多源共蒸发制备高性能REBa2Cu3O7-x涂层导体的进展与展望

REBa2Cu3O7-x (RE：钇、钆等稀土元素，REBCO）高温超导体因其具备较高的不可逆场和上临界场等优越性能，一经发现就备受关注。但由于材料本身固有的陶瓷性及弱连接等属性，导致其实际应用起来难度较大。目前，人们已经发展了诸多制备工艺来克服这些困难，实现了REBCO超导体的实际应用。按照前驱膜沉积方法可将REBCO超导薄膜的制备分为物理法和化学法。本文综述了物理气相沉积（PVD-Physical Vapor Deposition）法中多源共蒸发法制备REBCO超导薄膜的技术起源及演变历程，并与金属有机沉积、金属有机化学气相沉积、脉冲激光沉积等不同方法生产的REBCO超导带材进行对比，突出多源共蒸发法制备的REBCO薄膜性能优异、在商业化生产效率上具有更大的优势。最后对多源共蒸发法制备REBCO超导薄膜进行总结及展望，解决多源共蒸发沉积制备REBCO薄膜的成相机理、提高薄膜的钉扎中心等问题对未来第二代高温超导带材的大规模应用具有重要意义。     

厚度诱导的YBa2Cu3O7-δ超导薄膜剩余应力及临界电流变化

本文通过脉冲激光沉积法制备了不同厚度(80nm、320nm、1000nm和2000nm)的YBa2Cu3O7-δ(YBCO)超导薄膜,对它们的剩余应力和临界电流特性进行了对比研究.通过系列的激光显微Raman光谱和磁化曲线测量分别获得了薄膜剩余应力和磁化临界电流密度(Jc)对薄膜厚度的依赖关系.结果显示超导薄膜内剩余应力越小,Jc越高.对于中等厚度的薄膜样品(320nm和1000nm),其膜内剩余应力较小,同时由其特征的磁通匹配场大小推知在该厚度范围内的样品具有较高的线性缺陷密度,从而显示出较高的Jc值.     

TFA-MOD法YBa2Cu3O（7-δ）超导薄膜的交流磁化率研究

通过三氟乙酸盐-金属有机沉积(TFA-MOD)方法在LaAlO3单晶基片上制备了YBa2Cu3O7-δ(YBCO)高温超导薄膜,并测定在垂直于a-b面的外加交变磁场下薄膜样品的交流磁化率随温度的变化关系,在频率543.2 Hz、振幅1 V条件下,样品的超导转变发生在91 K附近.交流磁化率虚部峰值温度Tp随着磁场振幅的变大而向低温区移动,随着频率的增大而向高温区移动,这些现象与磁通蠕动模型相一致,峰值温度TP与外交变磁场的振幅Hac满足Hcaε(1-Tp/Tct)n的关系,其n～1.55;而与频率之间满足1/Tp与lnf的线性关系,可能是由于TAF-MOD薄膜样品中较多孔洞和非位错缺陷的出现使其偏离一般物理气相沉积薄膜样品具有的SNS型连接(n～2).根据频率f与温度T的Arrhenius公式以及二维简约的Bean模型,得到当前薄膜样品的激活能U与电流密度J、以及J与温度T的标度关系.     

低温热解速率对低氟化学溶液法制备YBa_2Cu_3O_(7-δ)膜形貌及超导性能的影响（英文）

为了探讨低氟前驱液对应的低温热解过程的升温速率对超导膜YBa2Cu3O7-δ(YBCO)表面形貌和超导性能的影响,我们在不同的低温热解速率下(1,3,5,10,15,20℃/min)制备了一系列的超导膜.低氟前驱液中的氟含量比全氟前驱液中减少了大约50%.X光衍射(XRD)分析表明:采用低氟前驱液,在很大的升温速率窗口,都能容易地获得良好外延生长的YBCO超导薄膜.但是,过快的热解速率(如15、20℃/min),会导致超导膜表面的恶化,出现皱褶或裂纹.升温速率在1℃/min和10℃/min之间,自场下的临界电流密度(JC)能保持比较高的值.在当前实验条件下,考虑YBCO超导膜的综合性能,5℃/min是最合适的低温热解速率.采用低氟前驱液,在5℃/min,600nm的YBCO膜的低温热解时间可以缩短到50分钟,其样品织构良好、表面平整;在LaAlO3单晶上制备的200nm的YBCO膜可以获得JC为3.0MA/cm2左右(77K,自场).     

Epitaxial Bi2Sr2CuOy thin films as p-type transparent conductors

Development of p-type transparent conducting thin films is tireless due to the trade-off issue between optical transparency and conductivity. The rarely concerned low normal state resistance makes Bi-based superconducting cuprates the potential hole-type transparent conductors, which have been realized in Bi₂Sr₂CaCu₂O_y thin films. In this study, epitaxial superconducting Bi₂Sr₂CuO_y and Bi₂Sr_1.8Nd_0.2CuO_y thin films with superior normal state conductivity are proposed as p-type transparent conductors. It is found that the Bi₂Sr_1.8Nd_0.2CuO_y thin film with thickness 15 nm shows an average visible transmittance of 65% and room-temperature sheet resistance of 650 Ω/sq. The results further demonstrate that Bi-based cuprate superconductors can be regarded as potential p-type transparent conductors for future optoelectronic applications.     

MAGNETIZATION CHARACTERISTICS OF YBaCuO BULK MATERIAL FABRICATED BY THE SEEDING TECHNIQUE

YBaCuO (YBCO) bulk materials with large superconductive domains were fab-ricated using a small SmBa₂Cu₃O_x grain as the seed for growth, The capacities of strong flux pinning and well grain linking in the material have been shown in the investigations on magnetization loop end ac susceptibility. The strong flux pinning made it possible for the large YBCO bulk to capture a great dea. l of flux and keep the residual magnetism stable. The residual field intensity H_rem was shown to have a maximum of 0.125 T after the 0.5 T NdFeB magnetizing field was moved away. We did not find much decline of H_rem in a short time. The magnetized YBCO bulk pro-duced repulsive force upon another YBCO bulk as the permanent magnet did. We measured and calculated the force between two YBCO bulks. The theoretical result was in agreement with the experimental one by and large.     

基于高温超导线圈的共振式无线输电研究

磁耦合共振式无线电能传输技术因其可以实现中距离和高效率的电能传输而被广泛重视。采用超导线圈代替常规铜线圈的无线输电系统,因临界温度下具有较小的损耗和较高的品质因数,可望大大提高系统的能量传输效率。分别构建了基于高温超导发射线圈的超导无线输电系统和基于铜发射线圈的常规无线输电系统,实验研究了超导线圈和铜线圈无线输电系统的能量传输效率与轴向距离和径向距离之间的关系。仿真和实验结果表明:相同条件下,无线输电系统使用超导发射线圈代替铜发射线圈可以有效提高系统能量传输效率,并改善系统在线圈未对准情况下效率的衰减。     

倾斜衬底沉积涂层导体MgO缓冲层

本文通过倾斜衬底沉积技术在Hastelloy基底上成功生长出具有双轴织构的MgO缓冲层。系统研究了衬底倾角分别为30°和55°,薄膜厚度对MgO双轴织构、织构角以及表面形貌的影响。ISD-MgO薄膜最小面内、外半高宽分别为11.0°和6.6°。另外,800℃下,在ISD-MgO上自外延300 nm厚的MgO薄膜可以优化其表面质量,为涂层导体的制备提供高质量缓冲层。     

第二代高温超导长带传输临界电流表征及其对电压引线间距的依赖性

传输法(或四引线法) 测量可直观、 准确的体现超导材料临界电流特性. 为表征第二代高温超导长带临界电流及其沿长度方向均匀性特征, 本文以四引线法为基础, 建立了动态传输法测量装置, 并对该装置的重复稳定性进行了评估, 同时, 表征了第二代高温超导长带临界电流对电压引线间距的依赖关系. 实验结果发现, 重复性测量不确定度为0.74% ( <1 % ) , 该装置具有良好重复稳定性, 且测量速度达200~300 m/h, 满足高温超导产业化测量需求; 随着电压引线间距增加, 第二代高温超导长带各测试段临界电流的最大值和最小值分别呈现逐渐减小和增加的趋势, 平均值变化不大, 保持稳定, 其中最大值和最小值向平均值收敛; 各测试段临界电流的标准偏差随电压引线间距的增加而减小, 通过线性拟合得, 标准偏差与电压引线间距关系为:s =3.47 / L02.36 . 传输法测量装置的建立及其关键参数电压引线间距对临界电流表征的影响研究, 对推动第二代高温超导产业化进程具有重大意义.     

柔性铜镍合金基带的织构及其磁性研究(英文)

研究了Cu60-Ni40wt%(简称Cu60)和CudO-Ni60wt%(简称Cu4O)两种不同组分的铜镍合金基带在不同温度下退火织构的形成过程,其中名义组分为Cu60-Ni40wt%的合金在650～1000℃退火一小时可获得良好的(001)织构.半高宽随着退火温度的升高而下降.1000~C退火后φ扫描的半高宽(FWHM)为5.5°,ω扫描的半高宽为6.1°.组分为Cu60-Ni40wt%的合金1150℃退火仍不能形成良好的织构.对于Cu40居其里温度点在室温以上,饱和磁矩大于Ni-at.%5W;而Cu60的居里温度点在20K,在77K下表现顺磁性质,其饱和磁矩仅为Ni-at.%5W基带的10%.在77K下Cu60的电阻为7.5×10-9Ω·m,比Ni-at.%5W的电阻要低的多.