化學溶液沉積法快速制備釔鋇銅氧涂層導體及機理研究.pdf

1、以釔鋇銅氧(YBa2Cu3O7-δ)為代表的涂層導體的發(fā)展推動了高溫超導體實用化進程。然而，在制備YBa2Cu3O7-δ(YBCO)涂層導體過程中，YBCO具有較強的各向異性和晶界弱連接性，致使YBCO超導薄膜輸運能力下降。因此，YBCO需沉積在具有(L00)方向織構的柔性金屬基帶上，借助金屬襯底將織構傳遞到YBCO超導薄膜中。如今，比較成熟的金屬基帶（主要是鎳合金）制備路線有兩種:軋制輔助雙軸織構基底技術(RABiTS)和離子束輔助沉

2、積技術(IBAD)。然而，在制備過程中，襯底中金屬離子容易擴散到YBCO超導薄膜中，破壞薄膜的超導電性。因此，在金屬襯底和超導薄膜之間還需添加緩沖層來解決這個問題。緩沖層既要充當擴散壁壘阻擋襯底中的金屬有害離子向超導層擴散，又要充當超導層的外延模板優(yōu)化和匹配超導層晶格，從而生長出高性能的YBCO超導層。
　　近年來，雖然YBCO涂層導體已經(jīng)開始應用，低成本仍然是實現(xiàn)涂層導體產(chǎn)業(yè)化的前提和保證。簡化涂層導體每一層制備工藝，特別是緩沖

3、層結構及工藝是降低涂層導體成本的有效途徑，是實現(xiàn)規(guī)模化的關鍵;另外，涂層導體的制備周期一般較長，提高帶材制備效率，縮短制備時間也是降低成本的重要途徑。在眾多的制備方法中，化學溶液沉積(CSD)法以其容易控制成分和不需要真空系統(tǒng)，容易實現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點備受重視，成為未來發(fā)展方向。
　　然而，在YBCO熱處理合成過程中，較高的熱處理溫度常把金屬基帶氧化且在表面形成(111)取向的NiO薄膜，嚴重影響YBCO超導層的織構和性能。

4、因此，很有必要在鎳合金表面率先氧化一層c軸織構且表面致密的種子層以保證后續(xù)緩沖層和超導層的有效外延。該種方法簡易高效，被認為是一條適合工業(yè)化生產(chǎn)的捷徑。然而，以往的基帶氧化通常在空氣中進行，過高的氧化溫度降低了基帶的機械強度，不利于長帶的連續(xù)制備。本論文采用普氬氣氛下中溫氧化和空氣中退火再結晶優(yōu)化制備了NiO(L00)薄膜，降低了鎳金屬氧化溫度。
　　以往CSD法制備涂層導體各層薄膜時揮發(fā)和分解過程同時進行，致使反應復雜，只能以緩

5、慢的升溫速度才能保證外延薄膜的平整，整個熱處理過程需要10h以上。本論文將揮發(fā)和分解過程分開進行，采用溶劑沸點以下干燥和前驅物固態(tài)分解的形式快速制備了緩沖層和YBCO超導層。
　　首先，借助乳酸溶劑和硝酸鹽前驅物配制新的SmBiO3(SBO)和Ce08Sm0.2O2-Δ(CSO)緩沖層前驅溶液。通過調整緩沖層前驅體熱處理工藝分別快速制備了平整致密、高度織構的SBO和CSO緩沖層薄膜。整個制備周期縮短至2h以內。
　　另外，緩

6、沖層薄膜的質量直接影響著后續(xù)YBCO超導層的制備和性能。在薄膜成相外延過程中，外延溫度、外延時間、氧分壓和襯底晶格失配等因素對薄膜外延的影響很大，只有在平整且高度c軸取向的緩沖層薄膜上才能外延生長出高性能的YBCO超導薄膜。因此，本論文針對SBO薄膜成相外延中主要影響因素進行了詳細分析，一些結果對高溫超導帶材工業(yè)化進程具有促進作用，同時有助于理清薄膜外延生長過程中一些基礎問題，為其它薄膜材料外延生長提供指導。
　　最后，采用類似的