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YBa2Cu3O7-x(YBCO)是一种具有广泛应用前景的高温超导材料。但其临界电流密度Jc随着外磁场的增加而严重下降，这严重制约了其工业化进程。基板表面改性和纳米颗粒掺杂是目前常用的改善薄膜外场性能的手段，但基板表面修饰过程中存在颗粒性质难以调控的问题;纳米颗粒掺杂过程中的掺杂水平及钉扎效果是以破坏部分织构为代价，因而大大受薄膜织构和晶格畸变度的制约。本论文针对以上问题提出了多元纳米颗粒混合修饰基板和台阶基板的方案控制基板表面改性的颗粒性质;同时通过研究新型的LaAlO3(LAO)掺杂相，及采用新型的正负错配纳米颗粒共掺杂方案来改善和解决单一掺杂制备YBCO复合薄膜中目前存在的瓶颈，并对其钉扎机制进行了系统的研究，取得了以下创新性的研究成果。 首先通过研究制备工艺及材料类型等因素对基板表面修饰的影响，发现难以在基板表面同时获得单分散性和高颗粒密度的改性纳米颗粒，此外还发现颗粒的这些性质受沉积材料与基板晶格错配度和基板表面能的影响很大。因而本文提出了与LAO基板晶格错配度分别为正负的两种纳米颗粒混合生长和斜切基板方案实现了对基板表面颗粒性质的调控，同时获得了高颗粒密度和单分散的CexZr1-xO2纳米颗粒。研究发现正错配颗粒形核长大速度快，主要起孤立和分散负错配纳米颗粒的作用，而负错配纳米颗粒则主要起增加颗粒密度的作用，因而二者的比例非常重要，研究显示Ce/Zr比在0.15/0.85时效果最佳。而斜切基板则是通过热处理过程中斜切面上的半晶胞重排，为沉积材料提供形核中心的同时，降低了表面迁移能，从而提高了负错配纳米颗粒的分散性。最终在Ce0.15Zr0.85O2纳米颗粒改性后的基板上制备并获得了高性能的YBCO薄膜，其最大钉扎力高达3.9GN/m3，是未改性基板上制备的YBCO的2.3倍，且最大钉扎力方向向高场移动了1.15T。此外在有台阶流的基板上制备的YBCO薄膜则展现了独特的双峰式M-H曲线和线条式钉扎花样，并极大地提高了薄膜低场区的Jc值。 其次本文优化了低氟MOD法制备YBCO薄膜的工艺，特别是将高温阶段的升温速率由传统的300℃/h提高到了1500℃/h，极大地提高了制备效率，同时减少了体形核，提高了薄膜的外延性，使得YBCO薄膜面内面外织构FHWM值分别减小了0.32°和0.22°。采用此优化工艺首次制备了LAO掺杂的YBCO/LAO新型复合薄膜和BYNO掺杂的YBCO/BYNO复合薄膜，二者分别在5％LAO和7％BYNO掺杂含量下达到最优，并将薄膜在77K下的最大钉扎力各提高了2倍。但新型YBCO/LAO薄膜具有更大的优越性，其自场Jc值比YBCO/BYNO薄膜提高了2.6MA/cm2，其面内面外织构FHWM值分别降低了0.26°和0.12°。此外相同钉扎效果下，需要的LAO掺杂含量更少，表明单位LAO掺杂相引起的钉扎效果更大。这打破了传统的掺杂理念，证明小晶格错配度的LAO掺杂相也可引入更大的晶格畸变和钉扎性能。分析认为其原因在于LAO掺杂相与YBCO相界面是共格的，这使得很小的掺杂含量下便可引入较大的晶格畸变和钉扎中心，同时有利于减少对织构的破坏。 首次提出采用与YBCO具有正和负晶格错配度的两种纳米颗粒共掺杂的方法提高YBCO薄膜的钉扎性能，有效地改善了单一掺杂薄膜中掺杂含量的局限性。其钉扎机理为正负错配纳米颗粒在薄膜内分别引入压应变和拉应变，二者均为独立的钉扎中心，但不同方向的应变在整体上相互抵消，有效地降低了薄膜的晶格畸变度，这是单一掺杂薄膜无法实现的。通过低氟MOD工艺制备的YBCO/(LAO+BYNO)共掺杂的复合薄膜中，当LAO/BYNO的比例为1/3～3/7时展示了非常高的钉扎性能和小的晶格畸变。1.25％LAO和7.5％BYNO共掺杂的复合薄膜在77K下的最大钉扎力为7.8GN/m3，是单一掺杂LAO或BYNO薄膜的2.6倍，但其晶格畸变度仅为0.026，远小于任一种单一掺杂的YBCO薄膜，甚至小于纯YBCO薄膜（其值为0.036）。通过调节其比例和掺杂含量可以不断提高薄膜的钉扎性能，发现在2.5％LAO+7.5％BYNO共掺杂时，薄膜77K下的最大钉扎力提高到8.6GN/m3，且最大钉扎力下降速度非常慢，5T时仍然在7GN/m3。此外我们设计了另一组正负错配度纳米颗粒Y2O3和BYNO共掺杂的实验，获得的YBCO/(Y2O3+BYNO)复合薄膜在77K下的最大钉扎力高达13GN/m3，进一步证明了该方案的可行性和优越性，为大幅度地提高YBCO薄膜的钉扎性能奠定了基础。 综上所述，本论文主要研究了基板表面改性和纳米颗粒掺杂对YBCO薄膜钉扎性能的影响机制。首先研究了沉积颗粒与基板的晶格错配度和斜切基板对基板表面颗粒性质的调控作用，在基板上成功的获得了高颗粒密度单分散的纳米颗粒，并有效地提高了后续沉积的YBCO薄膜的钉扎性能。其次制备并获得了高钉扎性能的YBCO/LAO和YBCO/BYNO新型复合薄膜，发现与YBCO晶格错配度较小的LAO掺杂的YBCO薄膜的性能更加优越，分析了其性能优越的原因和钉扎机制。最后值得指出的是，本论文提出了正负错配度纳米颗粒共掺杂的方案解决单一掺杂物在高掺杂含量下使得YBCO复合薄膜晶格畸变过大的问题，成功地制备并获得了高钉扎性能、小晶格畸变度的YBCO/(LAO+BYNO)复合薄膜，并阐述了其独特的钉扎机制。最后通过YBCO/(Y2O3+BYNO)复合薄膜证明了正负错配纳米颗粒共掺杂的优秀钉扎效果，为寻找新型的高性能YBCO复合薄膜提供了指导，为进一步推动高温超导材料的实用化进程打下了实验基础。