论文部分内容阅读
本文主要对Bi2212薄膜的Pechini溶胶-凝胶法制备和条件优化、微结构及其超导性能的研究。选择无毒、经济的硝酸盐为原料,采用Pechini溶胶-凝胶法制备Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi2212)薄膜,研究烧结温度和烧结时间对Bi2212薄膜相成分和超导性能的影响；通过制备条件的优化,研究了不同阶段升温速率对前驱膜和Bi2212薄膜的相成分、微结构以及超导性能的影响；设计了在不同基底上制备Bi2212薄膜,研究基底对薄膜生长条件的影响,以及薄膜与基底间的错配应力-应变对薄膜超导性能的影响。具体工作内容如下：首先在SrTi03(100)单晶基底上制备Bi2212薄膜。通过对前驱膜的研究,由于EDTA与EG发生酯化反应的化学键替代了不稳定的氢键,Pechini；容胶稳定性的提高使得前驱膜在400℃仍然为非晶态,避免了期间发生成分偏析。成分稳定且均匀分布的Bi2212薄膜的烧结温度和时间均大幅降低和缩短,薄膜最佳的成相区为821℃/55min-827℃ /13min,Tc,onset最高达95K。通过对制备条件的优化,发现预烧结升温速率2.0℃min-1为最佳：低于该升温速率时,前驱膜中部分成分发生偏聚,导致在最终的Bi2212薄膜中以杂相的形式遗留,并使其超导性能降低；高于该升温速率时,薄膜表面形貌因其前驱膜有机物分解过程中气体排放过于剧烈而粗糙度急剧增大,或产生如裂纹、空洞等宏观缺陷。通过优化烧结阶段的升温速率发现,升温速率在3.0-3.25-℃min-1时,Bi2212薄膜的相纯度和结晶性最佳,Tc.onset的值达到95K。鉴于错配对外延生长薄膜生长方式、结晶状态及其物理性能的影响,在STO基底上制备Bi2212薄膜的基础之上,对LaAl03(100)和MgO(100)基底的Bi2212薄膜进行对比研究。结果表明,薄膜与基底的界面取向分别为：Bi2212[100](001)//SrTiO3[011](100), Bi2212[100](001)//LaAlO3[011](100)和Bi2212[100](001)//MgO[010](100)；薄膜在SrTiO3和LaAlO3基底上均具有良好的轴外延生长特征，在MgO基底上生长在高区出现a/b轴取向生长,表明该薄膜单一外延性遭到破坏。在LaAlO3和MgO基底上的最佳的成相区分别为819℃/65min-827℃/25min和819℃/70min-824℃/38mmin,最高的Tc.onset值分别为96K和92K。表明薄膜与基底间晶格错配所产生的应力-应变影响其生长方式、结晶状态及其物理性能。通过对Bi2212薄膜晶格常数变化规律的分析,研究薄膜与基底间的错配、厚度效应所导致薄膜内应力-应变状态与超导性能之间的关系。结果表明,在MgO,SrTiO3和LaAlO3上薄膜在a-b面内受拉应力,晶格常数a/b均大于(c均小于)标准值(PDF79-2183, a=5.405A,b=5.401A,c=30.715A);薄膜在MgO基底上随厚度的增加a/b从5.508A减少到5.450A(c=30.540-30.640A),而在STO和LaALO3基底上均无明显变化,分别为a/b-5.425A(c=30.603A)和a/b≈5.436A(c=30.346A)。薄膜的Tc.onset值随平均应变(ε平均)的增加而呈现先增大后减小的趋势,当ε平均为7.433×104时,Tc.onset值达到最高为96K。