緩沖層作為傳遞襯底織構及阻隔襯底與釔鋇銅氧（YBCO）超導層間元素擴散的重要中間層,已成為涂層導體的必要組成部分。目前常用的緩沖層的材料包括Ce02、Y203、La2Zr2O7、YSZ（氧化釔做穩(wěn)定劑的氧化鋯）等。然而,這些緩沖層材料仍存在諸如阻隔元素擴散能力差、多層緩沖架構過于復雜等不足之處,還需要進一步開發(fā)綜合性能更優(yōu)異的新型緩沖層材料。于是,本文通過研究不同陽離子比例的Y2（Zr1-xTix）2O7和Ce1-xYxO2-y薄膜的結構相變及高溫氧擴散行為,探討其作為涂層導體緩沖層使用的可行性。首先,使用六水硝酸釔、八水氧氯化鋯與鈦酸四丁酯為溶質,配制出了性能穩(wěn)定的摻鈦鋯酸釔Y2（Zr1-xTix）2O7（YZTO）溶膠。并通過溶膠-凝膠法分別在硅基片上制備了純相YZTO固溶體薄膜,在YSZ單晶基片上成功制備了（001）取向外延生長的YZTO薄膜。研究發(fā)現,隨著Y2Zr2O7中Ti4+的添加比例逐漸增加,直到Ti4+完全取代Zr4+,YZTO薄膜逐漸由完全的缺陷螢石結構向完全的燒綠石結構轉變;同時薄膜中的氧空位也從隨機排列向有序排列轉化;YZTO薄膜阻隔氧元素擴散的能力越來越強。其次... 

【文章來源】：西安理工大學陜西省

【文章頁數】：58 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

YBCO超導體的晶體結構

西安理工大學碩士學位論文2因此而降低YBCO涂層導體的整體性能。所以緩沖層的研發(fā)就成了一項極為重要的任務。氧化鈰CeO2作為應用最多的緩沖層之一，已成為人們關注的焦點。此外，目前發(fā)展的超導緩沖層材料還有Y2O3、YSZ、MgO、NiO、SrTiO3、La2Zr2O7、Gd2Zr2O7、Gd2O3、Eu2O3等氧化物陶瓷[4,5]。1.2超導緩沖層的性能與結構1.2.1超導緩沖層的基本特性圖1-2為最常見的超導涂層導體的外部結構。超導涂層導體通常由最底層的金屬基帶、中間部分的緩沖層、緩沖層之上的YBCO超導層及頂部的保護層組成�？捎米鞒瑢繉訉w金屬基帶的材料有鎳（Ni）及鎳合金（如Ni-Cr、Ni-W、Ni-V等合金），以此來滿足基帶要求的良好的機械性能及高溫穩(wěn)定性。基帶的作用是提供高度的雙軸織構，以獲得具有雙軸織構微觀組織的高性能YBCO帶材，進而提高其高溫超導性能；同時起支撐YBCO超導層的作用。圖1-2超導涂層導體的基本構造Fig.1-2Thebasicstructureofsuperconductingcoatedconductor緩沖層是由于兩層材料間存在晶格失配，用來實現應力釋放，以獲得較完美晶體質量的中間連接層。緩沖層有兩個主要作用：一是向YBCO超導層傳遞金屬基帶的織構以促使YBCO超導層按特定的c軸方向生長；二是阻隔金屬基帶與YBCO超導層間元素的互擴散，尤其是氧元素的擴散。緩沖層材料必須要有高度穩(wěn)定的化學與物理性質，以及對基底與超導層元素的隔離作用；同時還要求熱膨脹系數較小，且與基底和超導層的晶格匹配程度高等。另外，緩沖層還必須表面平整，粗糙度要求小，與金屬基帶附著性較好，這樣有利于超導層形核和生長。CeO2與YBCO的晶格失配率僅為0.12%[6]；室溫及常壓下CeO2是Ce的最穩(wěn)定的化合物與氧化物，在高溫下其性質仍很穩(wěn)定；CeO2硬度高，?

阻隔元素擴散。1.2.2超導緩沖層的微觀結構特征最基本最常見的超導緩沖層材料CeO2為完整的螢石晶體結構。八個氧離子O2-位于晶胞內，四個鈰離子Ce4+分別處于面心及頂角位置。最典型的CeO2屬立方晶體，CaF2螢石結構，晶格常數a=b=c=0.5411nm[7]。其晶體結構中，Ce4+離子按照面心立方點陣排列，且每個Ce4+離子周圍被8個O2-離子包圍，而每個O2-離子周圍有4個Ce4+離子，且O2-離子占據由Ce4+離子構成的全部四面體空隙，由Ce4+離子構成的八面體空隙未被占據，存在大量八面體空隙[13]。螢石晶體結構如圖1-3所示，其中，白球代表陽離子A4+（如Ce4+），紅球代表O2-。圖1-3螢石（或CeO2）的晶體結構Fig.1-3Thecrystalstructureoffluorite（orCeO2）而緩沖層材料La2Zr2O7為典型的A2B2O7型燒綠石結構氧化物。許多報道都指出：當A2B2O7型氧化物中金屬陽離子半徑之比r（A3+）/r（B4+）=1.46~1.78時，A2B2O7形成有序排列的燒綠石結構；當r（A3+）/r（B4+）<1.46時，A2B2O7形成無序排列的缺陷螢石結構[14-18]。A2B2O7燒綠石結構的氧化物氧原子分別占據O48f（x，0.125，0.125）與O8b(0.375，

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Recent development of A2B2O7 system transparent ceramics[J]. Zhengjuan WANG,Guohong ZHOU,Danyu JIANG,Shiwei WANG.  Journal of Advanced Ceramics. 2018(04)
[2]插入二氧化鈰薄膜提高MOD-YBa2Cu3O7-x厚膜超導性能的研究[J]. 丁發(fā)柱,古宏偉,王洪艷,屈飛,商紅靜,張慧亮,董澤斌,張賀,周微微.  物理學報. 2016(09)
[3]Ce1-xYxO2-δ（x=0,0.15,0.25）納米粉體的氧化-還原性能研究[J]. 袁強,甄強,李榕,譚威,王太和.  功能材料. 2014(17)
[4]Y2O3緩沖層對YBCO超導轉變溫度的影響（英文）[J]. 武傳寶,趙高揚,雷黎,趙瑞,瞿貴峰.  低溫物理學報. 2014(02)
[5]燒綠石結構A2B2O7熱障涂層材料熱物理性能綜述[J]. 吳瓊,張鑫,彭浩然,冀曉鵑,章德銘,任先京.  熱噴涂技術. 2014(01)
[6]涂層導體CeO2過渡層的穩(wěn)定性研究[J]. 王書明,張華,楊堅.  中國稀土學報. 2013(05)
[7]CeO2涂層薄膜的制備[J]. 郭志超,呂昭.  新鄉(xiāng)學院學報(自然科學版). 2010(05)
[8]鈣鈦礦及A2B2O7型熱障涂層用陶瓷材料研究進展[J]. 張紅松,朱濤,魏媛.  稀土. 2010(04)
[9]燒綠石型復合氧化物的結構、制備及其光催化性能[J]. 唐新德,葉紅齊,馬晨霞,劉輝.  化學進展. 2009(10)
[10]燒綠石型復合氧化物結構及離子導電性[J]. 謝亞紅,劉瑞泉,王吉德,李志杰,鹿毅.  化學進展. 2005(04)

博士論文
[1]緩沖層外延生長及其與超導層的相互影響機制研究[D]. 王輝.陜西科技大學 2016
[2]陽離子摻雜稀土鋯酸鹽的有序無序轉變與電學性能研究[D]. 夏校良.哈爾濱工業(yè)大學 2011
[3]A2Zr2O7型稀土鋯酸鹽材料的組織結構與物理性能研究[D]. 劉占國.哈爾濱工業(yè)大學 2009
[4]YBCO高溫超導帶材的制備和實用化研究[D]. 熊杰.電子科技大學 2007

碩士論文
[1]化學溶液法制備La2Zr2O7過渡層厚膜及取向的研究[D]. 任程.北京工業(yè)大學 2015
[2]外延生長二氧化鈰薄膜及其阻變性能研究[D]. 張俊.北京有色金屬研究總院 2014
[3]低氟溶膠—凝膠法制備YBa2Cu3O7-δ薄膜的研究[D]. 雷黎.西安理工大學 2007



本文編號：2897065