具有显著(200)择优取向的STO缓冲层;在退火温度950℃下保温120min制备出的STO薄膜连续致密,无裂纹和孔洞,晶粒细小,具有较强的c轴单一取向。在STO种子层前驱液中掺杂La元素,有利于STO缓冲层薄膜(200)择优生长。在Ni-5at.%W基底上用MOD法生长LSTO缓冲层薄膜,确定了以乙酸锶、乙酸镧和钛酸丁酯为反应物,冰乙酸和甲醇为溶剂,乙酰内酮为稳定剂,制备LSTO前驱溶液。探讨了热处理温度、种子层、热处理时间及高温阶段降温速率对LSTO薄膜性能的影响。结果表明,采取快速升温法,退火温度950℃,恒温时间120min,并且高温阶段以0.2℃·min-1的速率降温,在LaTiO3(LTO)种子层上制备的LSTO薄膜具有显著(00l)择优取向,薄膜晶粒细小均匀,表面光滑致密。采取MOD法在SrTiO3/NiW和La0.4Sro.6TiO3/NiW结构上沉积YBCO超导层,薄膜衍射图谱中均能显示出YBCO(OOl)取向。在790℃热处理条件下STO缓冲层上和在820℃热处理条件下LSTO缓冲层沉积的YBCO薄膜的连续性和致密性好,YBCO相的衍射峰较强,有着NiO杂相。采取Ar-2%H2和Ar气氛可以抑制NiW基底的氧化,增加LSTO缓冲层的厚度也可以减少NiW基底的氧化。在沉积YBCO涂层的同时,NiW金属基底的氧化现象将是化学法制备YBCO超导带材关键不足,有待今后努力克服。关键词:MOD法论文SrTiO_3论文La_(0.4)Sr_(0.6)TiO_3论文种子层论文缓冲层论文涂层导体论文

    摘要5-7

    Abstract7-9

    目录9-13

    第1章 绪论13-23

    1.1 超导的发现13-14

    1.1.1 超导现象的发现13

    1.1.2 超导材料的发现13-14

    1.2 高温超导材料的运用14

    1.3 国内外超导材料的探讨近况14-16

    1.3.1 中国高温超导材料探讨近况15

    1.3.2 国外高温超导材料探讨近况15-16

    1.4 高温超导带材的基本结构及制备策略16-21

    1.4.1 高温超导带材的基本结构16-19

    1.4.2 高温超导带材的制备19-21

    1.5 本论文的探讨作用及主要探讨内容21-23

    1.5.1 本论文的探讨作用21

    1.5.2 本论文的主要探讨内容21-23

    第2章 实验原理及性能测试策略23-29

    2.1 实验原理及策略23

    2.2 薄膜性能测试策略23-26

    2.2.1 光学显微镜观测23-24

    2.2.2 X射线衍射浅析24-25

    2.2.3 扫描电子显微镜25-26

    2.3 YBCO薄膜超导电性浅析26-29

    2.3.1 临界转变温度T_c26-28

    2.3.2 临界电流密度J_c28-29

    第3章 NiW基带上沉积SrTiO_3缓冲层29-41

    3.1 引言29

    3.2 实验仪器及实验原料29-30

    3.2.1 实验仪器29-30

    3.2.2 实验原料30

    3.3 STO种子层的制备30-31

    3.3.1 前驱液的配制30

    3.3.2 基底清洗30-31

    3.3.3 STO种子层薄膜涂覆与热处理31

    3.4 STO缓冲层薄膜的制备31

    3.5 不同工艺参数对STO薄膜性能的影响31-39

    3.5.1 种子层烧结温度对STO缓冲层薄膜结构的影响31-33

    3.5.2 种子层厚度对STO缓冲层薄膜性能的影响33-35

    3.5.3 不同烧结时间对STO缓冲层薄膜性能的影响35-38

    3.5.4 不同种子层对STO缓冲层薄膜物相的影响38-39

    3.6 本章小结39-41

    第4章 NiW基带上沉积La_(0.4)Sr_(0.6)TiO_3缓冲层41-56

    4.1 引言41

    4.2 实验仪器及实验原料41-42

    4.2.1 实验仪器41

    4.2.2 实验原料41-42

    4.3 种子层的制备42-43

    4.3.1 前驱液的配制42-43

    4.3.2 种子层薄膜涂覆及热处理43

    4.4 LSTO薄膜的制备43-44

    4.5 不同工艺参数对LSTO薄膜性能的影响44-54

    4.5.1 热处理温度对LSTO薄膜性能的影响44-47

    4.5.2 种子层对LSTO薄膜性能的影响47-50

    4.5.3 烧结时间对LSTO薄膜性能的影响50-52

    4.5.4 高温阶段降温速率对LSTO薄膜取向的影响52-54

    4.6 本章小结54-56

    第5章 MOD法在STO及LSTO缓冲层上外延生长YBCO薄膜56-72

    5.1 引言56

    5.2 实验原料56-57

    5.3 YBCO薄膜的制备57-60

    5.3.1 前驱液的配制57

    5.3.2 YBCO薄膜的涂覆及热处理57

    5.3.3 YBCO前驱液的热重实验57-58

    5.3.4 YBCO粉末的制备58-59

    5.3.5 YBCO热处理路线的确定59-60

    5.4 不同工艺参数对YBCO薄膜性能的影响60-70

    5.4.1 热处理气氛对YBCO薄膜性能的影响60-62

    5.4.2 热处理温度对YBCO薄膜性能的影响62-66

    5.4.3 低温阶段升温时间对YBCO薄膜性能的影响66-68

    5.4.4 缓冲层厚度对YBCO薄膜性能的影响68-70

    5.5 本章小结70-72

    第6章 结论72-73

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