Синтез та дослідження властивостей неорганічних сполук синтезованих на основі LaBa2Cu3O7 та SmBa2Cu3O7. Дипломная (ВКР). Химия.
👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Синтез та дослідження властивостей неорганічних сполук синтезованих на основі LaBa2Cu3O7 та SmBa2Cu3O7
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
Синтез
та дослідження властивостей неорганічних сполук синтезованих на основі
LaBa2Cu3O7 та SmBa2Cu3O7
1. Розробка перспективних методів синтезу високотемпературних
надпровідників
1.1 Хімічна гомогенізація та отримання високоякісних порошків
1.2 CVD – процеси одержання тонких плівок
1.3 Крупнокристалічна кераміка і монокристали. Особливості матеріалів
на основі крупнокристалічної кераміки. Реальна структура
1.5 Мінімізація розмірів включень вторинних фаз
1.7 Формування монодоменної структури
1.8 Хімічне модифікування і створення ефективних центрів спінінга
1.10 Отримання довгомірних композитних матеріалів
2. Техніка експерименту і характеристика методів проведення дослідження
2.1 Синтез твердих розчинів LaBa2Cu3O7 та SmBa2Cu3O7
2.2 Рентгенографічні дослідження LaBa2Cu3O7 та SmBa2Cu3O7
3. Синтез твердих розчинів LnBa2Cu3O7 та їх структурно-графічні властивості
3.1 Комплексонометричне визначення вмісту рідкісноземельних елементів
та встановлення складу прекурсорів
3.2 Рентгеноструктурний аналіз зразків LaBa2Cu3O7 та SmBa2Cu3O7
Одним із шляхів одержання матеріалів із
заданими параметрами є модифікація хімічного складу відомих високотемпературних
надпровідників (ВТНП). Роботи по модифікації хімічного складу оксидних ВТНП
проводяться з метою покращення їх хімічних та фізичних властивостей – і мають
на меті розширення діапазону їх використання.
На основі оксидних ВТНП ведеться розробка
магнітометрів, радіометрів, мікрохвильових резонаторів і т. ін. Важливим
напрямком дослідження високотемпературної надпровідності є вивчення фізико –
хімічних властивостей ВТНП, а також взаємозв’язку хімічного складу з
електрофізичними і магнітними властивостями. Дані подібних досліджень є
базовими як при розробці технології одержання матеріалів, так і при фізичному
моделюванні явища надпровідності оксидних ВТНП. У зв’язку з цим синтез та
дослідження властивостей ВТНП на основі оксидів рідкісноземельних елементів
(РЗЕ) є на сьогодні актуальним.
Одним із найбільш перспективних матеріалів
для практичного використання є сполуки на основі LnBa2Cu3Ox (так звана “фаза 123”), де Ln – РЗЕ.
Метою роботи є синтез та дослідження
властивостей напівпровідникових матеріалів на основі LaBa2Cu3O7 та SmBa2Cu3O7.
Дослідження рівноважного вмісту оксигену та властивостей оксидних
надпровідників із структурою типу 123 складають фізико – хімічну основу для
одержання ВТНП з контрольованим хімічним складом і заданими властивостями.
Досягнення цієї мети вимагало постановки та
вирішення таких задач:
Систематизації та вивчення результатів
попередніх досліджень в області синтезу низькотемпературних надпровідникових матеріалів
на основі оксидів рідкісноземельних матеріалів.
Підготовка та аналіз вихідної сировини,
проведення синтезу ВТНП керамічних матеріалів на основі LaBa2Cu3O7 та SmBa2Cu3O7.
Дослідження особливостей утворення кераміки
на основі сполук LaBa2Cu3O7 та SmBa2Cu3O7 при твердо-фазному спіканні вихідних
речовин (оксидів, карбонатів) з використанням оксидів відповідних рідкісноземельних
елементів.
Наукова новизна одержаних результатів
полягає у наступному:
вперше встановлено особливості утворення
високотемпературних над провідникових керамічних матеріалів на основі
LaBa2Cu3O7 та SmBa2Cu3O7 при твердо-фазному спіканні оксидів, карбонатів та
оксидів РЗЕ;
встановлено умови протікання проміжних
реакцій та утворення проміжних сполук;
вперше застосовано метод
рентгеноструктурного аналізу для встановлення складу одержаної ВТНП кераміки
(LaBa2Cu3O7 та SmBa2Cu3O7).
Одержані результати мають важливе практичне
значення, а саме:
розроблено оригінальну методику одержання
високотемпературних надпровідникових матеріалів на основі LaBa2Cu3O7 та
SmBa2Cu3O7. Запропонована методика є добревідтворюваною та стабільною протягом тривалого
часу (2 місяці);
одержано високотемпературні надпровідні
керамічні матеріали, які потребують в подальшому більш ретельного і
різнобічного дослідження та мають перспективи для практичного використання.
Основні результати апробовано на IX
Всеукраїнській студентській конференції “Актуальні проблеми природничих та
гуманітарних наук у дослідженнях студентської молоді” (м. Черкаси, ЧНУ, 2007
р.).
В матеріалах IX Всеукраїнській студентській
конференції “Актуальні проблеми природничих та гуманітарних наук у дослідженнях
студентської молоді” (м. Черкаси, ЧНУ, 2007 р.) : Синтез та дослідження
властивостей неорганічних сполук з надпровідниковими властивостями на основі
оксидів рідкісноземельних елементів.
1. Розробка перспективних методів синтезу високотемпературних
надпровідників
Отримання ВТНП – матеріалів з заданими
характеристиками є найважливішою метою, яка сформувалась практично відразу ж
після відкриття цього класу складних речовин. Не зважаючи на різноманітність
форм та типів ВТНП – матеріалів, лише деякі їх види зможуть в майбутньому перемогти
у протистоянні з вже існуючим обладнанням в енергетиці, електроніці та
медицині, а особливо:
високогомогенні порошки, які
використовуються як напівпродукт для отримання кераміки, покриттів, стрічок в
срібній оболонці;
тонкі плівки та плівкові гетероструктури;
1.1 Хімічна гомогенізація та отримання
високоякісних порошків
На початку дослідження ВТНП – матеріалів
активно використовували так званий “керамічний метод” – ретельне механічне змішування
оксидів (у більшості випадків – оксидів і карбонатів лужноземельних металів),
що багаторазово повторювалося для досягнення повної твердо-фазної взаємодії
реагентів.
Цей традиційний при отриманні багатьох
видів конструкційної і функціональної кераміки метод має цілу низку суттєвих недоліків,
головний із яких – тривалість термічної обробки в результаті достатньо великих
розмірів зерен та неоднорідності реагентів, що змішуються. При цьому часто має
місце неконтрольований ріст кристалів і як наслідок, крім хімічної виникає
також і гранулометрична неоднорідність, що в сукупності з анізотропією
кристалів ВТНП призводить до невідтворюваності електричних і магнітних
властивостей. Суттєве значення має також те, що майже всі відкриті насьогодні
оксидні напівпровідники є хімічно складними фазами, тому відмінність
властивостей компонентів ВТНП – фаз, обумовлена їх положенням в таблиці
Менделєєва, робить неможливим існування уніфікованої схеми синтезу керамічним
методом.
З 1987 року і понині велика кількість досліджень
в області технології ВТНП пов’язана з розробленням і застосуванням так званих
хімічних “методів” отримання порошків, які дозволяють підвищити гомогенність
продукту за рахунок практично молекулярного рівня змішування компонентів в
розчині і його зберігання (більшою чи меншою мірою) на наступних стадіях
синтезу. Оксидні порошки характеризуються, як правило, достатньо високою
питомою поверхнею і, як наслідок, активні в процесах твердо-фазної взаємодії та
спікання. Крім того, ефективність хімічних методів проявляється в підвищенні
хімічної однорідності кераміки.
Використання хімічних методів доцільно і
під час реалізації найбільш популярних розплавних методів отримання кераміки,
не зважаючи на істотні нівелювання морфологічних відмінностей порошків з відмінною
передісторією в результаті повного або часткового плавлення. Наприклад, для
визначення природи центрів пінінга важливо мати матеріал з чітко визначеним
вмістом і розподілом домішок, що легше всього досягнути саме хімічними
методами. В багатьох роботах відмічається також можливість контролю розмірів
кристалів вторинних фаз завдяки варіюванню хімічної передісторії [6, 7] або так
званому ефекту топонімічної пам’яті [8]. Життєво важливим є отримання
високоякісних і високодисперсних “м’яких” порошків для отримання довгомірних
композитів “ВТНП – метал”, наприклад, стрічок в срібній оболонці способом
“порошок в трубі” [9]. Оскільки внутрішній поперечний перетин таких композитів
характеризується розмірами порядку десятків або одиниць мікрон, очевидно, що
використання “грубих” та неоднорідних порошків з широкою функцією розподілу
частинок за розміром, отриманих звичайним керамічним методом, просто неможливе.
Із хімічних методів отримання ВТНП (хімічних
методів гомогенізації) слід виділити [10–13 ]:
розпилююче висушування і піроліз аерозолів;
кріохімічну технологію і її модифікації
(методи кріонасичення, кріоосадження, кріозоль метод і т. д.);
RESS – технологію, що заснована на швидкому
розширенні надкритичних розчинів.
Методи співосадження набули широкого
розповсюдження для синтезу різноманітних видів кераміки, тому недивно, що вони
були одними з перших хімічних методів, за допомогою яких стали синтезувати ВТНП
– порошки [1,10]. В результаті правильної організації експерименту у ряді
випадків вдається отримувати однорідну дисперсну суміш солей з заданими
співвідношеннями катіонів. В ідеалі ж оптимальними є такі умови, коли катіони з
розчину осаджуються одночасно і з однаковою швидкістю. Більшість методів
засновані на осадженні карбонвмісних солей (оксалати і карбонати), термоліз
яких завершується при 900–950 оС. На жаль, наявність карбонвмісних солей слід
віднести до недоліків подібних методів із-за небезпеки утворення
оксікарбонатних фаз [14,15].
Із різних варіантів золь – гель методів
особливе розповсюдження отримав цитратний метод [1]. Близьким до нього є метод
полімерних комплексів, який успішно розробляється в багатьох закордонних
лабораторіях. Метод, що розглядається, заснований на здатності α – гідроксикислот
(наприклад, лимонної кислоти) утворювати халатні комплекси з йонами металу і на
утворенні, під час нагрівання останніх до 100–140 оС з багатофункціональними
спиртами (наприклад етиленгліколем), низькомолекулярних олігомерів
(етерифікація). Під час наступного нагрівання до 180–200 оС відбувається
подальша полімеризація і утворюється в’язка смола (гель) з гомогенно
розподіленими атомами металу, розкладання яких призводить до утворення
оксидного порошку.
Окрім цього, метод достатньо простий та
недорогий, так як практично не вимагає застосування апаратури (відсутні
операції центрифугування, фільтрації, промивання, висушування і т. д.), а в
якості вихідних речовин частіше за все використовуються доступні нітрати.
Можливість контрольованого впливу на в’язкість гелю, яку одержують (за рахунок варіювання
співвідношень компонентів, тривалості і температури полімеризації) дозволяє використовувати
зазначений золь–гель метод для отримання не тільки порошків, але й товстих
стрічок, волокон, плоских керамічних форм.
Одними з найбільш розповсюджених на
сьогодні хімічних методів отримання ВТНП – порошків є розпилююче висушування і
піроліз аерозолів [10]. Суть останнього із них в тому, що суміш розчинів солей,
переведена за допомогою ультразвукового розпилювача в стан аерозоля (туману) з
розміром частинок 0,5 – 0,8 мкм, переноситься газом–носієм в гарячу камеру, де відбувається
миттєве (повне або часткове) розкладання, а утворений оксидно – сольовий
продукт збирається на фільтрі під час виходу потоку із зони розкладу.
Змішування компонентів (частіше розчинів
нітратів) на молекулярному рівні, практично миттєве зневоднення і розклад мікрокраплин
аерозолю дозволяє отримати гомогенний продукт, уникнувши характерних для
керамічного методу процесів повторного подрібнення та випалювання, що забруднюють
продукт і призводять до неконтрольованого росту зерен. Разом з тим, отримувані
порошки можуть забруднюватись матеріалом, із якого зроблена камера для розпилення
(високі температури, присутність вільної кислоти). Крім того, для уникнення утворення
барій карбонату, доводиться старанно очищати великі об’єми газ–носія (кисню)
від домішок СО2.
Метод швидкого розширення надкритичних
розчинів [12,13], що використовує підвищення температури та тиск, заснований на
ідеї аномального підвищення розчинності неорганічних сполук у воді (або іншому
розчиннику, типу амоніаку, ксенону і т. д.), яка поміщена в автоклав вище її
критичної точки. Розширення таких “розчинів” в камері з пониженим тиском і
температурою викликає стрімке зниження розчинності і, відповідно, виділення
розчиненої сполуки у вигляді ультрадисперсних частинок (часто у вигляді
рентгеноаморфної фази або метастабільних кристалічних модифікацій). Очевидно,
що використання водних надкритичних розчинів найбільше придатне для отримання
саме оксидних матеріалів [12].
Недоліки більшості методів синтезу ВТНП
порошків, зазвичай можливо усунути при їх синтезі методами кріохімічної
технології [10,11]. Її суть зводиться до отримання високодисперсного і
високогомогенного сольового (а потім і оксидного) прекурсору за допомогою
швидкого заморожування тонко розпорошеного розчину солей (отримання
кріогранулята) і наступного сублімаційного видалення води. При цьому необхідно проводити
експеримент в умовах, які виключають протікання фізико – хімічних процесів, що
призводять до порушення хімічної і гранулометричної однорідності продукту.
Такими процесами можуть бути розшарування розпорошуваних мікрокрапель на
області, яка збагачені і збіднені розчинником, із-за недостатньо високої
швидкості охолодження; підплавлення кріогранулята і, відповідно, сегрегація
компонентів в процесі сублімаційного висушування або при термічній обробці
продукту сублімаційного висушування, і ряд інших.
Для того, щоб отримувати максимально
гомогенний продукт, розчин часто розпорошують на масивну, охолоджену до
температури рідкого азоту металічну пластину; намагаються замінити, де можливо,
розчини нітратів на ацетатні або нітрат – нітритні, проводять висушування в
тонкому шарі при повільному (5/год) нагріванні до 125 оС в струмі аргону [5], а
висушений сольовий продукт розкладають, внесенням у вже нагріту до потрібної
температури піч.
Використання високодисперсних (десятки
нанометрів) і високогомогенних прекурсорів, які приготовані з використанням прийомів
кріохімічної технологій, дозволяє отримувати ВТНП – фази, які дуже важко
синтезувати іншими методами, або стрімко прискорювати фазоутворення. Так, Ві-2223-фаза
була синтезована вже після 12-16 год випалювання (в порівнянні з 200–300
годинними випалюваннями, які застосовуються в керамічній технології), при 750
оС, а Y- 124-фаза була синтезована в результаті випалювання на повітрі при 815
оС (12 год), тобто без зазвичай використовуваного при її синтезі високого (до
100 атм) тиску кисню. Великих успіхів вдалося досягти і під час використання
кріохімічної технології, а також інших методів хімічної гомогенізації, при
отриманні різних гомологів ртутьвмісних ВТНП ампульним методом [5].
Аналіз сучасного стану досліджень ВТНП
дозволяє зробити висновок про те, що оксидні надпровідні матеріали знайдуть
застосування у вигляді плівок. Тому для подальшого прогресу потрібна розробка
відтворюваних технологій їх одержання, які придатні для промислового
масштабування.
Існує достатньо велика кількість технологій
отримання тонких плівок, які умовно можна розділити [1, 16] на фізичні та
хімічні. До перших із них відносяться найбільш розповсюджені імпульсне лазерне
і магнітронне напилення плівок, коли сполука мішені переноситься
мікрокластерами, вибитими високоенергетичним пучком із щільної і хімічно
однорідної мішені, на підложку. Ці методи дозволяють отримувати тонкі плівки
високої якості з рекордними фізичними характеристиками, а також проводити
пошаровий синтез нових структур (структурний дизайн), “збираючи” плівку на
рівні атомних площин.
В той же час, фізичні методи, які дорого
коштують, практично не застосовують для отримання масштабних зразків, і основну
роль в цьому напрямку досліджень відіграють хімічні методи, до яких можна віднести
методи рідкофазної епітаксії (LPE (Liquid Phase Epitaxy)) і методи хімічного
осадження із газової фази (CVD (Chemikal Vapour Deposition)) [16]. Проте, не
дивлячись на низку переваг і значних досягнень, які зроблені останнім часом,
метод осадження із розчину в розплав шляхом рідкофазної епітаксії не знаходить,
поки що, широкого розповсюдження і розвивається завдяки обмеженій кількості
досягнень, які пов’язані з ростом монокристалів. В зв’язку з цим, серед
опанованих методів одержання тонких плівок ВТНП особливий інтерес привертає
метод, суть якого в осадженні на монокристалічних металоорганічних прекурсорів
(MOCVD (Metal–Organic Chemical Vapor Deposition Technique)). Світовий досвід
широкомасштабного застосування метода CVD (на даний час розробка CVD –
технології ВТНП ведеться більш ніж в 40 лабораторіях світу [5], включаючи
лабораторії найбільших електронних фірм) для нанесення епітаксіальних плівок
напівпровідників та оксидних покриттів різного функціонального призначення дає
основу для стверджування, що і в технології плівок ВТНП цей метод з часом стане
одним із основних.
Суть метода MOCVD полягає в тому [1,16], що
металічні компоненти плівки транспортують у вигляді парів металоорганічних
летких сполук в реактор, змішують з газоподібним окисником, після чого
відбувається розкладання парів в реакторі з гарячими стінками або нагрітій
підкладці і утворення в подальшому плівки ВТНП – фази. В якості летких сполук
частіше за все використовують β-дикетони металів. Розробка нових
металоорганічних летких сполук виявилась одним із ключових моментів суттєвого
покращення характеристик і можливостей всього методу MOCVD в цілому, і
безсумнівні успіхи в цьому, належать вітчизняним вченим [1,16,17].
Метод MOCVD дозволяє отримувати тонкі
плівки ВТНП, які порівнюють за своїми характеристиками з плівками, які
отримують фізичними методами, однак до значних переваг цього методу слід
віднести:
універсальність у відношенні складу матеріалів,
що одержуються;
можливість нанесення однорідних за складом
і товщиною одно- та двосторонніх плівок на деталі складної, непланарної конфігурації
і великої площі, включаючи неперервне напилення плівки на довгомірний
металічний носій–стрічку. На відміну від фізичних методів розпилення (де вимога
високого виробництва пов’язана з високою енергією потоку частинок розпиленої
речовини і, як наслідок, з небезпекою порушити технологію і стехіометрію вже
утвореної плівки) в методі CVD підвищення виробництва досягається за рахунок
збільшення тиску пари леткої сполуки і/або збільшення швидкості потоку
газ–носія;
можливість досягнення більш високих швидкостей
осадження (до декількох міліметрів за годину) при збереженні високої якості
плівки;
перехід від високовакуумної апаратури до
проточних установок, які функціонують при тиску 10 – 3 -1 атм., простота та
дешевизна обладнання в порівнянні з фізичними методами;
гнучкість процесу на етапі налагодження
технологічного режиму, в першу чергу – за рахунок зміни складу парової фази.
Крім значних переваг, метод MOCVD мав і ряд
недоліків, що нівелювались в процесі його оптимізації. До основної і загальної
для всіх методів отримання тонких плівок відноситься проблема вибору підкладок,
які повинні бути:
достатньо хімічно інертними, щоб усунути
забруднення ВТНП – фази сторонніми компонентами;
До того ж, матеріал підкладки повинен
володіти низкою специфічних фізичних властивостей, а саме:
мати достатню малу (< 2 %) розбіжність
параметрів кристалічної решітки з плівкою, що осаджується, щоб забезпечити епітаксіальний
ріст;
володіти близьким до ВТНП – фази
коефіцієнтом термічного розширення (КТР), щоб попередити утворення мікротріщин
у плівці за рахунок стискуючих і, особливо, розтягуючих чинників при зміні
температури;
не мати фазових переходів типу
двійникування, які можуть суттєво погіршити морфологію плівки;
мати низьку діелектричну проникність і
тангенс діелектричних втрат, що дасть можливість використовувати їх в
мікрохвильовому обладнанні і приладах мікроелектроніки.
На жаль, практично жодна із відомих
підкладок не задовольняє повністю всі перераховані вимоги. До найбільш
розповсюджених підкладок можна віднести SrTiO3, NdGaO3 та LaAlO3. Останнім
часом крупні кристали Y123, Nd123 використовувались для гомоепітаксії R123
ВТНП–плівок, але такі монокристалічні підкладки є надпровідниками, а не
діелектриками і володіють тетра-орто переходом з утворенням двійникової
структури. Більш перспективним є використання не надпровідних тетрагональних
твердих розчинів типу Pr1+xBa2-xCu3Oz, в якому не відбувається двійникування.
Великий інтерес становить застосування діелектричних монокристалів Nd1.85Ba1.15Cu3Oz
, які характеризуються високим ступенем ромбічності, відсутністю тетра-орто
переходу, та таких, що демонструють близькі КТР і високу відповідність
параметрів з ВТНП – плівками R123 фаз, а також низький ступінь кисневої не
стехіометрії.
Друга, хімічна, проблема – управління
катіонною та аніонною стехіометрією плівки. Так як процес осадження із газової
фази має інконгруентний характер, він залежить від цілої низки факторів,
включаючи температуру, загальний тиск, парціальний тиск кисню, вуглекислого газу
і води (продуктів окиснення органічної частини сполук), швидкість потоків і
гідродинамічний їх розподіл в реакторі і над підкладкою, загальний склад і
однорідність змішування летких компонентів в газовій фазі тощо. Найбільш
перспективний шлях задавання складу пари – миттєве випаровування суміші летких
речовин з одного джерела. Цього досягають [16] використовуючи аерозоль, який
отриманий із розчину металоорганічних сполук в органічному розчиннику або при
автоматизованому імпульсному випаровуванні мікропорцій суміші металоорганічних
сполук з стрічкового поживника.
Особливості першого методу полягають в
сильному впливі парів розчинника на процес осадження плівок (термічний ефект
окиснення розчинника, зниження парціального тиску кисню, підвищення
парціального тиску вуглекислого газу та води). Проведений термодинамічний
аналіз звів ці ефекти до мінімуму і дозволив оптимізувати умови осадження
плівки в реакторі з холодними стінками і індукційним нагріванням підложки [1,16].
При цьому ρCO2 < 10–5 атм. і не шкодить фазоутворенню YBa2Cu3Oz при
температурах < 800оС. Використання аерозольного джерела дозволяє досягнути
високих швидкостей осадження, забезпечуючи [17] одночасно хороше відтворення
складу і морфології плівок R123 і Bi2212.
Другий метод, що використовує комп’ютерне керування
процесом, полягає в нанесенні краплин органічного розчину, що містить леткі
комплексні сполуки металів, в заданому співвідношенні на транспортерну стрічку
із скловолокна. Пар, утворений за допомогою імпульсного нагрівання стрічки в
вакуумній камері, направляється до підложки. Дозволяючи легко змінювати
кількість речовин, що випаровуються за один імпульс, і склад пари від імпульсу
до імпульсу, цей метод виявився надзвичайно зручним для отримання багатошарових
плівкових структур складного хімічного складу [16].
Третя проблема, яка властива виключно
MOCVD, полягає в цілеспрямованому пошуку речовин, які володіють високою і
відтворюваною леткістю. Зазвичай найбільші труднощі пов’язані з переносом барію
через парову фазу. Такі комплекси барію олігомеризовані як в твердій, так і в
паровій фазі із-за координаційної ненасиченості Ba2+ і високої йонності зв’язку
барій-кисень.
Четверта, технологічна, проблема пов’язана
з необхідністю створення оптимальної морфології плівки. Так, при дослідженні
впливу різних факторів на орієнтацію плівок виявлено, що введення надлишку сполук
вісмуту і міді при рості плівок Ві2212 ВТНП сприяє формуванню зорієнтованих
плівок, в то й час як введення надлишку лужноземельного елемента призводить до
α-орієнтації плівки [17]. Вказане явище пов’язане з тим, що надлишок
вісмуту і міді призводить до утворення рівноважної рідкої фази, або зміщує
фігуративну точку складу до областей, де повинен бути присутнім розплав. Це
підвищує рухливість компонентів плівки і сприяє формуванню термодинамічної
більш стійкої С-орієнтації, в той час як в умовах кінетичного контролю
реалізується α-орієнтація. Даний факт підтверджується експериментами з
рідкофазної епітаксії. В загальному випадку, морфологія (полікристалічність,
планарність, орієнтація плівки, наявність мікровключень не надпровідних фаз,
мікротріщин і ін.) залежить від багатьох технологічних факторів, які повинні
бути ретельно оптимізовані.
Серед найбільш актуальних задач технології MOCVD-плівок,
що очікують вирішення, слід виділити:
нанесення плівок RBa2Cu3O7–x на
бікристалічні підкладки (SrTiO3 сапфір) і формування на їх основі певного виду структур
(магнітометри і ін.);
отримання плівок ВТНП на підкладках великої
(діаметром до 70 мм) площі;
вирішення проблеми двохстороннього in-situ нанесення
плівок;
досягнення високих надпровідних
характеристик в тонких плівках ВТНП на традиційних для електронної техніки
підкладок (R-сапфір, Si) з використанням високоякісного буферного шару GeO2.
Останнім часом увагу привертають плівки
різних “легких” РЗЕ–123, оскільки у них можуть проявлятися ефекти пінінга на
передвиділеннях продуктів фазового розпаду, а також ефекти стабілізації
метастабільних фаз, підсилення критичних струмів в твердих розчинах. Друга
актуальна і масштабна задача, у вирішенні якої технологія CVD без сумніву
виявиться ключовою – отримання покриттів з високою струмонесучою здатністю на
покритих буферним шаром гнучких металічних стрічках із нікелю і його сплавів,
текстурованих шляхом прокатування і випалювання (RABiTS (Rolling Assistant
Biaxially Textured Substrates)).
1.3 Крупонкристалічна кераміка і
монокристали. Особливості матеріалів на основі крупнокристалічної кераміки.
Реальна структура
Створення будь – якого матеріалу, як
правило, базується на ідеї реальної структури з декількома ієрархічними
рівняннями [18]. Мікрорівнем структурної організації високотемпературних
надпровідників, який відповідає за їх фундаментальні властивості, є базова
кристалічна структура. Специфіка мезорівня полягає в тому, що окремі кристаліти
завжди небездоганні і розділені протяжними дефектами на більш дрібні
субкристаліти (блоки мозаїки, області когерентного розсіювання). Нарешті, під
макрорівнем розуміється ансамбль кристалітів (зерен, гранул) і пор.
Основним мікроструктурним мотивом
крупнокристалічної кераміки є ансамбль крупних (в залежності від умов синтезу
таких, що досягають величини 0,5 – 5 см.) псевдомонокристалічних утворень,
розділених висококутовими гранями. Кожне таке утворення, не є істинним
монокристалітом, а являє собою пакет тонких (5-50 мкм.) пластин YBa2Cu3O7–δ
“ламелей”, в якому відношення довжини до товщини досягає приблизно 1000.
Розміщені паралельно один до одного пластини розділені малокутовими межами.
Також треба відмітити, що реальна структура розплавних ВТНП- матеріалів
характеризується наявністю різних протяжних дефектів, в тому числі: меж
двійників, ультрадисперсних включень не надпровідних фаз, різних типів мікро- і
макротріщин, що виникають із-за низьких пластичних властивостей фази
YBa2Cu3O7–δ , підвищеної концентрації дислокації. В принципі важливим є
врахування всіх рівнів організації мікроструктури ВТНП-матеріалів, між тим в
літературі найбільш детально розглянуті лише склад, структура граней і природа
різноманітних дефектів, проте варто враховувати і такі важливі параметри, як
пористість і густина кераміки, а також розмір кристалітів і пор.
Реальну структуру розплавних
ВТНП-матеріалів можна прирівняти до крупнодоменної системи, що володіє яскраво
вираженими “колективними” надпровідними властивостями, тобто значно більш високими
інтегральними надпровідними характеристиками, які обумовлені специфічним
механізмом кристалізації перитектичного розплаву [6, 19]. Так, збільшення
загальної густини зразків в результаті проведення кристалізації усуває
перешкоди для протікання струму, які характерні для твердо-фазного синтезу.
Створення “псевдокристалічних доменів” перетворює останнє в макроскопічне
утворення з потенційно високими значеннями циркулюючого усередині критичного
струму. Нарешті, наявність великої кількості дефектів структури (включень,
дислокацій, малокутових границь) сприяє виникненню нових центрів пінінга. На
жаль, в матеріалах з розплавленою передісторією тільки маленький рівень
структури може формуватися самочинно і характеризується високими надпровідними
параметрами. Інші ієрархічні рівні структури, що забезпечують утворення
високоякісних матеріалів, можуть бути сформовані тільки шляхом спеціальних
технологічних дій.
Створення ефективних центрів пінінга
відіграє важливу роль і в отриманні ВТНП-матеріалів з високими значеннями
транспортного крітструму, однак найбільше значення в даному випадку має
досконалість міжкристалічних меж і їх “прозорість” для проходження струму. Як
вже відмічалося, оксидні надпровідники мають аномально низькі значення довжини
когерентності. В силу цього, між кристалітами виникає два типи зв’язку: так
звані “сильні” зв’язки, (що являють собою звичайні міжзернові фазові контакти
типу міжкристалічних перешийків); та “слабкі ” зв’язки (що являють собою, в
загальному випадку, розрив фазової суцільності, довжина якої l порівнювана з
величиною ζ ). Причинами фазового розриву може бути утворення локального
порушення стехіометрії, виникнення аморфних областей на межі кристалітів або
поява мікротріщин, а також висока кристалографічна анізотропія ВТНП і
просторова розорієнтація кристалів.
Ансамбль кристалітів, що формуються і
виникають на ранній стадії кристалізації розплаву, складається із зразків
орієнтованих в напрямку осі с, але розорієнтованих в площині аb, як це витікає
із механізму утворення фази 123. При наступному рості і коалесценції частинок
такого ансамблю утворюються висококутові межі, паралельні осі с (twist
boundary). Для отримання максималь
Похожие работы на - Синтез та дослідження властивостей неорганічних сполук синтезованих на основі LaBa2Cu3O7 та SmBa2Cu3O7 Дипломная (ВКР). Химия.
Реферат: Психология бюрократии
Сочинение Мокрая Терраса Герасимов 6
Курсовая Работа На Тему Маркетинговые Факторы Управления Жизненным Циклом Товара
Квадратурная амплитудная модуляция
Дипломная работа по теме Організація обліку, аналізу та аудиту депозитних операцій банку
Реферат: Хуожественная литература в Рунете. Формы хранения и способы функционирования. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат по теме Капитализм в Европе
Реферат: Координационные способности
Применение Теории Систем В Различных Науках Реферат
Реферат: Беннет, Херст и Пулицер – новаторы в области печати. Скачать бесплатно и без регистрации
Должен Ли Гражданин Государства Быть Патриотом Эссе
Книга: Натали
Сочинение На Тему Жестокие Времена
Эссе Деньги Делают Деньги
Реферат: Сперанский - святило российской бюрократии
Курсовая работа по теме Управление финансовыми ресурсами предприятия
Реферат: Ассортимент, качество, экспертиза макаронных изделий и трикотажных товаров
Лекция по теме Петр Ильич Чайковский
Сочинение: Сочинения по украинской литературе для выпускников средних школ
Сочинение На Тему Мое Отношение К Чичикову
Курсовая работа: СМИ и их роль в политической системе зарубежных государств
Реферат: Квазары
Реферат: Анализ следов веществ