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涂层超导材料是一种具有广泛应用前景,卓越性能优势的功能材料。获得高性能的过渡层是制备高载流能力涂层导体线带材的基础。
本研究开展了化学溶液方法制备用于涂层超导过渡层的研究。采用了金属有机盐沉积技术在织构NiW合金上获得了Ce1-xLaxO2-y/Gd2Zr2O7(GZO)过渡层,阐明了La掺杂CeO2薄膜在织构NiW合金基带上的生长机制。获得如下主要成果:
采用化学溶液方法,系统了研究了结晶温度和时间对GZO薄膜相和取向形成的影响,并用非原位同步辐射X射线衍射对取向组成进行了确认。研究发现,面内取向的形成伴随相的出现,即由于界面形核需要较低的能力,在GZO晶核受基板取向的约束,在形核伊始,GZO晶核的面内取向就按照与基板取向沿旋转45度的取向进行排列,且与温度弱关联;而薄膜面外取向的形成是受热能辅助的过程。另外,结合卢瑟福背散射电子能谱与扫面电镜对一系列不同工艺获得的薄膜进行孔隙度的研究表明,薄膜的质量厚度远低于其几何厚度,即薄膜内部存在较大的孔隙度。研究揭示了薄膜孔隙度和其几何厚度的关系,即薄膜几何厚度越小,孔隙度越低。
本研究设计了具有Ce1-xLaxO2-y/GZO双层结构的过渡层,利用GZO作为隔离层,发挥其良好的阻止扩散的能力;利用Ce1-xLaxO2-y作为帽子层,减小过渡层薄膜与YBCO之间的晶格适配。采用脉冲激光沉积技术在该过渡层结构上生长了YBCO超导层,其临界电流密度达到MA级,验证这种全化学溶液方法制备过渡层的可行性。
采用高能同步辐射技术对化学溶液薄膜沉积技术在织构NiW合金基带上获得的Ce1-xLaxO2-y薄膜的结晶过程进行原位表征。研究表明在CLO成相伊始,其面内取向半高宽(FWHM)就基本达到了与NiW基带半高宽相仿的集中程度。这说明,CLO薄膜在织构NiW合金基带上的非晶结晶转变是有外延生长机制控制的。另一方面,根据Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov公式对CLO薄膜等温阶段的晶粒长大行为进行分析可知,在该阶段,晶粒的长大是受扩散控制的过程。
本研究采用简单易行的全化学溶液方法制备了过渡层薄膜,掌握的制备高质量过渡层的一系列工艺参数,阐明了Ce1-xLaxO2-y薄膜在NiW合金基带上的生长机制,为降低的涂层导体线带材的制备成本奠定了基础。