Направленный синтез сверхпроводящих керамических материалов на основе РЗЭ-бариевых купратов

Направленный синтез сверхпроводящих керамических материалов на основе РЗЭ-бариевых купратов

Автор: Гудилин, Евгений Алексеевич

Шифр специальности: 02.00.21

Научная степень: Докторская

Год защиты: 2003

Место защиты: Москва

Количество страниц: 443 с. ил

Артикул: 2609091

Автор: Гудилин, Евгений Алексеевич

Стоимость: 250 руб.

Содержание
Список основных обозначений и сокращений
Глава 1. Физико химические аспекты исследования высокотемпературной сверхпроводимости литературный обзор а
1.1. Основные типы высокотемпературных сверхпроводников
1.2. Химическая природа, структура и свойства РЗЗбариевых купратов
1.3. Фазовые лишраммы сисгем i x
1.3.1. Квазибипарные системы
1. 1 ВаО СиО ,,,,,
1.3.1.2. 7 ВаО.
1,3 СиО и ,аи1Г1ггч1Итчпчцлшь
1.3.2. Квазитройные системы.
1.3 2.1 Система i с узкими областями катионной гомогенности
1.3.3. Кислородная пеапехиометрия РЗЭбариевых купратов.
1.4. Диффузия компонентов и гвердофашый распад ВТСПфаз
1.5. Процессы планлення и кристаллизации РЗЗбарисвых купратов
1.5.1. Высокотемпературная стабильность фаз .
1.5.2. Общие характеристики купратных расплавов.
1.5.3. Механихиы и методы роста монокристаллов
1.5.4. Процессы получения крупнокристаллической керамики
1.5.5. Нанесение толстых пленок
1.6. Основные типы дефектов ВТСПматсрналов
1.7. Практическое использование II.
1.8. Заключение.
Глава 2. Материалы и методы исследования
2.1. Приготовление порошков, керамических образцов и флюсов.
2.2. Мсханоактивированные двух порошковые реагенты
2.3. Рост монокристаллов
2.4. Получение толстых пленок.
2.5. Режимы охлаждения и окисления
2.6. Физикохимический анализ.
2.7. Структурные исследования.
Глава 3. Фазовые соотношения и термоднна ми чески й контроль сосгава и свойств РЗЭбариевых купратов.
3.1. Области катионной гомогенности фаз ix.x.
3.1.1. Протяженность областей гомогенности
3.1.2. Форма областей гомогенности и влияние парциального давления кислорода
3.2. Фазовые соотношения в системе i
3.2.1. Область расплава и модель фазовых соотношений в надсолидусной области .
3.2.2. Контроль состава твердой фазы и рост монокристаллов
3.2.3. Те.ипературно временная эволюция неравновесных состояний РЗЭбариевых купратов
3.2.3.2. Динамика упорядочения кат ионной ii
3.2.4. Важнейшие политермические сечения
Глава 4. Фундаментальные особенности структу ры твердых растворов i2 а
4.1. Кристаллическая структура РЗЭбариевых купратов.
4.1.1. Параметры решетки твердых растворов .Ва.изО
4.1.2. Кристаллическая структура фаз
4.1.3. Особенности структуры псевдокубических фаз i
4.2. Локальная структура РЗЭбариевых купратов.
4.2.1. Рентгеноспектральный анализ
4.2.1.1 .Точность и ограничения методаТСГЩ ча г ччг.у г у. гг
4.2.1.2. ТСПП в простраистве.
4.2.1.3. Уточнение параметров локальной сшжгуш ,.
4.2.1.4. Молсль локальной сгруктуры.
4.2.2. Мессбауэровская спектроскопия
4.2.2.1. Исходные СПСКТРМ и идентификация основных нодспектров
4.2.2.2. Особенности ЯГРспектров. связанные с гетероваленгным замещением
4.3. Взаимосвязь катионного и анионного упорядочения.
4.4. Феноменологические модели твердых растворов ЯВа2Сиэ.
Глава 5. Микроструктура и кинетический контроль свойств керамических ВТСИматерналов.
5.1. Кинетические особенности синтеза.
5.1.1. Система УзОз ВаСО СиО
5. 1.2. Низкотемпературный синтез с использованием механоакттированных двухпорошковых реагентов
5.2. Микроструктурная организация керамических ВТСматериалов при кристаллизации из расплава.
5.2.1. Эффекты химической и термической предыстории
5.2.2. Кислородный обмен с газовой фазой.
5 2.3. Легирование иттрийбариевых купритов РЗЭ
5.2.4. Контроль взаимной ориентации кристаллитов.
.4.1 Оитщуащскорк и охлаждения Л
5.2.4.2. Направленная кристаллизация в концентрационном градиенте
3.2.4.3 Гсксту рироацис о0шЯ0В.Мсв.0Й.РДРУК7й.
А4ДрВлулуулу.у.у.у.улуул
5.3. Общие принципы контроля реальной структуры.
6. Выводы
7. Список литературы ммммммимтмитнттнммминмнижннмним 1 Приложении М1МИНМИТИНИИИИИИМЧ1М ММИ1ИИМ
Список основных обозначений и сокращений
ВТСП высокотемпературные сверхпроводники
РЗЭ редкоземельные элементы У. Ьа. Ьи, в формулах использован символ Я
Условные обозначения для формул соединений здесь и ниже даются в виде, принятом в литературе, посвяшенной ВТСП индекс при РЗЭ элементе 0, если РЗЭ не входит в структуру, индекс при щелочноземельном элементе обычно барин, 0, если барий не присутствует, индекс при меди 0, если медь не входит в структуру.
3 фазы состава КВа2Си,. КВаСи
твердые растворы ЯццВат.хСщОДхХ, 3 соответствует х
1 фазы состава Л2ВаСи зеленая фаза, ЛУ
2 фаза переменного состава Л.2ХВа2.2лСи2.лОю2х ЛЫ
1 фаза состава ЛСиО
2 фаза состав У2Си5 голубая фаза
1 оксид меди II или оксид меди
0 оксид иттрия Уз
1 купрат бария ВаСи 3 купрат бария Ва2СизС
5 Ва3Си8 ЗВаСиОг 2СиО
3 Ва,Си ВаСиОг 2СиО
2 куприт бария ВаСи
0 фаза У4Ва
0 РгВа УВСО УВа2Си
диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия Тс температу ра перехода в сверхпроводящее состояние К
Тр температура перитектического распада С
с плотность критического тока Асм
1С абсолютное значение величины критического тока А
РФА рентгенофазовый анализ
РГА рентгенографический анализ анализ профилей рентгеновских рефлексов
РСА реитгсноструктурный анализ
ТСПП тонкая структура полосы поглощения ЕХАЕБ в англоязычной литературе
ЯГР ядерная гаммарезонансная мессбауэровская спектроскопия СКР спекроскопия комбинационного рассеяния раманспектроскопия
ТГА термофавиметрический анализ
ДТА дифференциальнотермический анализ
ДСК дифференциальная сканирующая калориметрия
РЭМ растровая электронная микроскопия
РСМА рентгеноспектральный микроанализ ЕЭХ или ЭХ в англоязычной литературе
ПЭМ просвечивающая электронная микроскопия ЭД электронная микродифракция ПОМ оптическая микроскопия в поляризованном свете ВТОМ высокотемпературная оптическая микроскопия АСМ атомносиловая микроскопия
АЭСХА атомноэмиссионная спектроскопия для химического анализа КХС криохимическая сушка РС распылительная сушка ПА пиролиз аэрозоля
ОПТ ограничитель предельно допу стимых аварийных токов РТЬМ величина ширины линии на полувысоте
ПТ диаграммы типа времятемпературапревращение, Т1теТетрегашгеТгапэГогтаПоп температуриовременная эволюция системы
С,1 концентрация компонентов в жидкой фазе
С концентрация компонентов в твердой фазе
О коэффициент диффузии
Ц Ж жидкая фаза расплав
р парциальное давление кислорода
ДНи. энтальпия растворения
С температурный градиент
ДО изменение энергии Гиббса
И скорость роста или кристаллизации
Э энтропия
Т температура, С
Тс температура роста
ДТк кинетическое переохлаждение
х степень замещения в КхВа2.хСщО,
а степень превращения или коэффициент термического расширения у поверхностная энергия
, относительная диэлектрическая проницаемость
раь удельное электрическое сопротивление в плоскости аЬ
рс удельное электрическое сопротивление ВТСП фазыкристалла
перпендикулярно плоскости аЬ
о относительное пересыщение,
о коэффициент поверхностного натяжения
Введение
Сверпроводящие купраты редкоземельных элементов и бария обладают широким спектром практически важных свойств, предопределяющих их использование для магнитной левитации и экранирования, в датчиках магнитных полей, медицине, в энергосберегающих и экологически чистых технологиях, в микроэлектронике и устройствах органичення предельно допустимых токов промышленной энергетики. Присущий РЗЭбариевым купратам комплекс уникальных физикохимических характеристик предопределяет их высокую фундаментальную значимость как особого класса неорганических соединений. Эпоха широкомасштабных исследований ВТСП за достаточно короткий срок вписала совершенно новые главы во многие разделы неорганической, физической химии, химии твердого тела, материаловедения, физики и техники. Являясь одним из наиболее перспективных классов керамических материалов со структурночувствительными свойствами, ВТСП по сей день остаются не только сложным и не до конца исследованным, но и одним из наиболее интересных объектов, для фундаментального изучения которого особенно важны методолоытчсскне подходы и экспериментальный базис химии твердого тела и материаловедения.
Актуальность


Для химии твердого тела оказываются также необходимыми разработка новых методов получения конденсированных фаз, в частности, сложных оксидов, изучение роли дефектов в осуществлении структурных фазовых переходов, температурновременной эволюции неравновесных состояний твердых фаз и, в конечном итоге, установление влияния иерархической структурной организации твердого тела на его функциональные свойства. Рис. Я. Полевые зависимости плотностей критического тока в сверхпроводящих РЗЭбариевых купратах для различных типов материалов на их основе , , . С точки зрения материаловедения, важнейшей характеристикой материала является его микросгруктурная организация. Как уже отмечалось, оксидные сверхпроводники имеют аномально низкие значения длины когерентности. В силу этого между кристаллитами возникает два тина связей так называемые сильные представляющие собой обычные межзеренные фазовые контакты типа межкристаллитных перешейков и слабые связи представляющие собой, в общем случае, разрыв фазовой сплошности, протяженность которой сопоставима с величиной Табл. З. Причинами фазовою разрыва может являться образование областей локального нарушения стехиометрии, возникновение аморфных областей на границах кристаллитов или появление микротрещин . Одпако, при несмотря на существование фазового разрыва протекание сверхпроводящего тока через слабую связь сохраняется эффект Джозефсона, хотя величина плотности критического тока заметно падает , , . Причиной образования слабых связей является также высокая кристаллографическая анизотропия ВТСП, приводящая к анизотропии всех свойств этого класса сверхпроводников например, величина проводимости фазы УВагСщО. Ь в 0 раз превышает аналогичную величину в направлении перпендикулярном ав , , . Анизотропия создает дополнительные сложности при синтезе ВТСПматериалов с высокими значениями с изза возможности пространственной раэориентации кристатлитов. Резкое падение межзеренного тока возможно и при разорнентации в плоскости ав. Так, изменение угла разорнентации р между осями двух соседних зерен от 0 до для фазы УВа2Си0 приводит к падению плотности транспортного тока приблизительно в раз. Причиной этого считают заметный рост плотности дислокаций в приграничных слоях контактирующих кристаллитов при увеличении угла их разорнентации. Таким образом, формула идеального ксрамичского ВТСП материала выглядит как сильные связи нет слабых связей взаимная ориентация кристаллитов центры пиннинга. Рис. Фаза РгВа2СизОг занимает уникальное положение. Так, несмотря на близкое строение элементарной ячейки, она проявляет ряд аномальных свойств, самое известное из которых отсутствие сверхпроводимости. В то же время, наличие широкой области твердого раствора замещения РгхВазхСизО Рг 5, параметры решетки и коэффициенты термического расширения которого близки к соответствующим значениям для сверхпроводящих фаз, делает перспективным использование Рг 5 в микроэлектронике для эпитаксии сверхпроводящих пленок и дизайна сложных гетероструктур. Изменение катионного состава твердых растворов РгхВаг. СщО, позволяет гибко контролировать электрофизические свойства подобных барьерных материалов, а небольшая степень рассогласования параметров препятствует нарушению морфологии сверхпроводящих пленок. Все вышесказанное сделало возможным широкое использование Рг3 в прототипах различных тонкопленочных устройств на основе ВТСП . Фазовые соотношения с участием РЗЭбариевых купратов обычно отображают на изобарно изотермических или политермических сечениях, гораздо реже используют трехмерные модели и проекции на плоскость составов. Очевидно, что экспериментальное исследование надсолидусных фазовых взаимоотношений и создание реалистичных моделей фазовых диаграмм, удовлетворяющих правилу фа Гиббса и другим фундаментальным термодинамическим требованиям, совершенно необходимы для разработки эффективных методов получения ВТСПмагсриалов. Для сложных купратных систем остро ощущается недостаток экспериментальных данных, которые позволили бы надежно рассчитать фазовые диаграммы.

Рекомендуемые диссертации данного раздела

28.06.2016

+ 100 бесплатных диссертаций

Дорогие друзья, в раздел "Бесплатные диссертации" добавлено 100 новых диссертаций. Желаем новых научных ...

15.02.2015

Добавлено 41611 диссертаций РГБ

В каталог сайта http://new-disser.ru добавлено новые диссертации РГБ 2013-2014 года. Желаем новых научных ...


Все новости

Время генерации: 0.194, запросов: 121