《離子束輔助磁控濺射法在IBAD-MgO基礎上製備CeO2的機理研究》是依託清華大學，由魏俊俊擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：離子束輔助磁控濺射法在IBAD-MgO基礎上製備CeO2的機理研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：魏俊俊
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
離子束輔助沉積MgO（IBAD-MgO）具有製備速度快，織構強的特點，目前已成為製備YBCO塗層導體緩衝層的重要發展方向。而CeO2由於其與YBCO具有很好的晶格匹配，被認為是最佳的模板層材質。將IBAD-MgO和CeO2結合，有可能大大提高YBCO覆膜導體的性能和降低生產成本。但是受限於MgO和CeO2之間較大的晶格失配，使得這方面的工作開展不多。因此本項目擬研究在已獲得的具有強織構的IBAD-Ni/Al2O3/YSZ/MgO基帶上採用離子束輔助磁控濺射法製備CeO2薄膜的形成機理。研究各製備參數對CeO2薄膜的影響；探索界面狀態及離子束輔助對CeO2薄膜自外延生長的影響機制；分析CeO2薄膜內應力產生機理以及與CeO2雙軸織構之間定量關係。本項目在研究內容和方法上都有創新意義，並且完成本項目的實驗和人員條件已經具備。本項目實施和完成將有助於高溫超導的發展，具有重大的科學意義和實用價值。
結題摘要
本項目主要在“離子束輔助磁控濺射鍍膜設備”的平台上進行高溫塗層導體氧化物緩衝層的製備研究，摸索工藝參數並探索相關薄膜生長基礎問題，最終實現了從金屬基帶到超導層的全自主製備的完整塗層導體短樣並探測到了超導電流性能。項目中具體完成了如下工作： 1.引入“離子束輔助磁控濺射鍍膜設備”，與儀器廠商協作討論，完成了設備的設計工作並提出性能要求，負責關鍵環節的把關及重要附屬設施的採購。設備運抵前完成了實驗室水、電、氣路的改造工作，設備完工後進行了安裝和調試，使其投入正常使用。該設備實現了磁控濺射工作氣壓下磁控靶和離子束共同工作的狀態，有助於探索低成本塗層導體雙軸織構模板層的製備工藝。 2.在“離子束輔助磁控濺射鍍膜設備”上完成了室溫下氧化鎂（MgO）薄膜的沉積和表征工作。揭示了薄膜面外取向隨濺射氣壓的演化規律。通過“兩步法”進行離子束輔助沉積，成功製備出了具備一定面內取向的雙軸織構MgO薄膜。 3.利用“離子束輔助磁控濺射鍍膜設備”進行塗層導體氧化鈰（CeO2）帽子層的製備，完成了釔穩定氧化鋯（YSZ）單晶上CeO2薄膜的製備及參數最佳化工作，系統研究了不同鍍膜參數下薄膜晶體結構、織構強度、表面形貌及粗糙度等性質。揭示了CeO2/YSZ（001）薄膜表面形貌隨濺射氣壓的演化規律，並初步解釋了演化機理。通過調節濺射氣壓、濺射功率、濺射氣體種類及流量比等參數，實現了CeO2/YSZ（001）體系的表面微觀形貌控制 4.研究了CeO2帽子層的作用及其對於釔鋇銅氧（YBCO）超導性能的影響。製備了基於YBCO/CeO2/YSZ(001)結構的完整塗層導體，研究了CeO2濺射參數及表面形貌對YBCO超導層結晶程度、晶粒取向及臨界電流的影響。對前人工作進行集成，製備出了基於IBAD-YSZ技術和TFA-MOD技術的完整塗層導體短樣，並通過緩衝層預退火方法解決了超導膜燒結過程中的薄膜開裂問題。該塗層導體已具備一定電流性能，對其性能的進一步最佳化工作正在進行中。 5. 研究了商用Hastelloy C276短片表面電化學拋光的參數影響。揭示了拋光合金片表面粗糙度隨拋光參數在不同表征範圍下遵循的不同演化規律，並對其進行了定性解釋。整平後的金屬基帶在10 μm範圍內的表面RMS值可達1 nm，滿足製備高性能雙軸織構模板層的要求。
