无氟高分子辅助金属有机物沉积法制备SmBCO超导薄膜

摘要

本文利用自主开发的无氟高分子辅助金属有机物沉积(PA-MOD)法在(001)取向的LaAlO3单晶基底上制备了SmBa2Cu3O7-x(SmBCO)超导薄膜。通过调节涂层溶液的合成参数制备了高性能的SmBCO超导薄膜。在SmBCO体系中引入不同种类的磁通钉扎中心提高了超导薄膜的载流能力。
　　第一章主要结合超导材料的研究现状、种类、应用及超导薄膜简介等介绍了本论文的研究背景。其次，以实际应用和基础科研为导向提出了本论文的主要研究内容。
　　第二章阐述了本论文的实验设计过程及超导体性能的表征手段。详细介绍了无氟高分子辅助金属有机物沉积法制备SmBCO的实验流程，包括涂层溶液的配制、涂覆方法及热处理工艺。并对薄膜的微观结构、晶体结构、磁性能和电输运性能的表征方式做了较为详细的介绍。
　　第三章主要研究了不同涂层溶液合成参数（包括不同阳离子浓度和不同涂层溶液粘度）对SmBCO超导薄膜双轴织构、微观形貌及超导电性的影响。采用自主研发的PA-MOD法在LaAlO3基底上制备了阳离子浓度为1.35mol/L、1.15mol/L、1.0mol/L和0.8mol/L（各阳离子化学计量比仍为1∶2∶3）超导薄膜。结果表明，阳离子浓度为1.0mol/L的涂层溶液制备的薄膜具有良好的表面微观结构及双轴织构，较高的超导转变温度91.2K和液氮温区1 MA/cm2以上的零场临界电流密度，是制备高性能SmBCO超导薄膜最佳的涂层溶液的阳离子浓度。此外，本文采用PVB（聚乙烯醇缩丁醛）作为高分子添加剂研究了不同高分子添加量对超导薄膜的结构和性能的影响。研究结果表明，高分子PVB添加量为4％的涂层溶液制备的超导薄膜具有较好的双轴织构以及平整均匀、无裂纹的微观结构。此外，该黏度溶液制备的薄膜Tc为89.5K，65K、自场下的Jc达到1MA/cm2以上，显示了良好的超导性能。
　　第四章采用自主开发的杂质离子Cu位掺杂技术研究了Co3+掺杂对SmBCO超导薄膜双轴织构、微观形貌及超导电性的影响。此外，研究了在SmBCO体系中引入BaZrO3第二相粒子掺杂对薄膜结构和超导电性的影响。研究表明，Co3+掺杂虽然降低了体系的载流子浓度，使得掺杂薄膜的超导转变温度有所下降，但其在整个磁场和温度范围内具有更高的约化临界电流密度Jc/Jc(0)，显示了较好的磁通钉扎特性。引入BaZrO3的SmBCO薄膜的Tc达到90.5K，并且Jc/Jc(0)在不同磁场强度和不同温度条件下都高于纯的超导薄膜，这可能是BaZrO3在薄膜中形成接近超导相干长度尺寸的颗粒或者应力形成的晶格局部畸变作为有效的磁通钉扎中心的原因。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 超导材料简述

1．1．1 超导电性

1．1．2 超导材料发展

1．2 超导材料分类

1．3 高温超导材料

1．3．1 Hg系高温超导材料

1．3．2 Tl系高温超导材料

1．3．3 Bi系高温超导体

1．3．4 稀土系高温超导材料

1．4 涂层导体用超导薄膜

1．4．1 涂层导体用超导体的结构

1．4．2 涂层导体用超导薄膜的性能参数

1．4．3 涂层导体用超导薄膜的制备

1．4．4 超导薄膜的晶体生长

1．4．5 提高超导性能的方法

1．5 本论文思路及研究内容

第2章 实验设计和性能表征

2．1 实验设计

2．1．1 涂层溶液的配制

2．1．2 单晶片的清洁与涂层溶液的旋涂

2．1．3 热处理工艺

2．2 薄膜超导性能表征

2．2．1 晶体结构

2．2．2 薄膜表面微观结构和厚度

2．2．3 磁性能

2．2．4 电运输性能

2．3 本章小结

第3章 涂层溶液合成参数对SmBCO超导薄膜性能的影响

3．1 实验方法

3．2 不同涂层溶液阳离子浓度对SmBCO超导性能影响

3．3 不同涂层溶液粘度对SmBCO超导薄膜性能的影响

3．4 本章小结

第4章 引入人工钉扎中心对SmBCO超导薄膜性能的影响

4．1 实验方法

4．2 CO3+-Cu位替代掺杂

4．3 引入BaZrO3第二相

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果