不同杂质离子掺杂YBCO薄膜性能的研究

发布时间：2017-04-17 02:00

  本文关键词：不同杂质离子掺杂YBCO薄膜性能的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：YBCO高温超导薄膜由于其自身的优良性能及潜在的价格优势,一直受到很大的关注。近年来,YBCO高温超导薄膜在工业生产等领域具有非常广泛的应用前景。然而外加磁场下较低的临界电流密度严重限制了其在某些领域方面的应用。本课题的研究目的是提高YBCO薄膜的有场性能。本论文中采用无氟的高分子辅助金属有机物沉积法制备了YBa2Cu3-xRxO7-δ(R=Li、 Ni, x=0、0.0005、0.001、0.0015、0.002)的高温超导薄膜。分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、物性综合测量系统(PPMS)和磁学测量系统(MPMS)对它们的晶体结构、表面形貌及性能进行了研究。研究结果表明：微量杂质离子Li+和Ni2+掺杂,都不会引起YBCO薄膜晶体结构及表面形貌的明显改变；随着Li+和Ni2+名义掺杂量的增加,YBCO超导薄膜的超导转变温度逐渐降低；适量Li+和Ni2+掺杂都可以明显增强YBCO薄膜在低温高场下和高温整个磁场范围内的磁通钉扎性能,有效地提高了其在外加磁场下的载流性能。与微量Ni2+掺杂的YBCO薄膜相比,微量Li+掺杂的YBCO薄膜在高场下表现出更强的磁通钉扎性能,具有更高的临界电流密度。另外,对未掺杂和Li+和Ni2+掺杂YBCO薄膜的磁通钉扎机制进行了分析。可以得出,在未掺杂的YBCO薄膜中,正常相的面钉扎是主要的钉扎来源；而在Li+和Ni2+掺杂的YBCO薄膜中,除了正常相的面钉扎之外,还存在正常相的点钉扎。本论文中紧接着采用上述工艺制备了微量Ca2+掺杂Y位、微量Cr3+掺杂Cu位及微量Ca2+和Cr3+复合掺杂Y位和Cu位的YBCO薄膜。分别采用XRD、SEM、和MPMS对它们的晶体结构、表面形貌及性能进行了研究。研究结果表明：Y位、Cu位的单相及复合掺杂,也都不会引起YBCO薄膜晶体结构和表面形貌的明显改变；Y位、Cu位的复合掺杂对YBCO薄膜超导转变温度的抑制作用更大；与Y位、Cu位单相掺杂的YBCO薄膜相比,复合掺杂的YBCO薄膜在外加磁场下表现出更强的磁通钉扎性能,具有更高的临界电流密度。另外,对Y位、Cu位单相及复合掺杂YBCO薄膜的磁通钉扎机制进行了分析。可以得出,在Y位、Cu位单相掺杂的YBCO薄膜中,正常相的点缺陷是呈均匀分布的；而在Y位、Cu位复合掺杂的YBCO薄膜中,由于正常相点缺陷间的相互作用,自发地形成一种柱状缺陷,从而使得体系的钉扎强度大大增强。
【关键词】：YBCO薄膜 掺杂 临界电流密度 磁通钉扎性能
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM26;TB383.2
【目录】：

• 摘要6-7
• abstract7-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 超导材料的发展历程11-12
• 1.2 超导电性12-15
• 1.2.1 零电阻效应12-13
• 1.2.2 迈斯纳效应13-14
• 1.2.3 重要特征参数14-15
• 1.3 超导材料的分类15-16
• 1.4 YBCO高温超导材料16-20
• 1.4.1 晶体结构16-17
• 1.4.2 磁通行为17-19
• 1.4.3 弱连接和巨磁通蠕动19-20
• 1.5 YBCO超导薄膜20-21
• 1.5.1 制备方法20
• 1.5.2 MOD工艺的研究进展20-21
• 1.6 提高薄膜的有场性能21-23
• 1.6.1 磁通钉扎现象21-22
• 1.6.2 元素替代22-23
• 1.7 本论文的研究目的、方法及主要内容23-25
• 第2章 实验原理、方案及表征手段25-35
• 2.1 实验原理25-26
• 2.2 实验方案26-31
• 2.2.1 前驱体溶液的配制27-28
• 2.2.2 单晶衬底的选择与清洗28-29
• 2.2.3 前驱薄膜的涂敷29-30
• 2.2.4 薄膜的热处理30-31
• 2.3 表征手段31-34
• 2.3.1 结构分析31-32
• 2.3.2 形貌分析32-33
• 2.3.3 性能分析33-34
• 本章小结34-35
• 第3章 微量杂质离子Cu位掺杂研究35-55
• 3.1 实验方法35-36
• 3.2 微量Li~+掺杂Cu位36-43
• 3.3 微量Ni~(2+)掺杂Cu位43-49
• 3.4 Cu位两种离子微量掺杂比较49-51
• 3.5 磁通钉扎机制的分析51-54
• 本章小结54-55
• 第4章 微量杂质离子Y位、Cu位单相及复合掺杂研究55-64
• 4.1 实验方法55-56
• 4.2 实验结果与分析56-61
• 4.3 磁通钉扎机制的分析61-63
• 本章小结63-64
• 结论64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-72
• 攻读硕士期间发表论文和研究成果72

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