YBCO超导晶体生长规律的实时原位观察研究.PDF

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YBCO超导晶体生长规律的实时原位观察研究

中国科学: 物理学 力学 天文学 2015 年 第45 卷 第2 期: 027001 SCIENTIA SINICA Physica, Mechanica Astronomica SCIENCE CHINA PRESS 论 文 YBCO 超导晶体生长规律的实时原位观察研究 * 李佳伟, 杨万民 , 陈森林, 王妙, 冯忠岭 陕西师范大学物理学与信息技术学院, 西安 710062 *联系人, E-mail: yangwm@ 收稿日期: 2014-01-21; 接受日期: 2014-05-08; 网络出版日期: 2014-07-31 国家自然科学基金(批准号:、教育部科学技术研究重大项目(编号: 311033)、高等学校博士学科点专项科研基金(编 号: 20120202110003)和中央高校基本科研业务费专项资金(编号: GK201305014, GK201004009)资助项目 摘要 本文采用顶部籽晶熔渗法(TSIG)成功制备出了不同过冷度下、不同保温时间的系列YBCO 单畴 超导块材; 同时采用原位观察的方法, 借助高温摄像技术实时记录了 YBCO 晶体的生长过程. 通过对在 不同过冷度、不同保温时间YBCO 晶体生长形貌的分析和研究, 结果表明: YBCO 晶体起始外延生长温 度为1008°C, 单畴生长温度窗口为988°C– 1008°C; 在确定的过冷度下保温时, YBCO 晶体的起始生长速 率很快, 最大平均生长速率达到0.95 mm h1, 之后, 先快速衰减, 然后逐渐趋于稳定; 在YBCO 晶体生 b 长温区范围内, 过冷度越大, 生长速率越快, 晶体生长的平均速率与过冷度之间的关系可以用Ra=a(T) 公式来描述; YBCO 晶体的瞬时生长速率在0.01–0.72 mm h1 之间, 具有很大的波动性, 但瞬时生长速 率的平均值随过冷度的增大呈线性增加. 这些结果对于进一步制备高质量的YBCO 块材具有重要的指 导意义. 关键词 晶体生长速率, YBCO, 高温超导, 顶部籽晶熔渗法 PACS: 74.72.-h, 74.72.Bk, 74.81.Bd, 81.10.-h doi: 10.1360/SSPMA2014-00011 单畴 YBCO 超导块材由于其大的磁悬浮力及强 律. 弄清 REBaCuO(RE 为 Y, Gd, Sm 和 Nd 等稀土元 的磁通捕获能力, 故在超导磁悬浮列车、超导储能飞 素) 晶体的生长规律对于明确其晶体生长机制以及确 轮、强磁场永久磁体、磁悬浮轴承等方面具有广泛的 定晶体生长的关键参数有着重要的理论意义和实际 应用前景[1–4], 因此一直是高温超导块材研究的热点 价值. 因此, 大家对 REBCO 高温超导晶体的生长规 和重点. 这些应用都是以制备出高质量高性能的 律进行了大量的研究[918]. YBCO 超导体为基础. 目前, 制备单畴超导块材的方 现有的研究基本上采用的都是淬火法, 该方法 法主要有顶部籽晶熔融生长法(TSMG)[5,6] 以及顶部 不仅实验效率低而且不同研究小组的研究结果差异 籽晶熔渗生长法(TSIG)[7,8]. 要制备高质量高性能的 比较大, 不能全面反映晶体的生长规律. 比如, Endo YBCO 超导块材, 就需要掌握该材料的晶体生长规 等人[16] 的研究结果表明: YBCO 晶

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