【摘 要】
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Bi系高温超导材料因其相干长度短、强各向异性等特点而受到科学界的广泛关注,特别是在基于低表面微波电阻、本征约瑟夫森结等特性开发的超导微波器件、本征约瑟夫森器件等方面具有广阔前景。本文通过Pechini溶胶-凝胶法制备Bi2212薄膜,主要针对应变和溶胶体系对薄膜超导性能的影响进行研究。具体工作内容如下:通过改变不同匀胶速度和旋涂速度改变Bi2212薄膜的厚度,通过X射线四圆衍射仪计算不同厚度的Bi
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Bi系高温超导材料因其相干长度短、强各向异性等特点而受到科学界的广泛关注,特别是在基于低表面微波电阻、本征约瑟夫森结等特性开发的超导微波器件、本征约瑟夫森器件等方面具有广阔前景。本文通过Pechini溶胶-凝胶法制备Bi2212薄膜,主要针对应变和溶胶体系对薄膜超导性能的影响进行研究。具体工作内容如下:通过改变不同匀胶速度和旋涂速度改变Bi2212薄膜的厚度,通过X射线四圆衍射仪计算不同厚度的Bi2212薄膜的晶格常数。分析Bi2212薄膜晶格常数的变化规律,研究薄膜与衬底之间的错配应变,以及薄膜厚度与错配应变之间的关系。研究发现,在SrTiO3(100)单晶衬底上Bi2212薄膜在a-b面内受拉应力,晶格常数a/b均大于本征Bi2212晶体的a/b值。随厚度的增加薄膜所受的错配应变逐渐变小,薄膜的超导临界转变温度逐渐升高,超导转变宽度逐渐降低。旋涂次数最多的薄膜的厚度最大,为126.02 nm,其面错配应变变最小,为2.423 × 10-3,超导临界转变温度最高,为96.38 K。通过改变络合剂,即使用酒石酸作为络合剂降低前驱溶胶中的碳含量,进而改善Bi2212薄膜的表面形貌和超导性能。研究不同旋涂工艺制备Bi2212薄膜的表面形貌发现,当SrTiO3(100)单晶衬底在500℃热处理5 min时所制备的Bi2212薄膜的表面形貌优于在SrTiO3(100)单晶衬底上旋涂表面活性剂水溶液后所制备的薄膜的表面形貌,表面粗糙度仅为11.056 nm。通过对烧结工艺的优化发现,以酒石酸为络合剂的溶胶烧结温度在822-825℃的温区范围,烧结时间控制在30-35 min可以制备出相纯度高的Bi2212薄膜。分析Bi2212薄膜的相成分和电学性能发现,当金属离子总量与酒石酸摩尔比为1:1时,所制备的Bi2212薄膜拥有更高的相纯度,其超导临界转变温度达到91.73 K,超导转变宽度仅为9.79 K,表现出优异的超导性能。表明以酒石酸为络合剂制备Bi2212薄膜的这一方法在提高薄膜表面形貌,提升薄膜超导性能方面极具前途。
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