双面高温超导带材的两面同时制备研究

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第二代高温超导带材YBa2Cu3O7-x(YBCO)具有强载流能力、高不可逆场以及低损耗特性,在输电线缆、强磁体、电动机、限流器等强电领域有广阔的应用前景。在环境和能源问题日益突出的时代,YBCO高温超导带材因具潜在的低成本而有更好的竞争优势。目前,仍存在一些限制YBCO高温超导带材产业化应用的因素:如当超导层薄膜厚度达到一定厚度时,薄膜出现厚度效应,随着超导层薄膜厚度增加临界电流反而减小,不利于带材的电学性能,在一定程度上也降低了薄膜的性价比。鉴于此问题,本论文采用自主设计的中频磁控溅射(MF)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统,在双面IBAD-MgO薄膜上,进行了双面YBCO带材的缓冲层与超导层的薄膜沉积。具体研究内容如下:(1)利用实验室自制的双面IBAD-MgO,采用中频磁控溅射反应法以及基带自加热方式,进行双面同时同质外延(epi-MgO)。通过优化工作气体O2、Ar的通气方式来改变气流的分布方式,一次走带,实现MgO的两面同时同质外延。测试得出两面的面外半高宽(FWHM)((35)?)分别为3.36°和3.71°,面内半高宽((35)φ)分别为6.40°和6.82°,说明两面一致性较好,无明显差异。实验表明,相比传统epi-MgO的方法,采用中频磁控溅射法epi-MgO能有效提高MgO薄膜生长效率。(2)利用金属有机镧La(DPM)3源,锰Mn(DPM)3源,运用自主设计的MOCVD系统进行双面LaMnO3(LMO)薄膜的生长制备研究。测试得出当La源/Mn源质量为1.2:1,衬底基带加热电流在23.00 A左右时,衬底基带双面均能够生长制备出LMO薄膜。(3)利用自主设计的窄流道式MOCVD生长反应室,生长制备了280 nm厚的YBCO薄膜,测试得出面内外半高宽分别为Δω=1.216°、(35)φ=3.087°,Jc(77 K,0 T)为3.6 MA/cm2;并研究了窄流道式反应生长室生长制备YBCO薄膜的一致性,模拟制备了双面YBCO带材,获得了两面Jc(77 K,0 T)均为3.8 MA/cm2的YBCO薄膜,相较于单面超导薄膜有明显优势。
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