Bi系超導(dǎo)材料的Sol-Gel法制備、機(jī)制及摻雜研究.pdf

1、本文以可溶性金屬硝酸鹽為原料，乙二胺四乙酸為絡(luò)合劑，采用Sol-Gel法制備Bi系氧化物粉體及薄膜。通過(guò)對(duì)Sol-Gel法凝膠工藝的優(yōu)化，改進(jìn)粉體相純度及結(jié)晶性;并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了Bi位La微摻雜Bi-2212粉體及Sr位Ca摻雜Bi-2201粉體的摻雜效應(yīng)研究;最后，將較佳的粉體制備工藝應(yīng)用于Bi-2212薄膜的制備。本文具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.分別采用Sol-Gel法與PSG法(Pechini型Sol-Gel法)制備Bi-

2、2212粉體材料，分析凝膠化工藝對(duì)超導(dǎo)粉體質(zhì)量的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，合適的凝膠化過(guò)程能夠明顯增強(qiáng)凝膠網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度，減少凝膠中游離金屬離子的數(shù)量，改善金屬離子均一性，從而提高Bi-2212粉體的相純度及結(jié)晶性。同時(shí)，合適的凝膠工藝對(duì)保持各金屬元素的比例具有重大意義。由于各金屬離子分布更加均勻、自發(fā)燃燒過(guò)程中金屬硝酸鹽分解的更加充分，粉體燒結(jié)性得到改善，因此燒結(jié)時(shí)間由10h減短至5h，可節(jié)約大量能源。
　　2.采用Sol-Gel法細(xì)致研究

3、了Bi位La微摻雜Bi-2212粉體結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能變化，La摻雜x范圍為0.01-0.09。利用TG-DTA曲線對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行分析，利用X射線衍射進(jìn)行相分析，利用標(biāo)準(zhǔn)四引線法測(cè)試電學(xué)特性隨溫度變化曲線(R-T)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，摻La后Bi-2212粉體相仍保持正交結(jié)構(gòu)，但隨著La摻雜量的增加，a、b軸長(zhǎng)度增加，c軸長(zhǎng)度減小。并且，La的摻雜雖然并未發(fā)生在CuO2面上，但卻影響著CuO2面的電子性質(zhì)，對(duì)Bi-2212相的導(dǎo)電特性影響顯

4、著。
　　3.采用PSG法制備Sr位Ca摻雜Bi-2201粉體，并對(duì)Bi-2201相結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能進(jìn)行分析、表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，摻Ca后Bi2Sr2-xCaxCuOy相的較佳燒結(jié)溫度隨著x值的變化而變化。Ca摻雜量在0.6≤x＜0.7達(dá)到最大，同時(shí)樣品的晶胞參數(shù)a，b，c均隨著x值的增加而減小。根據(jù)R-T測(cè)試結(jié)果可知，Ca的摻雜可將Bi-2201相的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc提高至86K。根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本文提出了Bi-2201相結(jié)構(gòu)變化

5、模型，用以解釋Bi2Sr2-xCaxCuOy相Tc的提高。
　　4.采用PSG法在STO襯底上制備具有c軸外延取向的Bi-2212薄膜。通過(guò)對(duì)Bi系超導(dǎo)粉體制備工藝的細(xì)致研究，得出高質(zhì)量Bi系粉體的制備方法，并將此方法應(yīng)用于Bi-2212薄膜的制備。通過(guò)對(duì)薄膜制備工藝的細(xì)致研究得出具有較高質(zhì)量的、c軸外延取向的Bi-2212薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溶膠成分為Bi2Sr2Ca1.05Cu2O8+δ、薄膜經(jīng)150℃-190℃預(yù)處理、經(jīng)83