《MOD法快速製備YBCO厚膜與應力演化機制研究》是依託清華大學，由馮峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：MOD法快速製備YBCO厚膜與應力演化機制研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：馮峰
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金屬有機物沉積（MOD）方法製備釔鋇銅氧（YBCO）膜的技術在第二代高溫超導導線（塗層導體）研究中廣受重視。目前，與熱處理過程中應力演化相關的一系列科學問題結論尚不明確，而它們對指導縮短製備時間與提高厚膜性能的工作具有重要意義，因此本項目將對其開展研究，主要包括三個方面：膜內應力類型的改變與壓應力的來源機制、低氟法和聚合物添加劑緩解應力的微觀機制、壓應力導致褶皺形成的模型完善。本項目計畫結合低氟法與聚合物添加劑兩條思路，通過調節前驅溶液氟鋇比、添加劑種類、升溫速率、膜厚等製備參數，系統測量應力類型和大小、生成氣體種類、氣體擴散與聚集、褶皺形貌參數、膜內微觀結構、超導性能等，從而獲得對上述科學問題的深入理解。基於這些理解，可以最佳化YBCO厚膜的快速熱處理，進而與前期工作中實現的前驅溶液非水基快速配製技術結合，建立一整套高性能厚膜的快速製備途徑，推進第二代高溫超導導線低成本製備的產業化進程。
結題摘要
金屬有機物沉積（MOD）方法製備釔鋇銅氧（YBCO）膜的技術在第二代高溫超導導線（塗層導體）研究中廣受重視。本項目基於前期研究中在前驅溶液配製技術、聚合物添加劑改性技術和薄膜表面形貌分析等工作基礎，研究了釔鋇銅氧超導薄膜製備的相關機理。項目執行過程中的主要研究內容包括以下幾個方面：（1）使用低氟前驅溶液在氧化鈰過渡層表面製備了釔鋇銅氧超導膜，系統研究了過渡層表面形貌對超導膜臨界電流性能的影響；（2）提出了使用磁控濺射設備在無取向的基底上製備雙軸織構氧化鎂過渡層的高能粒子自輔助沉積方法；（3）使用原位電阻測量方法研究了化學溶液沉積法熱處理過程中釔鋇銅氧超導膜生長過程的熱力學機制以及形核過程的動力學機制；（4）研究了乙酸鉛添加劑對釔鋇銅氧高溫超導厚膜晶粒取向的最佳化作用，並結合原位電阻法研究了鉛元素對釔鋇銅氧生長和形核的影響；（5）使用了磁控濺射沉積等方法製備異質層，製備了異質多層結構超導厚膜；（6）對快速熱分解過程中出現的褶皺形貌進行了系統分析，研究了褶皺平均波長、波幅、應變與膜厚的函式關係；（7）提出了使用脫層樣品作為超導連線體實現稀土鋇銅氧高溫超導導線之間超導連線的方法及結構。課題組通過項目計畫的執行取得了一系列成果：在學術成果方面，總計發表SCI收錄論文5篇，另有1篇論文已接收（SCI源刊），共申請國家發明專利7項（其中已授權3項），超額完成了原定計畫。在技術指標方面，研究所使用的無水法技術可以在3小時以內完成高質量低氟前驅溶液的配製，所使用的PEG添加劑改性方法對應的熱處理時間為約130分鐘，其中熱分解階段時間約15分鐘，通過高性能多層結構超導厚膜製備技術研究，獲得了超導膜的厚度大於1.1微米，臨界電流密度Jc達到1.2 MA/cm2（77 K，自場），此外還利用乙酸鉛添加劑改性方法獲得了厚度0.6微米，臨界電流密度Jc達到2.8 MA/cm2（77 K，自場）的YBCO超導厚膜樣品。上述技術指標達到或接近了原定計畫。
