REBCO超导块材生长和薄膜籽晶热稳定性研究

REBCO高温超导块材在诸如磁悬浮力、磁性轴承等方面具有重要应用前景。籽晶技术对生长优质高温超导单畴块材至关重要。对REBCO系列块材生长的普适籽晶材料应具有如下性能：诱导c-轴外延取向的能力、无污染、高热稳定性并适合规模制备的冷籽晶法。对高熔点和高超导性能的SmBCO/NdBCO块材生长，探索理想的普适籽晶是科学家面临的重大难题。我组率先采用高热稳定性REBCO薄膜作籽晶同质外延生长超导块材，受到国际同行积极关注。为加强我国这方面的优势地位，本项目将通过系统的实验工作和物性测试，研究REBCO超导薄膜高热稳定性现象的物理机制、该效应的物理表征、影响因素及控制。利用REBCO薄膜的高热稳定性, 采用冷籽晶法, 实现同质外延生长高熔点和高超导性能的SmBCO/NdBCO块材。本项目探索薄膜籽晶引导下的外延生长，研究薄膜材料的热稳定性及提高薄膜结构热稳定性的途径，具有重要的科学意义和应用价值。

本项目系统研究了REBCO 薄膜高热稳定性现象的物理机制、表征和控制，以及高热稳定性薄膜的应用等方面，取得了一些具有重要科学意义和应用价值的结果：.1. 系统研究并澄清了氧分压、溶解度温度系数和基板相关的界面结合能和纳米薄膜热稳定性的关系。 研究了不同稀土系统薄膜之间稳定性的差异及不同氧分压对于NdBCO薄膜热稳定性的影响，并提出了物理模型。研究了薄膜/衬底结构对REBCO薄膜热稳定性的影响，报道了一种新型高热稳定性YBCO/LAO薄膜，在高过热情况下，首次观察到了包晶熔化反应中的亚稳相生长，研究了包晶熔化第二相的生长动力学，并利用此新型薄膜籽晶成功实现了REBCO液相外延厚膜的制备。.2. 报道了一种新型高过热NdBCO/YBCO/MgO薄膜，作为新型籽晶材料，利用此薄膜作为籽晶首次成功同质外延生长出了高性能、大尺寸NdBCO超导块体材料,达到国际领先水平，实现了可解决工业规模生产高熔点高超导性能的块体材料。进一步，采用此高热稳定性薄膜实现了废弃块材回收，解决了重要战略稀土材料的再利用问题。.3. 实现了具有高性能、大尺寸的GdBCO超导块体材料制备, 研究了多籽晶方法中籽晶排列对于块材生长机理的影响，并成功获得掺杂量5 wt%，单畴的Ca-GdBCO块材（14mm直径），上述掺杂量和尺寸均是本领域报道的最好成绩。提出了一种加速冷却，控制REBCO块材连续的以trap模式生长的新方法，解决了高熔点块材生长中速度变慢的问题。.4. 使用液相外延方法，通过控制生长条件，得到了完整的c-a-c取向转变趋势，系统地澄清了取向生长机理。基于a/c轴取向转变机制，提出了制备a轴LPE厚膜的新方法。.项目执行期间，申请专利10项，获授权5项；发表SCI论文16篇。