论文部分内容阅读
YBa2Cu3O7-x(YBCO)由于其本征的一系列优势，被认为是最具有应用潜力的超导材料。然而由于YBCO所承载的临界电流密度（Jc）随着外加磁场的增加而显著下降，而超导材料又是在外加磁场下应用的，因此要真正实现YBCO的实用化，就要提高其在自场和外加磁场下的Jc值。实验证明在薄膜中人工引入一些钉扎中心可以很好地解决上述问题。基于此本文首次采用有机铌盐（乙醇铌）作为掺杂源，通过三氟乙酸盐-金属有机盐沉积法(TFA-MOD)成功地制备了YBCO/BYNO复合薄膜。论文取得了如下创新性成果: 首先研究了不同Nb掺杂量对YBCO薄膜的微观结构、表面质量、超导性能等的影响。发现当Nb掺杂量小于10mol.％时，复合薄膜的微观结构没有受到明显的影响，且表面质量有所改善;超导临界转变温度（Tc）虽略有下降，但是仍然保持在90K以上;掺杂之后薄膜的临界电流密度（Jc）在自场和外加磁场下均比纯YBCO高，基本达到了PLD法制备的水平，薄膜的α值均明显减小，钉扎力得到显著提高。说明掺杂有效地提高了YBCO超导薄膜的场性能。 其次，因掺杂而生成的Ba2YNbO6(BYNO)纳米颗粒在薄膜中呈现外延和随机两种取向。通过对YBCO/BYNO复合薄膜的形核研究发现，BYNO纳米颗粒早于YBCO形核，在基板表面形核的纳米颗粒受到基板取向的强烈影响呈现外延取向，而在薄膜内部的颗粒由于形核时不受固定取向的影响，呈现随机取向。YBCO形核后仍然保持良好的c轴取向，它和BYNO两者独立形核，互不影响。该过程可以解释生成的BYNO纳米颗粒以外延和随机取向共存的原因。 进一步研究表明在YBCO薄膜中生成的纳米颗粒尺寸在20～30nm之间，其中随机取向的BYNO纳米颗粒含量在90％以上。在BYNO纳米颗粒周围出现了平行于YBCO薄膜表面的堆垛层错，使YBCO晶格出现了严重的晶格畸变，这些缺陷增加了薄膜内部的微观应变。通过计算发现随机取向的BYNO纳米颗粒含量越高，YBCO薄膜内部的微观应变就越大。较大的微观应变意味着较大的钉扎力，该研究结果揭示了掺杂提高薄膜场性能的原因。 综上，本文主要研究了通过TFA-MOD法在YBCO薄膜中引入BYNO纳米颗粒，有效地改进了薄膜的场性能;首先构建了YBCO/BYNO复合薄膜的形核模型，解释了通过掺杂在薄膜中引入的纳米颗粒呈现外延和随机取向的原因;同时计算了随机取向纳米颗粒的含量，指出纳米颗粒的引入导致YBCO薄膜微观应变的增加，从而提高了薄膜的钉扎性能，为掺杂提高场性能提供了理论依据。