Development and application of a green-chemistry solution deposition technique for buffer layer coating on cube-textured metal substrates in view of further deposition of rare-earth based superconductors

摘要

Forskning indenfor superleder-baseret energiproduktion bliver gjort af mange forskere i hele verden, pga. fordelen med nul elektrisk modstand der medvirker til reduceret energispild. For nyligt er succesfuld udvikling af tyndfilmsbelagte superledere blevet rapporteret, hvilket inkluderer YBCO superleder tyndfilm på høj-teksturerede Ni-baserede legeringsfilm. Før den epitaxiale deponering af dette superlederlag, er et bufferlag blevet deponeret på metalsubstratet som en diffusionsbarriere, hvilket er nødvendigt for at gennemføre teksturen fra det underste lag, og for derved at intensivere den epitaxiale deponering af the superledende lag. State-of-the-art belagte ledende hetero-strukturer er hovedsageligt baseret på CeO2-baserede bufferstakke der indeholder en sekvens af flere forskellige bufferlag. Bufferlag deponeret med kontinuer kemisk deponerings-teknik, som er det mest anvendelige ved stor-skala produktion, giver ofte porøsiteter og revner der fører til materialediffusion fra metalsubstratet til superlederen, samt oxidation af metallet under højtemperatur-processeringen af bufferlaget.Som en konsekvens af dette har SrTiO3 bufferlag været interessant for mange forskere pga. den lave forskel i gitterstruktur med YBCO. Det meste forskning indenfor SrTiO3 bufferlag på YBCO involverer dog SrTiO3 multilag. Desuden involverer de største kemisk baserede produktions-ruter af SrTiO3 bufferlag giftige og farlige kemikalier som f.eks. 2-methoxyethanol og trifluroacetic acid (TFA).Derfor var det primære fokus i vores forskning at udvikle SrTiO3 enkelt-bufferlag baseret på miljøvenlige, ufarlige kemikalier for at opnå de ingeniørmæssige krav til kontinuer deponering på lange substratfilm. En ny reaktantopløsning til SrTiO3 bufferlag er succesfyldt blevet udviklet med indhold af strontiumacetat + eddikesyre + titanium isopropoxid + 1-methoxy-2-propanol + 2,4-pentanedione. Ved at bruge denne reaktantopløsning til dyppe-belægning, blev reproducerbare mono-belægninger af høj-struktureret SrTiO3 på Cu-33at.%Ni film opnået. Der blev her benyttet varmebehandling på 950oC i N2-5%H2 flow. Disse lag havde en glat morfologi uden porer og revner med en rigtig god biaxial tekstureret overflade. Den simple varmebehandling kombineret med en relativ stor filmtykkelse for hvert lag forventes at være meget anvendelig i rulle-til-rulle applikationer. Tykkelsen af disse SrTiO3 monolag var stor nok til at stoppe nikkel og kobber diffusion fra Cu/Ni substratet. Det er derfor forventet at disse nye højkvalitets bufferlag kan anvendes som effektive diffusionsbarrierer samt som indikatorer til at følge deponeringen af den biaxiale teksturerede YBCO nanostruktur.