Ybco涂层导体化学溶液制备ppt课件.pptx

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1、Ybco涂层导体的化学溶液沉积制备指导老师：王成伟教授学生：张宏涛主要内容1.涂层导体的组成及应用前景2.化学溶液沉积法制备过程3.处理工艺对超导材料的影响4.小结涂层导体的组成及应用前景高温超导涂层导体（coatedconductors）是基于双轴织构缓冲层模板生长的类单晶氧化物涂层，是高温超导材料在液氮温区实现高场应用的关键材料。从涂层导体的组成结构看，涂层导体是由金属基带/缓冲层/超导层/保护层构成的多层结构型实用高温超导带材涂层导体的组成及应用前景目前YBCO涂层导体在液氮温区高场下具有优异的载流能力，是实现高温超导规模化应用的关键材料之一。涂层导体已经在超导电缆、超导限流器、超导电机

2、、超导储能系统等项目中具有示范性的验证应用。从织构化衬底、超导层的制备技术来区分非真空技术组合：轧制辅助双轴织构(RABiTS)，化学溶液沉积（CSD）真空技术组合:离子束辅助沉积(IBAD)，脉冲激光沉积(PLD)一、YBCO涂层的应用及涂层材料的区分涂层导体的组成及应用前景YBa2Cu3O7-x简称YBCO，是一种缺氧钙钛矿结构的复杂金属氧化物[2-4]。x<0.5时,YBCO为正交相(即a≠b≠c)且具有超导性质x=1时,YBCO(即YBa2Cu3O6)为四方相,不具有超导性质。大量研究表明，在x=0.1时，YBCO(即YBa2Cu3O6.9)具有最佳超导性质。即a≈b≈c/3二、YBC

3、O的基本性质涂层导体的组成及应用前景涂层导体中需要尽量减少随机取向晶粒的产生，增加双轴取向的晶粒。晶粒的c轴平行于带材法向，晶粒的a轴平行于带材的轴向（图1-3c）。超导层是涂层导体的核心，它的结构具有各向异性。二、YBCO的基本性质涂层导体的组成及应用前景生长过程中会出现晶界，晶界类型与角度都会影响YBCO薄膜的临界电流密度降低晶界角度可以最大限度的使导电层氧化亚铜面相互连通，提高YBCO层的临界电流密度二、YBCO的基本性质化学溶液沉积法制备过程化学溶液沉积（CSD）技术，它是目前各个单位所开发的化学方法的总称.化学溶液沉积包括:金属有机沉积（MOD），三氟乙酸金属有机沉积（TFA-MOD

4、），先进型三氟乙酸金属有机沉积（AdvancedTFA-MOD）、高分子辅助化学溶液沉积（PA-CSD）等。按照前驱液的发展顺序来分化学溶液沉积包含三类：传统全氟前驱液（即TFA-MOD）、低氟前驱液无氟前驱液通常情况下无氟前驱液制备的薄膜性能较差。一、化学溶液制备方法的分类化学溶液沉积法制备过程二、化学溶液制备过程：一、采用加热搅拌方法将前驱体按一步大混合或分步混合的方法溶于溶剂中，结合减压蒸馏的方法制备出稳定高纯前驱液。二、用旋涂或浸涂的方式将前驱液涂敷于单晶衬底和带有缓冲层的金属基带上，得到涂层湿膜；三，在低温热解过程中，湿膜发生溶剂挥发与金属有机物分解等过程转变为前驱膜；四、前驱膜进行

5、高温热处理转变为晶化膜，这一过程包括晶核形成与晶粒优势取向生长等过程；五、对晶化膜进行渗氧热处理，获得具有正交相的超导层。涂敷前驱液的制备热解晶化渗氧形成超导层化学溶液沉积法制备过程通常异质外延薄膜生长可以分为三类：层状生长模式（Frank-VanderMerwemode）、岛状生长模式（Volmer-Webermode）和层岛复合模式（Stranski-Krastanowmode）。化学溶液沉积制备超导层过程中，一般情况下是层岛复合模式，很难实现单一的岛状生长模式。化学溶液沉积法制备过程三、化学溶液沉积技术引入钉扎的方法：（1）改变阳离子化学计量比以引入纳米点缺陷（2）引入第二相作为钉扎中心

6、（3）缓冲层表面结构诱导的钉扎中心例如：利用化学溶液沉积技术在钛酸锶单晶衬底和具有缓冲层的金属衬底上进行表面改性，制备少量纳米化的氧化镁和锆酸钡，当YBCO形核生长时，这些纳米结构将在超导层中诱导生长出缺陷结构，从而改善YBCO超导层的Jc(B,θ)特性而且Jc(B,θ)特性更趋向于各向同性（4）强本征钉扎涂层导体寻找其他REBCO超导材料用来取代YBCO，发展强本征钉REBCO涂层导体化学溶液沉积法制备过程四、传统前驱液的制备方法化学溶液沉积法制备过程五、低氟前驱液的制备方法化学溶液沉积法制备过程前驱液常用四种方式：旋涂、喷涂、浸涂和网格涂敷六、前驱液的涂敷方法化学溶液沉积法制备过程具体过程

7、为：[29,85]从室温升温到200℃时间约为1小时，涉及到溶剂挥发、干湿转变等；从200℃升温到250℃之间一般需要8-10小时，升温速率非常缓慢，在这一阶段分解前驱体，尤其是三氟乙酸铜从250℃升温到300℃时间约为1小时40分钟，升温速率控制相对缓慢，进一步分解三氟乙酸盐；从300升温到400℃时间为20分钟，排除残留的碳氟化合物。整个过程气氛控制为流动的氧气氛，当温度高于100℃时引入潮湿