《用於物理機制和器件開發研究的新型REBCO液相外延膜結構》是依託上海交通大學，由姚忻擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：用於物理機制和器件開發研究的新型REBCO液相外延膜結構
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：姚忻
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
REBCO超導體是研究銅氧化合物高溫超導機理及套用的關鍵材料，其中高質量外延膜製備是該材料領域的一個重要研究前沿。本項目以REBCO液相外延膜為研究對象，探索取向生長的科學問題，旨在生長出具有快速沉積和低成本優勢、高結晶性的膜材料，為超導機制探索、Josephson結器件設計、人工釘扎最佳化等提供高品質的樣品。主要研究內容包括特定取向外延膜生長、特殊人工晶界結構形成及機理，及各種膜結構的性能表征等方面研究，通過熱力學與動力學因素精細調控，實現純a軸取向膜可靠控制、高品質a/c晶界結構、c軸膜中a晶粒有序排列複合結構的人工調控等。本研究組長期從事該領域的前沿研究，最近在材料科學頂級綜述期刊《Progress in Materials Science》（IF= 25.87）發表了綜述論文，介紹本組在REBCO超導晶體生長領域做出的系列具有國際影響研究成果。這些成果為本項目實施奠定了重要的基礎。
結題摘要
本項目研究用於物理機制和器件開發的新型REBCO液相外延膜結構，實現對REBCO高溫超導液相外延膜的取向控制，並通過外延生長獲得REBCO膜,大尺寸、高質量的晶體和塊體材料，主要工作內容和重要成果：1、通過精細調節溶液過飽和度狀態生長出a/c軸晶界以及新型的REBCO複合外延膜結構：首先，在低過飽和度狀態下，在部分腐蝕的c-YBCO/NGO襯底上，製備出新穎的具有單結晶品質a/c晶界結構。其次，在液相外延膜生長中，引入初始保溫時間因子，實現了溶液狀態的精細調控，首次在基板上外延出a軸晶粒鑲嵌在c軸膜上的複合人工微結構YBCO膜，有效地提高LPE膜的臨界電流密度。進一步，通過改變融化時間，實現了a軸晶粒面內取向可調控的c軸YBCO膜。2、基於薄膜外延技術，對晶體生長和套用展開研究，包括：採用緩冷提拉法，為REBCO單晶生長提供附加的生長驅動力，其生長速度是傳統恆溫法的2倍，製備了a-b面為13.8×13.5 mm2、c軸為12.3mm的YBCO大單晶，為提拉法生長REBCO晶體提供了有益的借鑑；通過利用Fe摻雜氧化釔坩堝，並基於這種坩堝的自生平衡溶液中摻雜元素濃度的機理，首次生長出了均勻性極好的、大尺寸Fe-YBCO單晶。3、在高性能超導塊材製備，以及提高薄膜籽晶外延熱穩定性等方面取得重要結果：採用新型不含預置Y211的前驅體粉末，成功實現含細小Y211納米顆粒樣品，其凍結磁場高達0.636T（16毫米直徑樣品）；發展了新穎的籽晶/緩衝層結構，用面內取向為45°的薄膜籽晶，形成[110]邊界的緩衝層，有效地增大c疇生長區。磁懸浮力提高了約10%；通過氧空位控制,實現空氣條件下製備最高性能的SmBCO塊材; 研究籽晶/中間層生長結構、熔體性質、浸潤性、誘導形核模式等對薄膜包晶熔化的調控規律，以此實現研製高熔點、高套用性能Ag/REBCO塊材的技術突破。
