金属有机沉积法制备Y0.2Ce0.8O2/La2Zr2O7缓冲层薄膜的研究

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第二代高温超导带材又称为YBa2Cu3O7-δ(YBCO)涂层导体,其因具有优异的电学性能而受到人们的广泛关注。YBCO涂层导体由金属基底,缓冲层及YBCO超导层构成。高质量的缓冲层,既可以作为阻挡超导层与基底之间原子相互扩散的屏障,又可作为超导层织构外延生长的平台。因而缓冲层的制备在涂层导体中起到关键作用。用于制备缓冲层的材料,必须与金属基底和YBCO具有低失配度,以及类似的晶格常数。常用的缓冲层材料包括La2Zr2O7、CeO2、Y2O3、Gd2O3等。本研究使用目前应用较为广泛的Ni-5W基底作为金属基底,同时选择与基底和YBCO晶格匹配较高的La2Zr2O7、CeO2作为缓冲层材料。单一结构的缓冲层材料很难满足市场及工业化生产对缓冲层材料的高要求,因而本研究采用金属有机沉积(MOD)法,从工艺与结构的优化两方面来进行缓冲层薄膜的研究,取得了如下结果:  1)采用MOD法在Ni-5W基底上制备La2Zr2O7薄膜,经过1050℃高温退火1h,获得的薄膜表面光滑且具有单一(400)择优取向,Φ扫描平均半高宽(FWHM)为9.8°,表面粗糙度小于6nm,单层厚度达到97nm;  2)采用MOD法,在6%H2-N2混合气氛,1000℃高温下退火1h,获得了(200)择优取向度高达98.20%的CeO2缓冲层薄膜,薄膜面内织构良好,Φ扫描FWHM为7.65°,在10μm×10μm的扫描范围下,表面粗糙度为4.33nm;  3)对比研究了钇(Y)、镧(La)、钆(Gd)三种稀土元素掺杂的CeO2薄膜,发现Y掺杂CeO2获得的Y0.2Ce0.8O2缓冲层薄膜(200)择优取向度高达98.93%,面内织构生长较好,Φ扫描FWHM低至6.05°,10μm×10μm扫描下的表面粗糙度为2.91nm,单层膜厚为41.80nm;  4)成功制备了具有单一取向的Y0.2Ce0.8O2/La2Zr2O7复合缓冲层薄膜,薄膜在10μm×10μm扫描下的表面粗糙度降至2.22nm。最后采用低氟溶液法在复合缓冲层薄膜上制备YBCO超导薄膜,薄膜的室温方阻为23Ω,Tc为90.60K,Jc为0.7MA/cm2(77K,0T)。
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