溶膠凝膠法制備Bi系超導(dǎo)厚膜的晶體生長機(jī)制研究.pdf

1、本文以可溶性金屬硝酸鹽為反應(yīng)物，以乙二胺四乙酸為絡(luò)合劑，采用改進(jìn)的溶膠凝膠法(Pechini法)制備Bi系超導(dǎo)厚膜。通過調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間，細(xì)致的研究了制備Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi2212)厚膜的實(shí)驗(yàn)工藝;在此基礎(chǔ)上，探討了所制備的Bi系超導(dǎo)厚膜的c軸外延特性;最后，利用唯象化學(xué)熱力學(xué)和唯象化學(xué)動(dòng)力學(xué)分析了Bi系超導(dǎo)厚膜的晶體生長機(jī)制。本文具體研究內(nèi)容如下:
　　1.利用改進(jìn)的溶膠凝膠法(Pechini法)在SrT

2、iO3單晶襯底上制備Bi系超導(dǎo)厚膜，通過調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間，使得制備的Bi系超導(dǎo)厚膜有著很高的相純度和較好的表面形貌。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在821℃保溫55分鐘，823℃保溫40至45分鐘，825℃保溫23分鐘均可得到相純度很高的Bi2212超導(dǎo)厚膜。同時(shí)隨著燒結(jié)溫度的降低，保溫時(shí)間的延長，Bi系超導(dǎo)厚膜的表面形貌有所改善。
　　2.利用錯(cuò)配度原理分析在SrTiO3單晶襯底上制備的Bi系超導(dǎo)厚膜的c軸外延特性。計(jì)算結(jié)果表明，SrTi

3、O3晶格沿[001]旋轉(zhuǎn)45°后與Bi2201和Bi2212晶格的錯(cuò)配小于3％，這是Bi系超導(dǎo)厚膜具有很好的c軸外延特性的原因。并且隨著Bi2201相向Bi2212相的轉(zhuǎn)變以及溫度的升高，錯(cuò)配度進(jìn)一步降低，c軸外延的特性會體現(xiàn)得更好。
　　3.利用唯象化學(xué)熱力學(xué)原理分析Bi系超導(dǎo)厚膜的晶體生長機(jī)制。結(jié)果表明，在制備Bi系超導(dǎo)厚膜的過程中，經(jīng)歷了金屬硝酸鹽分解為金屬氧化物，金屬氧化物合成Bi2201相，Bi2201相向Bi2212相

4、轉(zhuǎn)變以及Bi2212相的分解四個(gè)物質(zhì)變化過程;經(jīng)過改進(jìn)的溶膠凝膠法(Pechini法)有效地避免了金屬氧化物的提前析出團(tuán)聚與缺失，增加了所制備的Bi系超導(dǎo)厚膜的均勻性;標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓的計(jì)算表明，Bi2212相處于相對不穩(wěn)定的狀態(tài)，容易吸收持續(xù)能量形成活化狀態(tài)，越過能量壘最終分解。
　　4.利用唯象化學(xué)動(dòng)力學(xué)原理分析Bi系超導(dǎo)厚膜的晶體生長機(jī)制。結(jié)果表明，Bi2212相的合成反應(yīng)速率常數(shù)隨著溫度的升高不斷增大，這是Bi2212含量隨