无氟mod法制备rebco超导薄膜及元素掺杂研究

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1、西南交通大学亟±研究生学位论文第1页摘要本论文首先综述了超导材料的发展、应用以及分类；REBa，Cu，07，(RE代表稀土元素)高温超导带材的发展和超导薄膜的制备方法；以及REBa2Cu，O，．。高温超导材料采用元素替代提高临界电流的方法。然后，本论文采用无氟金属有机物沉积方法(MOD)在单晶基底LamlO，(100)上制备DyBa2Cul07．，(DyBCO)薄膜。首先通过实验确定最佳外延生长温区为770。C，然后在气氛中引入一定量的水汽来分析其对薄膜生长的影响。实验结果表明水汽的引入不利于薄膜的生长，最后通过部分熔融法进一步优化DyBCO的外延生长工艺。对样品进行X射线衍射(XR

2、D)分析、扫描电镜(SEM)分析以及超导性能的测试，得到的DyBCO薄膜C轴织构良好，表面平整致密，临界超导转变温度为92K，77K自场下的临界电流密度约为1．5MA／cm2。最后，对YBCO的Cu位掺杂进行研究。由于YBCO应用更为广泛，YBCO的掺杂研究更有实用意义，而DyBCO的工艺可以直接转移至YBCO，因此YBa2Cu3．xM；07．v(M=Zn，Ni，Fe)的Cu位进行掺杂研究，X=O．0005，0．001，0．005。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)以及超导性能的测试来分析掺杂对YBCO的影响。Ni，Zn，Fe的微量掺杂后YBCO薄膜具有良好的的C轴织构，同

3、时能够改善薄膜的微观形貌。Ni，Zn，Fe的掺杂会抑制超导电性，随着掺杂量的增加，超导转变温度降低，从强到弱为：Zn，Ni，Fe。Ni，Zn，Fe的掺杂会引入钉扎中心，对薄膜起磁通钉扎作用。不同元素在不同温度下表现得磁通钉扎效果不同。其中，Zn掺杂量0．001在77K下表现出最佳磁通钉扎效果，随着温度下降，钉扎效果逐渐减弱；Ni在77K、65K时0．0005掺杂量钉扎作用最强，50K、30K、10K时0．001掺杂量钉扎作用最强；Fe掺杂量0．0005的钉扎效应在整个温度区间均较强，温度下降到50K，O．001掺杂量逐渐在高场下显示较高的钉扎效果。关键字：REBCO薄膜，掺杂，钉扎中

4、心，外延生长AbstractInthisthesis，thedevelopment，applicationandclassificationofsuperconductingmaterialshasbeensummarized．ThedevelopmentandfabricationmethodsofhightemperamreComedConductorandREBCOfilmhasbeenintroducedbriefly．AndtheimprovedcriticalcurrentdensityarcofREBCOcoatedconductorbyelementsdopingha

5、sbeenpresentedindetail．DyBa2Cu307．x(DyBCO)filmshavebeensynthesizedonsinglecrystalsubstratesofLaAl01(100)byusingafluorite-freeMODmethod．Theoptimal印ita)【ialgrowthtemperatureWas770℃，watervaporintruducedinthegasatmosphereduringthefilmgrowthprocesswasnotpropitiousforepitaxialgrowth．Andmelt-partially

6、mehodwasproposedtooptimizeDyBCOfilmprocess．Thephasecomposition，microstructuresandthecriticaltemperatureofsuperconductivity(Tc)andthecriticalcurrentdensity∽)ofDyBCOfilmshavebeeninvestigatedbyx-raydiffraction(XRD)，scanningelectronmicroscopy(SEM)andmmpsmethod．Theresultsshowedthatexhibitedhighc-axi

7、sorientation，smooth，denseandcrack-freesurfacewith300nmofthickness．．HighqualityfilmhasbeenobtainedbythismethodwithTc=92K．√乒1．51vIm／cm2at77Kandself-field．TheeffectofimpuritydopingoncriticalcurremdensitiesofYBa2Cu307．x(YBCO)filminhi曲