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磁控溅射法LaMnO3帽子层的外延生长探究

鲁玉明 , 闫祥发 , 范峰 , 梁玉 , 白传易 , 刘志勇 , 郭艳群 , 朱红艳 , 范晓鹏 , 蔡传兵

低温物理学报

采用卷对卷装置通过直流反应磁控溅射法在离子束辅助沉积(IBAD)的MgO上生长获得了纯c轴织构的LaMnO3 (LMO)帽子层,详细研究了不同基底温度、氧分压、溅射功率及不同MgO基底对LMO帽子层微结构及其性能的影响,研究表明,LMO具有一定的生长优化工艺,而IBAD-MgO基底性能对LMO的外延生长的影响尤为显著.在最优条件下,最终获得了纯c轴织构、面内外半高宽都较小且表面比较致密平整的LMO帽子层,以此LMO薄膜作为缓冲层,通过化学法外延生长的YBCO超导薄膜,其77 K自场下Jc达到1.69 MA/cm2.

关键词: LaMnO3 , 帽子层 , 直流磁控溅射 , 涂层导体

涂层导体外延MgO层的织构与表面形貌探究

宁纪林 , 赵苏串 , 范峰 , 鲁玉明 , 金晓燕 , 邱文彬 , 郭艳群 , 刘志勇 , 白传易

低温物理学报

采用直流反应磁控溅射技术在IBAD-MgO基底上外延生长MgQ良好的MgO薄膜(面内织构度FWHM<7°,表面均方根粗糙度RMS<2nm)能够在较宽的温度区间400℃到500℃间获得.对于温度影响的MgO薄膜生长,我们采用了基于密度泛函的第一性原理进行模拟,得到与实验结果相符合的结论:过高的温度在损害薄膜织构的同时,会造成表面粗糙度的增加.而与之相反的:薄膜厚度由40nm增加到600nm时,薄膜织构虽然优化但会损害薄膜表面.薄膜的岛状生长与Ehrlich-Schwoebel (ES)势垒,是造成表面恶化的主要原因.

关键词: 缓冲层 , 涂层导体 , MgO

涂层导体用CeO2帽子层的表面特征及其温度依赖性

史小亮 , 郭艳群 , 范峰 , 刘志勇 , 白传易 , 鲁玉明 , 陶伯万 , 蔡传兵

低温物理学报

涂层导体中,作为多层织构模板中的最上层,帽子层的表面形貌、晶粒尺寸、表面粗糙度、平整度、致密度等表面特征将直接影响其上YBa2 Cu3O7-δ超导层的形核、织构形成和外延生长,表面特征的优化成为近期涂层导体缓冲层研究的重点.采用磁控溅射方法在LaMnO3/Epi-MgO/IBAD-MgO/Y2O3/Al2O3/Hastelloy C276上动态外延生长CeO2薄膜作为涂层导体帽子层,主要研究了沉积温度对CeO2薄膜表面特征的影响.利用x射线衍射仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜以及拉曼光谱仪等对CeO2薄膜的织构、微结构及表面形貌、表面粗糙度、平整度等表面特性进行细致表征.研究结果表明:CeO2薄膜的表面特征对沉积温度依赖性强;在沉积温度800℃左右获得了最好的织构和表面,CeO2薄膜具有最好的(00l)取向,面内半高宽为7.1°,晶粒尺寸接近YBa2 Cu3O7-δ最高形核密度对应的CeO2最佳尺寸,薄膜表面连续平整均匀,光滑致密无裂纹,其均方根粗糙度约1.4 nm;而且,在此CeO2缓冲层上用三氟乙酸—金属有机沉积方法(TFA-MOD)外延生长的YBa2Cu3O7-δ超导层具有良好的织构及致密平整的表面.

关键词: 磁控溅射 , 沉积温度 , CeO2 , 表面特征

厚度诱导的YBa2Cu3O7—δ超导薄膜剩余应力及临界电流变化

曾琳 , 郝文嘉 , 白传易 , 鲁玉明 , 刘志勇 , 郭艳群 , 蔡传兵

低温物理学报

本文通过脉冲激光沉积法制备了不同厚度(80nm、320nm、1000nm和2000nm)的YBa2Cu3O7-δ(YBCO)超导薄膜,对它们的剩余应力和临界电流特性进行了对比研究.通过系列的激光显微Raman光谱和磁化曲线测量分别获得了薄膜剩余应力和磁化临界电流密度(Jc)对薄膜厚度的依赖关系.结果显示超导薄膜内剩余应力越小,Jc越高.对于中等厚度的薄膜样品(320nm和1000nm),其膜内剩余应力较小,同时由其特征的磁通匹配场大小推知在该厚度范围内的样品具有较高的线性缺陷密度,从而显示出较高的Jc值.

关键词: YBCO薄膜 , 厚度效应 , 临界电流密度

低氟MOD法制备YBCO及其银掺杂效应

孙梅娟 , 刘志勇 , 白传易 , 蔡传兵

低温物理学报

金属有机溶剂法(MOD)是制备高质量YBCO涂层导体的主要方法之一.银掺杂可以有效降低晶界的弱连接改善薄膜的表面形貌,提高涂层导体的超导性能.目前,主要以物理方法和块材为主.本文采用低氟MOD方法进行银掺杂,在哈氏合金缓冲层上制备了YBCO-Ag,首先研究了银对YBCO织构的影响,然后研究了银对YB-CO成相温区的影响.实验结果表明银掺杂可以抑制a轴成核,YBCO-Ag在较宽的成相温区具有良好c轴织构,样品表面平整致密无裂纹.

关键词: 低氟MOD , YBCO薄膜 , Ag掺杂

低氟MOD法银修饰YGdBCO多层厚膜的制备

韩修林 , 孙梅娟 , 刘志勇 , 白传易 , 蔡传兵

低温物理学报

采用低氟MOD法在氧化物缓冲层哈氏合金基底上制备了不同结构的YGdBCO多层膜.分析研究了有银修饰与无银修饰YGdBCO多层膜的微结构与性能,对比研究了银修饰在多层膜结构中的作用.XRD与SEM结果表明银修饰改变了YGdBCO生长的热力学参数,使得YGdBCO具有更好的c轴织构度,更为平整致密的表面形貌,并最终提高了YGdBCO的超导性能.为了进一步理解银修饰的作用,用经典成核理论分析了YGdBCO成核过程,按照经典成核理论a轴成核与c轴成核的竞争主要取决于过饱和度,银修饰可能降低了YGdBCO的过饱和度,因而扩大了YGdBCOc轴成核的窗口.

关键词: MOD , 多层 , 厚膜 , YGdBCO , Ag

低温热解速率对低氟化学溶液法制备YBa2Cu307-δ膜形貌及超导性能的影响

李敏娟 , 刘志勇 , 白传易 , 鲁玉明 , 郭艳群 , 蔡传兵

低温物理学报

为了探讨低氟前驱液对应的低温热解过程的升温速率对超导膜YBa2 Cu3 O7-δ(YBCO)表面形貌和超导性能的影响,我们在不同的低温热解速率下(1,3,5,10,15,20℃/min)制备了一系列的超导膜.低氟前驱液中的氟含量比全氟前驱液中减少了大约50%.X光衍射(XRD)分析表明:采用低氟前驱液,在很大的升温速率窗口,都能容易地获得良好外延生长的YBCO超导薄膜.但是,过快的热解速率(如15、20℃/min),会导致超导膜表面的恶化,出现皱褶或裂纹.升温速率在1℃/min和10℃/min之间,自场下的临界电流密度(Jc)能保持比较高的值.在当前实验条件下,考虑YBCO超导膜的综合性能,5℃/min是最合适的低温热解速率.采用低氟前驱液,在5℃/min,600nm的YBCO膜的低温热解时间可以缩短到50分钟,其样品织构良好、表面平整;在LaAlO3单晶上制备的200nm的YBCO膜可以获得Jc为3.0 MA/cm2左右(77 K,自场).

关键词: YBCO , 低氟前驱液 , 快速热解 , 热解速率

基于二氧化钛纳米管的染料敏化电池光阳极研究

罗华明 , 刘志勇 , 白传易 , 鲁玉明 , 蔡传兵

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2013.12368

本文报道了一种基于二氧化钛(TiO2)纳米管的染料敏化太阳能电池.用二次阳极氧化法在钛箔上生长出高度有序的TiO2纳米管薄膜,然后将完整剥落的纳米管薄膜结合TiO2纳米颗粒的浆料转移到掺杂氟的SnO2透明导电玻璃(FTO)基底上,从而获得一种特殊的染料敏化光阳极.对比了不同长度的TiO2纳米管的电池性能,发现经TiC14处理长度为32.8 μm的TiO2纳米管对应的电池表现较好的光电转换效率,达到4.15%.通过X射线衍射分析了高温退火对纳米管晶化结构的影响.电化学阻抗谱分析表明:光电子传输对光阳极纳米管层厚依赖性强,随着纳米管长度的增长,界面电阻呈明显的减小,这一结果对于理解和进一步改善染料敏化电池光阳极内部电子输运过程具有重要意义.

关键词: 二次阳极氧化法 , TiO2纳米管 , 正入射 , 染料敏化太阳能电池

金属有机溶液法制备YBa2Cu3O7-δ超导薄膜的厚化特性

芮润生 , 刘志勇 , 白传易 , 郭艳群 , 金晓艳 , 蔡传兵

无机材料学报 doi:10.15541/jim20140088

三氟乙酸-金属有机沉积法(TFA-MOD)是YBa2Cu3O7-δ(YBCO)涂层导体制备最有前景的技术路线之一.采用添加高沸点有机溶剂二乙醇胺(DEA)对TFA-MOD法进行调制改进,抑制了缺陷形成,并通过增加前驱液金属阳离子浓度提高了单次涂敷薄膜的厚度.研究表明:低温热解膜厚度和前驱液粘度与前驱液中阳离子浓度的依赖关系均呈现幂指数关系;选择合适的前驱液浓度和涂覆参数,单次涂敷获得了较厚的薄膜,厚度达到1.3 μm以上,且表面平整无开裂,微观结构总体均匀,但厚膜表面出现弥散的异质相颗粒.超导临界电流密度的测量结果显示:随着超导薄膜厚度的增加,临界电流密度呈下降趋势,而超导临界电流得到显著的提高,如前驱液浓度为2.5 mol/L样品的临界电流Ic是前驱液浓度为1.0 mol/L样品的4.7倍.

关键词: TFA-MOD , YBCO厚膜 , 快速制备 , 二乙醇胺 , 前驱液浓度

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