Диссертация

Цель данной работы состоит в реализации и выявлении эффективности нового подхода к повышению токонесущей способности ВТСП-лент второго поколения путем создания композитных гетероструктур сверхпроводника YBaCuO с эпитаксиальными прослойками оксида иттрия (Y2O3). Объектами, в которых реализовывалась эта концепция были образцы лент с различной архитектурой буферных слоев, нанесенных на поверхность металлических лент. ВТСП-слои, включая композитные гетероструктуры YBCO/Y2O3, были получены методом химического осаждения из газовой фазы металлорганических прекурсоров (MOCVD) на движущуюся ленту-подложку в режиме лентопротяжки. В результате работы разработан подход к повышению критического тока ВТСП-лент второго поколения путем введения прослоек Y2O3 в матрицу сверхпроводящего слоя YBaCuO. Этот подход апробирован в методе MOCVD, однако может быть использован также и в других методах нанесения слоя ВТСП (PLD, растворных методах). Разработанная методика количественной оценки а-ориентированных кристаллитов может также использоваться для анализа других дефектов и частиц на поверхности пленок. Результаты работы используются в лекциях спецкурсов для студентов 6-го курса кафедры неорганической химии химического факультета МГУ «Функциональные материалы» и «Химические методы получения неорганических пленок и покрытий», а также вошли в отчеты по проекту РФФИ 17-03-01298. ВЫВОДЫ 1. Впервые доказано, что внедрение эпитаксиальных прослоек оксида иттрия в матрицу YBaCuO препятствует росту а-ориентированных кристаллитов фазы YBa2Cu3O7-x и способствует увеличению критического тока ВТСП-пленок при наращивании их толщины. Разработана методика количественного определения а-ориентированных кристаллитов на поверхности YBaCuO по данным СЭМ, позволяющая объективно оценить целесообразность дальнейшего утолщения пленок. 2. Установлены оптимальные (по величине критического тока) условия осаждения гетероструктур (YBa2Cu3O7-x /Y2O3)n методом MOCVD в режиме лентопротяжки: температура, парциальное давление кислорода, скорость движения ленты, скорость осаждения. В оптимизированных условиях впервые получены слоистые композиты с 10 слоями ВТСП и 9 прослойками оксида иттрия, обладающие критическим током более 400 А/см (77К, SF), что на 25% превышает токонесущую способность аналогичных лент без прослоек Y2O3. Эти показатели достигнуты на длинномерных образцах - лентах с металлической основой длиной до 10 метров, что доказывает возможность применения предложенного подхода в технологии ВТСП-лент второго поколения. 3. Установлено, что введенные прослойки оксида иттрия в сильных магнитных полях и при низких температурах оказывают пиннингующее действие, повышая магнитополевую устойчивость критического тока. 4. Показано, что осаждение ВТСП-слоев на ленты с металлической основой (хастеллой, нержавеющая сталь) следует проводить лишь в режиме лентопротяжки, избегая длительного нагрева, вызывающего зернограничное выделение карбидных фаз в сплавах, сопровождающееся резким снижением критического тока ВТСП и отпускной хрупкостью. 5. Обнаружено, что в ВТСП-пленках с толщиной, превышающей 2-3 мкм, ограничивающее влияние на критическую плотность тока оказывают нанопоры, образующиеся в верхних слоях пленок. Впервые возникновение пор объяснено неконформным диффузионным заполнением участков с большим аспектным отношением, образующихся между соседними а-ориентированными кристаллитами.