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本论文系统地研究了Bi-Sr-Ca-Cu-O体系的相关系,并且比较分析了Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi-2212)和YBa2Cu3O7-d(YBCO)两种薄膜的热稳定性。
通过高温金相显微镜,我们首次观测到:870℃时,Bi-2212单晶在(001)面上发生包晶反应,逐渐分解为针状的外延相和液相。借助材料表征分析,这些分解物分别被确认为针状的(Sr,Ca)1Cu1O2(1:1)相和富Bi的液相。同时我们首次报道了,作为包晶分解产物的针状1:1相与Bi-2212母体具有很好的外延关系:(0k0)1:1//(001)Bi-2212,相应的晶格失配度为4.34%或4.73%。
为了进一步研究Bi-2212的熔化热力学性质,我们比较分析了两种Bi-2212粉末的高温熔化实验,发现了不同的实验结果:含有Bi-Sr-Ca-O杂相的Bi-2212粉末在加热到885oC的过程中先后出现了1:1相和(Sr,Ca)2Cu1O2(2:1)相;而由纯Bi-2212粉末在加热到885oC的过程中只出现了1:1相,这是本论文的独特实验结果。我们认为导致这一差异的原因很可能是杂相的存在有利于2:1相的形核和长大。
在之前的工作中,本实验室利用高温金相显微镜原位观察了YBCO薄膜的过热现象,并总结了其过热机制。为了证明过热现象是否为此类氧化物高温超导薄膜的普适性热力学行为,本论文选取了具有相似性质的Bi-2212氧化物超导薄膜作为研究对象,利用高温金相显微镜原位观察了Bi-2212薄膜的熔化现象,得到了如下实验结果:Bi-2212薄膜在870oC时(包晶反应温度)分解成针状的1:1相和富Bi的液相。这一结果说明Bi-2212薄膜熔化过程中并没有出现过热现象,针对这一现象,结合YBCO薄膜的过热机制,本论文作了详细的讨论分析,我们认为这两种高温超导氧化物薄膜热稳定性的差异是由YBCO和Bi-2212的(001)面热力学性质不同所引起的。