TFA-YBa2Cu3O7-x涂层中自组装纳米颗粒提高磁通钉扎的研究

近年来，以YBa2Cu3O7-x（YBCO）超导涂层为导体的第二代高温超导带材的研究取得了一系列突破性进展，已经制备出千米级长带，但是成本极高，提高它的电磁性能的研究不仅关系到它能在更高温度和更高磁场下的应用，同时也会带来性价比的提高，从而降低成本，成为当前高温超导涂层研究的热点。本课题将在前期工作的基础上，拟采用三氟乙酸盐金属有机沉积法（TFA-MOD）制备含有自组装纳米颗粒的YBCO复合涂层，重点研究自组装纳米颗粒形成的机制，纳米颗粒的尺寸、密度和分布对YBCO涂层的自场和高场下临界电流密度的影响，以及对不同方向外加磁场中YBCO涂层的临界电流密度的影响，探索纳米颗粒与YBCO性能的关系，深入认识高温氧化物超导体磁通钉扎的机理。并在此基础上，对制备掺杂纳米颗粒的YBCO复合涂层的工艺参数进行优化，从而获得具有高临界电流密度和高不可逆场的YBCO超导涂层。

近年来，以YBa2Cu3O7-x（YBCO）超导涂层为导体的第二代高温超导带材的研究取得了一系列突破性进展，已经制备出千米级长带，但是成本极高，提高它的电磁性能的研究不仅关系到它能在更高温度和更高磁场下的应用，同时也会带来性价比的提高，从而降低成本，成为当前高温超导涂层研究的热点。.本项目系统研究了掺杂纳米钛酸钡、纳米氧化钇和纳米锆酸钡、纳米铈酸钡、纳米氧化铁、钐稀土元素替代和钆稀土元素替代等多种方式提高YBCO超导性能的研究。其中课题组首次报道的掺杂纳米BaTiO3的YBCO膜与纯YBCO膜相比，临界转变温度（Tc）基本保持不变为91K，而临界电流密度Jc无论是零场还是高场下都有很大提高。掺杂纳米BaTiO3的YBCO膜自场下的Jc为10MA/cm2（77K，0T），达到世界领先水平。共掺杂纳米Y2O3和BaZrO3的YBCO膜的Jc为6.5MA/cm2（77K，0T），大大高于纯YBCO超导膜的Jc为3.8MA/cm2（77K，0T），也达到国际先进水平。并结合YBCO超导性能和微观结构的关系，本项目总结了掺杂元素在YBCO薄膜内部形成纳米颗粒并能起到磁通钉扎作用三项基本规律；(1) 掺杂在YBCO薄膜内的纳米物质为高温相，这样其生长驱动力比较大，生成的二次相颗粒尺度较小；（2）掺杂的纳米物质应与YBCO存在较大的失配度，这样不仅二次相本身可以起到磁通钉扎的作用，二次相与YBCO之间产生的缺陷也可以起到有效磁通钉扎的作用；(3) 掺杂的纳米颗粒不能损坏YBCO膜的双轴织构。.课题人员按时、全面地完成了项目的计划内容和预定目标。