溶膠凝膠法制備Bi系超導厚膜的晶體生長機制研究.pdf

1、本文以可溶性金屬硝酸鹽為反應物，以乙二胺四乙酸為絡合劑，采用改進的溶膠凝膠法(Pechini法)制備Bi系超導厚膜。通過調節(jié)燒結溫度和保溫時間，細致的研究了制備Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi2212)厚膜的實驗工藝;在此基礎上，探討了所制備的Bi系超導厚膜的c軸外延特性;最后，利用唯象化學熱力學和唯象化學動力學分析了Bi系超導厚膜的晶體生長機制。本文具體研究內容如下:
　　1.利用改進的溶膠凝膠法(Pechini法)在SrT

2、iO3單晶襯底上制備Bi系超導厚膜，通過調節(jié)燒結溫度和保溫時間，使得制備的Bi系超導厚膜有著很高的相純度和較好的表面形貌。實驗結果表明，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超導厚膜。同時隨著燒結溫度的降低，保溫時間的延長，Bi系超導厚膜的表面形貌有所改善。
　　2.利用錯配度原理分析在SrTiO3單晶襯底上制備的Bi系超導厚膜的c軸外延特性。計算結果表明，SrTi

3、O3晶格沿[001]旋轉45°后與Bi2201和Bi2212晶格的錯配小于3％，這是Bi系超導厚膜具有很好的c軸外延特性的原因。并且隨著Bi2201相向Bi2212相的轉變以及溫度的升高，錯配度進一步降低，c軸外延的特性會體現(xiàn)得更好。
　　3.利用唯象化學熱力學原理分析Bi系超導厚膜的晶體生長機制。結果表明，在制備Bi系超導厚膜的過程中，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、轉變以及Bi2212相的分解四個物質變化過程;經(jīng)過改進的溶膠凝膠法(Pechini法)有效地避免了金屬氧化物的提前析出團聚與缺失，增加了所制備的Bi系超導厚膜的均勻性;標準摩爾生成焓的計算表明，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.利用唯象化學動力學原理分析Bi系超導厚膜的晶體生長機制。結果表明，Bi2212相的合成反應速率常數(shù)隨著溫度的升高不斷增大，這是Bi2212含量隨