双面高温超导带材的两面同时制备研究

论文摘要

第二代高温超导带材YBa2Cu3O7-x（YBCO）具有强载流能力、高不可逆场以及低损耗特性,在输电线缆、强磁体、电动机、限流器等强电领域有广阔的应用前景。在环境和能源问题日益突出的时代,YBCO高温超导带材因具潜在的低成本而有更好的竞争优势。目前,仍存在一些限制YBCO高温超导带材产业化应用的因素:如当超导层薄膜厚度达到一定厚度时,薄膜出现厚度效应,随着超导层薄膜厚度增加临界电流反而减小,不利于带材的电学性能,在一定程度上也降低了薄膜的性价比。鉴于此问题,本论文采用自主设计的中频磁控溅射（MF）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）系统,在双面IBAD-MgO薄膜上,进行了双面YBCO带材的缓冲层与超导层的薄膜沉积。具体研究内容如下:（1）利用实验室自制的双面IBAD-MgO,采用中频磁控溅射反应法以及基带自加热方式,进行双面同时同质外延（epi-MgO）。通过优化工作气体O2、Ar的通气方式来改变气流的分布方式,一次走带,实现MgO的两面同时同质外延。测试得出两面的面外半高宽（FWHM）（（35）?）分别为3.36°和3.71°,面内半高宽（（35）φ）分别为6.40°和6.82°,说明两面一致性较好,无明显差异。实验表明,相比传统epi-MgO的方法,采用中频磁控溅射法epi-MgO能有效提高MgO薄膜生长效率。（2）利用金属有机镧La（DPM）3源,锰Mn（DPM）3源,运用自主设计的MOCVD系统进行双面LaMnO3（LMO）薄膜的生长制备研究。测试得出当La源/Mn源质量为1.2:1,衬底基带加热电流在23.00 A左右时,衬底基带双面均能够生长制备出LMO薄膜。（3）利用自主设计的窄流道式MOCVD生长反应室,生长制备了280 nm厚的YBCO薄膜,测试得出面内外半高宽分别为Δω=1.216°、（35）φ=3.087°,Jc（77 K,0 T）为3.6 MA/cm2;并研究了窄流道式反应生长室生长制备YBCO薄膜的一致性,模拟制备了双面YBCO带材,获得了两面Jc（77 K,0 T）均为3.8 MA/cm2的YBCO薄膜,相较于单面超导薄膜有明显优势。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 超导材料简介
•     1.1.1 超导材料的发展史
•     1.1.2 超导材料的特性及应用
•     1.1.3 超导带（线）材的简介
•   1.2 YBCO高温超导带材的简介
•     1.2.1 YBCO的结构简介
•     1.2.2 YBCO的制备线路及技术
•   1.3 论文研究意义及研究内容
• 第二章 实验方法及原理
•   2.1 实验方法
•     2.1.1 中频磁控反应溅射
•     2.1.2 MOCVD技术
•   2.2 薄膜的表征技术
•     2.2.1 X射线衍射（XRD）
•     2.2.2 反射式高能电子衍射仪（RHEED）
•     2.2.3 扫描电子显微镜（SEM）及能谱仪（EDS）
•     2.2.4 临界电流密度Jc-scan测试
• 第三章 双面YBCO的缓冲层制备研究
•   3.1 中频磁控溅射Epi-MgO系统介绍
•   3.2 双面MF-Epi-MgO的制备研究
•     3.2.1 气流分布对同质MgO外延的影响研究
•     3.2.2 气流分散管制备同质MgO外延的两面研究
•   3.3 MOCVD法生长沉积双面LMO薄膜的研究
•     3.3.1 镧、锰金属有机源性质
•     3.3.2 双面LMO制备系统
•     3.3.3 镧、锰源成分比对LMO薄膜的生长影响
•   3.4 本章小结
• 第四章 窄流道MOCVD生长YBCO薄膜的研究
•   4.1 窄流道式MOCVD制备YBCO薄膜
•     4.1.1 窄流道式MOCVD系统生长反应室介绍
•     4.1.2 窄流道式MOCVD系统介绍
•   4.2 窄流道式MOCVD不同电流生长YBCO薄膜的研究
•     4.2.1 窄流道式MOCVD不同电流生长YBCO薄膜形貌研究
•     4.2.2 窄流道式MOCVD不同电流生长YBCO薄膜结构研究
•     4.2.3 窄流道式MOCVD不同电流生长YBCO薄膜性能分析
•   4.3 窄流道式MOCVD生长YBCO薄膜的一致性研究
•     4.3.1 窄流道式MOCVD生长YBCO薄膜结构一致性的研究
•     4.3.2 窄流道式MOCVD生长YBCO薄膜性能一致性的研究
•   4.4 窄流道式MOCVD生长制备双面YBCO薄膜的研究
•     4.4.1 双面YBCO薄膜的制备
•     4.4.2 双面YBCO薄膜的结构研究
•     4.4.3 双面YBCO薄膜的性能分析
•   4.5 本章小结
• 第五章 总结与创新点
•   5.1 结论
•   5.2 创新点
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 苟继涛

导师: 陶伯万

关键词: 超导带材,中频磁控溅射,窄流道,双面

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,材料科学,电力工业

单位: 电子科技大学

分类号: TM26

总页数: 68

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