![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
ВТСП-провода второго поколения, представляющие собой многослойные гетероэпитаксиальные оксидные структуры на металлических лентах-подложках, прочно заняли место в арсенале прикладной сверхпроводимости и все чаще применяются в разного рода устройствах: кабелях, токоограничителях, высокополевых магнитах, СПИНах и т.д. Совершенствование этих материалов идет преимущественно в направлении повышения устойчивости критической плотности тока (jc) по отношению к внешнему магнитному полю путем введения искусственных центров пиннинга, а также в направлении наращивания критического тока за счет увеличения сечения слоя сверхпроводника. Во всех коммерчески доступных ВТСП-проводах 2-го поколения сверхпроводником являются фазы RBa2Cu3O7-x (R123, R= Y, Sm, Gd, реже Dy,Ho,Eu) с критической температурой 89-92 К. Купраты висмутового семейства (Bi-2212 и Bi-2223), имеющие Тс 100 К, составляют основу проводов 1-го поколения, получаемых по технологии "порошок в трубе". В то же время, давно известные ВТСП с еще более высокими критическими температурами - таллиевые и ртутные купраты пока не нашли воплощения в технических материалах. Причина этого состоит не столько в токсичности их компонентов, сколько в том, что преимущества высокой величины Тс не реализуются из-за слабой устойчивости плотности критического тока в этих материалах к магнитному полю. В особенности это характерно для лент, полученных прокаткой порошков, запрессованных в серебряные трубки, аналогично Bi-ВТСП. Сейчас уже нет сомнения, что для Tl- и Hg-ВТСП технологии, аналогичные технологиям ВТСП-проводов 2-го поколения, в основу которых положено создание эпитаксиальных слоев этих соединений на текстурированных подложках, не имеют альтернативы. Выполненные к настоящему времени исследования продемонстрировали, что Tl-ВТСП могут быть получены с Тс = 100-110 К и критической плотностью тока, превышающей технически значимый порог jc = 1 МА/см2 (77К, собственное поле SF), однако необходимо 1)создавать приемы повышающие стабильность jc в магнитном поле, и 2)одновременно разрабатывать производительные и надежные методы получения таких эпитаксиальных слоев с введенными центрами пиннинга на длинномерных металлических подложках. Решению этих взаимосвязанных задач применительно к сверхпроводникам таллиевого семейства посвящен настоящий проект, конечная цель которого - создать новые технически привлекательные ВТСП-материалы с критической температурой, превышающей 100 К.
Будет разработана двухэтапная технология получения слоев таллиевых ВТСП с критической температурой 100-110 К на буферированных металлических подложках. Эта разработка основана на следующих результатах: 1. Будут изучены характеристики сверхпроводимости пленок Tl-ВТСП, полученных оригинальными методами химического растворного и газофазного осаждения на металлических технических и модельных монокристаллических подложках (критическая температура Tc, критическая плотность тока Jc, зависимости Jc(Н) при Т=сonst, а также угловые зависимости Jc при Н и Т =соnst.). 2. Будет проведено сравнение результатов п 1 с характеристиками сверхпроводимости слоев идентичного состава, полученных методом PLD с последующим насыщением таллиевым паром, что позволит выбрать наиболее целесообразную технологию Tl-ВТСП слоев для полупромышленного производства. 3. Впервые будет разработан и изготовлен безопасный в работе аппарат для насыщения парами таллия (таллинизации) пленок-прекурсоров на длинномерных металлических подложках в режиме лентопротяжки. 4. Впервые для контроля и мониторинга процесса таллинизации будет разработан метод потенциометрического определения содержания таллия в атмосфере отжига на основе керамического таллий-проводящего твердого электролита. 5. Будут разработаны методы введения искусственных центров пиннинга (ИЦП) в слои Tl-ВТСП. Впервые будут получены длинномерных тонкопленочные композиты Tl-ВТСП + ИЦП в виде слоев различной толщины на технических металлических подложках (лентах). 6. По результатам измерения характеристик сверхпроводимости полученных тонкопленочных композитов Tl-ВТСП + ИЦП будут выбраны состав и концентрация искусственных центров пиннинга, обеспечивающих наибольший эффект стабилизации критического тока в магнитных полях.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 27 марта 2018 г.-27 марта 2019 г. | Разработка новых ВТСП-проводов на основе купратов таллия |
Результаты этапа: 1. Разработаны растворы на основе фторированных и нефторированных карбоксилатов бария и кальция и меди с дополнительными амино-лигандами для нанесения пленок прекурсоров (BaO)x(CaO)y(CuO)z и (BaF2)x(CaO)y(CuO)z в режиме лентопротяжки. Изучено термическое поведение исходных соединений. Выделены смешанно-металлические соединения CaCu2(Prop)6(H2O)4, SrCu3(Prop)8(H2O)6 и BaCu4(Prop)10(H2O)6. 2. Разработанные прекурсоры использованы для осаждения тонких пленок на длинномерные металлические ленты-подложки. Установлено, природа верхнего слоя подложки оказывает существенное влияние на условия смачивания подложки раствором однородность полученной пленки. 3. Разработаны условия осаждения и получены методом импульсного лазерного напыления эпитаксиальные пленки LaAlO3 - инертные буферные слои на ленте-подложке, которые позволили успешно получить однородные прекурсорные пленки (BaF2)x(CaO)y(CuO)z методом химического осаждения из растворов. 3. Методом химического осаждения из газовой фазы получены прекурсорные пленки (BaO)x(CaO)y(CuO)z, показана их однородность по элементному составу. Разработано новое летучее соединение кальция - Ca(thd)2(tmeda), установлено его кристаллическое строение. 4. Предложены две конструкции (барабанная и трубчатая) и изготовлены аппараты для насыщения парами таллия (таллинизации) пленок-прекурсоров на длинномерных металлических подложках. Проведены пробные эксперименты по таллинизации полученных прекурсорных пленок на подложках IBAD и, для сравнения, на монокристаллических модельных подложках. 5. Для контроля и мониторинга процесса таллинизации предложен и изготовлен потенциометрический датчик определения содержания таллия в атмосфере отжига на основе керамического таллий-проводящего твердого электролита, который был впервые синтезирован по оригинальной методике. | ||
2 | 30 мая 2019 г.-30 мая 2020 г. | Разработка новых ВТСП-проводов на основе купратов таллия |
Результаты этапа: 1.Разработана конструкция герметичного устройства для проведения операции насыщения парами оксида таллия. Изготовлены три типа керамических реакторов для проведения операции. Изготовлена герметичная керамическая печь с запорной оснасткой, позволяющая проводить процесс НТ при 850оС. 2.Предложена конструкция датчика активности O2 с использованием твердого электролита YSZ. Предложен способ введения датчика в зону нагрева при проведении процесса НТ для контроля атмосферы. 3.Выбраны электроды сравнения с известными значениями активности таллия. Проведены эксперименты и расчеты по определению активности таллия в газовой фазе. 4.Предложен алгоритм мониторинга процесса насыщения парами таллия по показаниям электрохимических датчиков активности. 5.Разработаны условия осаждения на длинномерные металлические ленты-подложки буферного слоя LaAlO3 методом импульсного лазерного осаждения (PLD). Получены образцы лент-подложек длиной до 20 метров с острой биаксиальной текстурой, подходящие для осаждения на них слоя ВТСП. 6.Разработаны металл-органические прекурсоры для осаждения пленок лантан-содержащих буферных слоев методом химического осаждения из газовой фазы (MOCVD) обеспечивающие точный стехиометрический состав пленок буферных слоев LaAlO3 и LaMnO3. С использованием разработанных прекурсоров проведено осаждение тонких пленок (00l)LaAlO3, (00l)LaMnO3 и гетероструктур (00l)LaAlO3//(00l)LaMnO3 с острой биаксиальной текстурой. 7. Предложены и опробованы подходы для защиты обратной стороны металлической ленты-подложки от взаимодействия с атмосферой реактора в процессе насыщения прекурсорной пленки парами оксида таллия. 8. По результатам выполнения проекта на 2 этапе опубликована 1 статья и подана заявка на патент на изобретение. | ||
3 | 31 мая 2020 г.-6 августа 2021 г. | Разработка новых ВТСП-проводов на основе купратов таллия |
Результаты этапа: 1. Проведена оптимизация температурно-временных режимов насыщения парами оксида таллия прекурсорных пленок на металлических лентах и монокристаллических подложках с использованием разработанной керамической установки. 2. Изучено влияния параметров проведения процесса насыщения на химический и фазовый состав образующихся пленок Tl-ВТСП и на сверхпроводящие свойства. Выявление влияния толщины прекурсорной пленки на полноту протекания реакции насыщения и на качество текстуры образующейся пленки. 3. Разработаны способы введения искусственных центров пиннинга в пленки-прекурсоры. 4. Исследован фазовый состав и структура двухфазных композитов (Тl-ВТСП + ИЦП). 5. Исследовано промотирующее влияния добавок серебра на процесс фазообразование и текстуру Tl-ВТСП. 6. Выполнен сравнительный анализ результатов получения пленок по всем апробированным технологиям. 7. Сформулированы предложения по конструкции, методам получения пленок и температурно-временным условиям эксплуатации оборудования для производства лент Tl-ВТСП в режиме лентопротяжки. |
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".