Y 2 (Zr 1-x Ti x ) 2 O 7 和Ce 1-x Y x O 2-y 薄膜的制備及其微結(jié)構(gòu)表征
發(fā)布時(shí)間:2020-12-04 05:15
緩沖層作為傳遞襯底織構(gòu)及阻隔襯底與釔鋇銅氧(YBCO)超導(dǎo)層間元素?cái)U(kuò)散的重要中間層,已成為涂層導(dǎo)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?cái)U(kuò)散能力差、多層緩沖架構(gòu)過于復(fù)雜等不足之處,還需要進(jìn)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(jié)構(gòu)相變及高溫氧擴(kuò)散行為,探討其作為涂層導(dǎo)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(zhì),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(xiàn),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(jié)構(gòu)向完全的燒綠石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變;同時(shí)薄膜中的氧空位也從隨機(jī)排列向有序排列轉(zhuǎn)化;YZTO薄膜阻隔氧元素?cái)U(kuò)散的能力越來越強(qiáng)。其次...
【文章來源】:西安理工大學(xué)陜西省
【文章頁數(shù)】:58 頁
【學(xué)位級別】:碩士
【部分圖文】:
YBCO超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)
西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文2因此而降低YBCO涂層導(dǎo)體的整體性能。所以緩沖層的研發(fā)就成了一項(xiàng)極為重要的任務(wù)。氧化鈰CeO2作為應(yīng)用最多的緩沖層之一,已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。此外,目前發(fā)展的超導(dǎo)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(dǎo)緩沖層的性能與結(jié)構(gòu)1.2.1超導(dǎo)緩沖層的基本特性圖1-2為最常見的超導(dǎo)涂層導(dǎo)體的外部結(jié)構(gòu)。超導(dǎo)涂層導(dǎo)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(dǎo)層及頂部的保護(hù)層組成?捎米鞒瑢(dǎo)涂層導(dǎo)體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(jī)械性能及高溫穩(wěn)定性;鶐У淖饔檬翘峁└叨鹊碾p軸織構(gòu),以獲得具有雙軸織構(gòu)微觀組織的高性能YBCO帶材,進(jìn)而提高其高溫超導(dǎo)性能;同時(shí)起支撐YBCO超導(dǎo)層的作用。圖1-2超導(dǎo)涂層導(dǎo)體的基本構(gòu)造Fig.1-2Thebasicstructureofsuperconductingcoatedconductor緩沖層是由于兩層材料間存在晶格失配,用來實(shí)現(xiàn)應(yīng)力釋放,以獲得較完美晶體質(zhì)量的中間連接層。緩沖層有兩個主要作用:一是向YBCO超導(dǎo)層傳遞金屬基帶的織構(gòu)以促使YBCO超導(dǎo)層按特定的c軸方向生長;二是阻隔金屬基帶與YBCO超導(dǎo)層間元素的互擴(kuò)散,尤其是氧元素的擴(kuò)散。緩沖層材料必須要有高度穩(wěn)定的化學(xué)與物理性質(zhì),以及對基底與超導(dǎo)層元素的隔離作用;同時(shí)還要求熱膨脹系數(shù)較小,且與基底和超導(dǎo)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(dǎo)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(zhì)仍很穩(wěn)定;CeO2硬度高,?
阻隔元素?cái)U(kuò)散。1.2.2超導(dǎo)緩沖層的微觀結(jié)構(gòu)特征最基本最常見的超導(dǎo)緩沖層材料CeO2為完整的螢石晶體結(jié)構(gòu)。八個氧離子O2-位于晶胞內(nèi),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(jié)構(gòu),晶格常數(shù)a=b=c=0.5411nm[7]。其晶體結(jié)構(gòu)中,Ce4+離子按照面心立方點(diǎn)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(jù)由Ce4+離子構(gòu)成的全部四面體空隙,由Ce4+離子構(gòu)成的八面體空隙未被占據(jù),存在大量八面體空隙[13]。螢石晶體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)Fig.1-3Thecrystalstructureoffluorite(orCeO2)而緩沖層材料La2Zr2O7為典型的A2B2O7型燒綠石結(jié)構(gòu)氧化物。許多報(bào)道都指出:當(dāng)A2B2O7型氧化物中金屬陽離子半徑之比r(A3+)/r(B4+)=1.46~1.78時(shí),A2B2O7形成有序排列的燒綠石結(jié)構(gòu);當(dāng)r(A3+)/r(B4+)<1.46時(shí),A2B2O7形成無序排列的缺陷螢石結(jié)構(gòu)[14-18]。A2B2O7燒綠石結(jié)構(gòu)的氧化物氧原子分別占據(jù)O48f(x,0.125,0.125)與O8b(0.375,
【參考文獻(xiàn)】:
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M(jìn)OD-YBa2Cu3O7-x厚膜超導(dǎo)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(xué)報(bào). 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(qiáng),甄強(qiáng),李榕,譚威,王太和. 功能材料. 2014(17)
[4]Y2O3緩沖層對YBCO超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的影響(英文)[J]. 武傳寶,趙高揚(yáng),雷黎,趙瑞,瞿貴峰. 低溫物理學(xué)報(bào). 2014(02)
[5]燒綠石結(jié)構(gòu)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(shù). 2014(01)
[6]涂層導(dǎo)體CeO2過渡層的穩(wěn)定性研究[J]. 王書明,張華,楊堅(jiān). 中國稀土學(xué)報(bào). 2013(05)
[7]CeO2涂層薄膜的制備[J]. 郭志超,呂昭. 新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2010(05)
[8]鈣鈦礦及A2B2O7型熱障涂層用陶瓷材料研究進(jìn)展[J]. 張紅松,朱濤,魏媛. 稀土. 2010(04)
[9]燒綠石型復(fù)合氧化物的結(jié)構(gòu)、制備及其光催化性能[J]. 唐新德,葉紅齊,馬晨霞,劉輝. 化學(xué)進(jìn)展. 2009(10)
[10]燒綠石型復(fù)合氧化物結(jié)構(gòu)及離子導(dǎo)電性[J]. 謝亞紅,劉瑞泉,王吉德,李志杰,鹿毅. 化學(xué)進(jìn)展. 2005(04)
博士論文
[1]緩沖層外延生長及其與超導(dǎo)層的相互影響機(jī)制研究[D]. 王輝.陜西科技大學(xué) 2016
[2]陽離子摻雜稀土鋯酸鹽的有序無序轉(zhuǎn)變與電學(xué)性能研究[D]. 夏校良.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011
[3]A2Zr2O7型稀土鋯酸鹽材料的組織結(jié)構(gòu)與物理性能研究[D]. 劉占國.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[4]YBCO高溫超導(dǎo)帶材的制備和實(shí)用化研究[D]. 熊杰.電子科技大學(xué) 2007
碩士論文
[1]化學(xué)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(xué) 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(xué) 2007
本文編號:2897065
【文章來源】:西安理工大學(xué)陜西省
【文章頁數(shù)】:58 頁
【學(xué)位級別】:碩士
【部分圖文】:
YBCO超導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)
西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文2因此而降低YBCO涂層導(dǎo)體的整體性能。所以緩沖層的研發(fā)就成了一項(xiàng)極為重要的任務(wù)。氧化鈰CeO2作為應(yīng)用最多的緩沖層之一,已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。此外,目前發(fā)展的超導(dǎo)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(dǎo)緩沖層的性能與結(jié)構(gòu)1.2.1超導(dǎo)緩沖層的基本特性圖1-2為最常見的超導(dǎo)涂層導(dǎo)體的外部結(jié)構(gòu)。超導(dǎo)涂層導(dǎo)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(dǎo)層及頂部的保護(hù)層組成?捎米鞒瑢(dǎo)涂層導(dǎo)體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(jī)械性能及高溫穩(wěn)定性;鶐У淖饔檬翘峁└叨鹊碾p軸織構(gòu),以獲得具有雙軸織構(gòu)微觀組織的高性能YBCO帶材,進(jìn)而提高其高溫超導(dǎo)性能;同時(shí)起支撐YBCO超導(dǎo)層的作用。圖1-2超導(dǎo)涂層導(dǎo)體的基本構(gòu)造Fig.1-2Thebasicstructureofsuperconductingcoatedconductor緩沖層是由于兩層材料間存在晶格失配,用來實(shí)現(xiàn)應(yīng)力釋放,以獲得較完美晶體質(zhì)量的中間連接層。緩沖層有兩個主要作用:一是向YBCO超導(dǎo)層傳遞金屬基帶的織構(gòu)以促使YBCO超導(dǎo)層按特定的c軸方向生長;二是阻隔金屬基帶與YBCO超導(dǎo)層間元素的互擴(kuò)散,尤其是氧元素的擴(kuò)散。緩沖層材料必須要有高度穩(wěn)定的化學(xué)與物理性質(zhì),以及對基底與超導(dǎo)層元素的隔離作用;同時(shí)還要求熱膨脹系數(shù)較小,且與基底和超導(dǎo)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(dǎo)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(zhì)仍很穩(wěn)定;CeO2硬度高,?
阻隔元素?cái)U(kuò)散。1.2.2超導(dǎo)緩沖層的微觀結(jié)構(gòu)特征最基本最常見的超導(dǎo)緩沖層材料CeO2為完整的螢石晶體結(jié)構(gòu)。八個氧離子O2-位于晶胞內(nèi),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(jié)構(gòu),晶格常數(shù)a=b=c=0.5411nm[7]。其晶體結(jié)構(gòu)中,Ce4+離子按照面心立方點(diǎn)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(jù)由Ce4+離子構(gòu)成的全部四面體空隙,由Ce4+離子構(gòu)成的八面體空隙未被占據(jù),存在大量八面體空隙[13]。螢石晶體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)Fig.1-3Thecrystalstructureoffluorite(orCeO2)而緩沖層材料La2Zr2O7為典型的A2B2O7型燒綠石結(jié)構(gòu)氧化物。許多報(bào)道都指出:當(dāng)A2B2O7型氧化物中金屬陽離子半徑之比r(A3+)/r(B4+)=1.46~1.78時(shí),A2B2O7形成有序排列的燒綠石結(jié)構(gòu);當(dāng)r(A3+)/r(B4+)<1.46時(shí),A2B2O7形成無序排列的缺陷螢石結(jié)構(gòu)[14-18]。A2B2O7燒綠石結(jié)構(gòu)的氧化物氧原子分別占據(jù)O48f(x,0.125,0.125)與O8b(0.375,
【參考文獻(xiàn)】:
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M(jìn)OD-YBa2Cu3O7-x厚膜超導(dǎo)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(xué)報(bào). 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(qiáng),甄強(qiáng),李榕,譚威,王太和. 功能材料. 2014(17)
[4]Y2O3緩沖層對YBCO超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的影響(英文)[J]. 武傳寶,趙高揚(yáng),雷黎,趙瑞,瞿貴峰. 低溫物理學(xué)報(bào). 2014(02)
[5]燒綠石結(jié)構(gòu)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(shù). 2014(01)
[6]涂層導(dǎo)體CeO2過渡層的穩(wěn)定性研究[J]. 王書明,張華,楊堅(jiān). 中國稀土學(xué)報(bào). 2013(05)
[7]CeO2涂層薄膜的制備[J]. 郭志超,呂昭. 新鄉(xiāng)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2010(05)
[8]鈣鈦礦及A2B2O7型熱障涂層用陶瓷材料研究進(jìn)展[J]. 張紅松,朱濤,魏媛. 稀土. 2010(04)
[9]燒綠石型復(fù)合氧化物的結(jié)構(gòu)、制備及其光催化性能[J]. 唐新德,葉紅齊,馬晨霞,劉輝. 化學(xué)進(jìn)展. 2009(10)
[10]燒綠石型復(fù)合氧化物結(jié)構(gòu)及離子導(dǎo)電性[J]. 謝亞紅,劉瑞泉,王吉德,李志杰,鹿毅. 化學(xué)進(jìn)展. 2005(04)
博士論文
[1]緩沖層外延生長及其與超導(dǎo)層的相互影響機(jī)制研究[D]. 王輝.陜西科技大學(xué) 2016
[2]陽離子摻雜稀土鋯酸鹽的有序無序轉(zhuǎn)變與電學(xué)性能研究[D]. 夏校良.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011
[3]A2Zr2O7型稀土鋯酸鹽材料的組織結(jié)構(gòu)與物理性能研究[D]. 劉占國.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[4]YBCO高溫超導(dǎo)帶材的制備和實(shí)用化研究[D]. 熊杰.電子科技大學(xué) 2007
碩士論文
[1]化學(xué)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(xué) 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(xué) 2007
本文編號:2897065
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