ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИПМех РАН |
||
Проект направлен на разработку метода получения буферных слоев эпитаксиального качества на текстурированных подложках, основанного на химическом осаждении из растворов металл-органических прекурсоров, для последующего эпитаксиального наращивания слоев ВТСП редкоземельного ряда RBa2Cu3O7-. Идея проекта, его оригинальность и новизна состоят в том, что для получения таких слоев будет реализован метод химического осаждения из растворов прекурсоров в сочетании с приемами улучшения кристаллического совершенства пленок, ранее разработанными в нашей лаборатории при осаждении пленок из газовой фазы (интенсификация процесса кристаллизации в присутствии легирующих добавок летучих легкоплавких оксидов и/или паров воды). Особое внимание будет уделено изучению стадий превращения прекурсоров в эпитаксиальные пленки буферных слоев. Разработка метода включает в себя синтез и исследование металл-органических прекурсоров, получение их пленок на никелевых подложках методом погружения в раствор прекурсора, термообработку и фазообразующий отжиг этих пленок для получения оксидных пленок буферных слоев. Проект рассчитан на 3 года. Для его выполнения создан коллектив специалистов в области координационной химии, неорганического материаловедения, анализа тонких пленок рентгеновскими и микроскопическими методами. В результате будут установлены корреляции между составом прекурсора и условиями синтеза буферных слоев, сформулированы основные закономерности предлагаемого подхода к синтезу, определены границы его применимости.
Проект направлен на разработку метода получения буферных слоев эпитаксиального качества на текстурированных подложках, основанного на химическом осаждении из растворов металл-органических прекурсоров, для последующего эпитаксиального наращивания слоев ВТСП редкоземельного ряда RBa2Cu3O7-x. За 2013 год разработана и создана установка, позволяющая наносить равномерные пленки-прекурсоры из раствора на металлические ленты длиной до 300 м с учетом установленных реологических закономерностей, влияющих на равномерность и толщину покрытий. Изучены процессы получения текстурированных оксидов La2Zr2O7 и La2Hf2O7 на биаксиально-текстурированных подложках различных типов (Ni-5%W, Ni-13%Cr-4%W, Ni-50%Fe) при высокотемпературной термообработке пленок-прекурсоров в восстановительной атмосфере. Показано положительное влияние предварительной окислительной термообработки на кристалличность и текстурное совершенство оксидных пленок различной толщины. Оксидные пленки изучали методами рентгеновской дифракции (РФА, φ сканирование и кривые качания), дифракции обратно рассеянных электронов, рентгеноспектрального микроанализа, оже-спектроскопии, атомно-силовой микроскопии, растровой и просвечивающей электронной микроскопии. Для определения толщин оксидных слоев использовали модификации растровой электронной микроскопии (микроскопия «скола», Cross Section) и рентгеноспектрального микроанализа. Получены уменьшающие шероховатость поверхности аморфные слои Y2O3 для последующего применения их в методе IBAD (Ion Beam Assisted Deposition). Установлено, что в случае пленок оксидов La2Zr2O7 и La2Hf2O7 на металлических подложках образуются фазы неупорядоченного флюорита, а не пирохлора, как это происходит при получении оксидов в виде керамики. На основе тонких пленок изучаемых соединений методом газофазного химического осаждения (MOCVD) были получены гетероэпитаксиальные структуры и ВТСП ленты второго поколения (в том числе с минимально возможным количеством слоев), имеющих высокое значение критического тока (до 100 А/см ширины ленты). Наблюдали эффект увеличения критического тока ленты с дополнительным слоем Y2O3 по сравнению с образцами без него (величина критического тока составила 145 А).
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2012 г.-31 декабря 2014 г. | Получение высокоориентированных буферных слоев для сверхпроводящих проводов второго поколения методом химического осаждения из растворов |
Результаты этапа: Методом химического осаждения из раствора (Chemical Solution Deposition, CSD) можно получать покрытия как аморфных, так и кристаллических оксидов. В этом случае применяют более дешевые, по сравнению с физическими методами осаждения тонких пленок, реактивы и оборудование. Поэтому в последнее десятилетие делаются активные попытки применения метода CSD в технологии ВТСП-лент второго поколения [1]. Целью настоящей работы было нанесение методом CSD высокоориентированных пленок La2Zr2O7 и La2Hf2O7 со структурой пирохлора и/или флюорита на протяженные (до 10 метров) биаксиально-текстурированные ленты-подложки из сплава Ni-5%(ат.)W (Ni-5W) как основы для последующего осаждения слоя YBa2Cu3O7-x. Выбранные оксиды в архитектуре лент выполняют роль буферного слоя, химически инертного по отношению к YBa2Cu3O7-x. Пленки этого материала эпитаксиально выращены на поверхности биаксиально-текстурированного сплава Ni-5W и, благодаря этому, обеспечивают передачу кристаллографической текстуры от металлической подложки к слою сверхпроводника. Кроме того, при достаточной толщине они могут эффективно предотвращать диффузионное проникновение компонентов подложки в слой ВТСП (было показано для оксида La2Zr2O7 [2,3]) и препятствовать ее окислению на этапах высокотемпературной обработки. Исходные вещества-прекурсоры в методе CSD должны при разложении образовывать оксиды и обладать значительной растворимостью. Этим требованиям соответствуют нитраты, некоторые карбоксилаты и другие комплексные соединения металлов с органическими лигандами. Кроме того, важны реологические характеристики растворов, такие как вязкость и угол смачивания поверхности, которые влияют на образование макроскопических дефектов в пленках (поперечные и продольные полосы, пузыри, трещины и др.). В настоящей работе в качестве прекурсоров изучали растворы карбоксилатов (оксалаты, ацетаты, пропионаты, трифторацетаты) в карбоновых кислотах. Их состав и термическую устойчивость подтверждали методами элементного, термического анализов, ИК-спектроскопии и ПМР. Качество полученных после отжига оксидных пленок охарактеризовано рядом физико-химических методов анализа. Для оценки их толщин применяли разновидность растровой электронной микроскопии и рентгеноспектральный микроанализ. С помощью методов рентгеновской дифракции (РФА, ?-сканирование, кривые качания) и дифракции обратноотраженных электронов доказан фазовый состав, оценена степень текстурирования и разориентации кристаллитов в пленках. На основу из полученных оксидов методом MOCVD осаждали высокотемпературный сверхпроводник YBa2Cu3O7-x. Показано, что такого типа оксидные архитектуры способны демонстрировать сверхпроводящие свойства и могут быть использованы в практических применениях. [1] Токонесущие ленты второго поколения на основе высокотемпературных сверхпроводников / под ред. Гояла А. – М.: ЛКИ, 2009. С. 308. [2] Sathyamurthy S., Paranthaman M., Heatherly L., et al. Solution-processed lanthanum zirconium oxide as a barrier layer for high I-c-coated conductors // J. Mater. Res. 2006. V. 1. No 4. P. 910. [3] Харченко А.В., Григорьев А.Н., Самойленков С.В., Кауль А.Р. Получение из раствора высокоориентированных пленок цирконата лантана – буферных слоев для сверхпроводящих лент на основе ВТСП // Докл. РАН. 2013. Т. 452. № 4. С. 396. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".