多层膜及超导体微观结构与性能的研究

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1、复旦大学博士后学位论文多层膜及超导体微观结构与性能的研究姓名：张昕申请学位级别：博士后专业：材料物理与化学指导教师：吴晓京20040601内容摘要MgB2超导体与传统金属低温超导体，均满足BSC理论。与高温超导体不同，MgB2的晶界对超导电流不起阻抗作用，且MgB2有更高的各向同性的特点。强连接的MgB2多晶体，其临界电流密度如的与晶粒取向无关，这使得由MgB2多晶制成的超导线材或带材没有如的衰减问题，因此是极有应用前途的超导材料。对于这类超导体，随着超导体颗粒度的减小，临界电流密度儿将会提高，这种现象与晶界的钉扎作用有关。由于MgB2晶界的“钉扎”作用，因此合成

2、颗粒度均匀的纳米级MgB2样品，对MgB2的超导性能应有极大的帮助。本文研究MgB2纳米微晶线材和陶瓷体的晶粒度与如的对应关系、晶体缺陷与超导性能相互作用的微观机制，得出如下主要结论：1．采用Fe为包覆材料，PIT法在大气压下制得高质量MgB2／Fe线材，以可达1．43×105A，ClTl2(4．2K、4T)和2．34×104A／cm2(25K、3T)。2．MgB2／Fe线材的电子显微结构表明：样品中存在大量的20．200nmMg(B，0)2和MgB2晶粒，MgB2晶体的主要缺陷是刃位错和无序堆垛，小免度晶界处品格匹配良好，接触型晶界处存在局部的晶格畸变和无序堆垛

3、。3．MgB2陶瓷体的显微结构对其超导性能有重要影响，其中包括晶粒大小及结晶完整性、颗粒间的连接以及晶粒缺陷杂质等。烧结温度为700．750。C时纳米级MgB2颗粒呈圆形，粒径分布均匀，结晶程度明显改进，颗粒间连接良好，样品有较高的密度，且以最高。液相外延法是生长高质量、大面积的单晶ReBCO系高温超导厚膜的有效方法。本文表征了制备过程中形成的Sm2BaCu05晶须的形貌和结晶学特性，并阐述自由体系中Sm2BaCu05晶须的生长机理；同时研究了YBa2Cu307种膜在非平衡条件下的分解和结晶的择优取向，得出如下主要结论：1．Sm211晶须长向为<001>，显露面为

4、理想光滑面(010)、(110)、(210)和(101)，晶体沿[00l】方向快速生长。2．SmBCO高温熔体中，存在单个的、或聚集成双联和三联等形式的【Sm07】配位多面体；可以将Sm211晶体的生长直观理解为[Sm07]配位多面体在生长界面上的叠合，叠合环境的差异直接导致各方向上生长速率和显露面面积的差别。[Sm07】沿<100>方向叠合到生长界面上，有相对较强的结合力和较快的生长速率，(100)面不显露或显露面面积最小；<010>方向的生长速率最慢，(叭O)为显露面且显露面积最大；<110>和<210>方向的生长速率介于上述两者之间，(110)露面面积接近(

5、010)，而(2l0)显露面面积较小；<100>方向是晶体的快速生长方向。3．如果存在较大过饱和度的驱动，Y2ll可以同时在MgO衬底上和YBCOseedfilm中成核。在MgO衬底上的结晶，晶体取向(001)Y211

6、

7、(110)MgO。Y211在YBCO中的结晶以YBCO为衬底，在(001)Y2lll(100)v123、(001)Y211II(210)V123、(001)Y2lIlI(310)Vl23和(001)Y2lll(1lO)Yl23取向上可能同时发生。转熔产物BaCu02和Cue积聚在YBCO和MgO的界面处。软x射线波段的非掠入射光学多层膜由高散射和

8、低散射的两种材料交替沉积成人工调制结构，本文研究了W／c和Me，si两种多层膜的界面结构，得出如下结论：1．对于设计厚度1．7rim或更小的w／C多层膜，TEM观察调制结构已不明显，膜层之间边界模糊且平整度较差；考虑溅射工艺，应通过提高衬底温度，以提高原子淀积后在衬底上的移动速率，平滑界面的粗糙。增加W，c多层膜D值后，样品结构明显改善，但膜层界面仍存在W、C的扩散。2．设计周期值7．2nm的Me／Si多层膜，衍射斑点清晰明锐，整个多层膜调制结构完整，界面基本平整：各膜层厚度与设计值有较大差距，界面过渡模糊，可能存在Me、Si的扩散。关键词：超导体，MgB2，临界

9、电流密度，液相外延法，晶须，生长机理，择优取向，软X射线多层膜，界面结构AbstractSimilartotraditionallowtemperaturemetalsuperconductor，MgB2meetstheBSCtheory．Butdifferentfromhightemperaturesuperconductof，currentcanflowsthroughgrainboundariesofMgB2withlowresistance．Inaddition，structurecharacteristicofMgB2showsmoreisotropy。

10、Ingra