Ю.Д. Третьяков - Микро- и наномир современных материалов (975562), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Отчасти,интересбылподогретяпонскимиисследователями, которые имеют патентименно на этот ВТСП состав и способ егополучения (ОCMG - Oxygen-Controlled-MeltGrowth). Известно, что предыдущий лидер,Y123, опутан американскими патентами.Отсюда - специфический коммерческийинтерес японцев именно к неодимовомусоставу.
Тем не менее, факт остается фактом– только на Nd123 удалось к настоящемувремени химическими методами добитьсярезультатов, сопоставимых по эффекту своздействиемгромоздких,дорогихитруднодоступныхметодовфизическогоформирования центров пиннинга (например,путем облучения нейтронами или ионнойбомбардировкой).
Даже давно витавшая ввоздухе«химическая»идеясозданиядефектов структуры путем введения в Y123оксида урана и последующего внутреннегооблучения сверхпроводящей матрицы при егораспадеоказаласьнеэффективнабезпоследующегооблучениянейтронами.Дополнительными преимуществами фазыNd123 являются также ее более высокаяхимическая стабильность и более высокаяскоростькристаллизации(принезначительном - по сравнению с иттрием увеличением стоимости РЗЭ).Новые центры пиннинга в Nd123формируются в процессе расслаиванияпересыщенного твердого раствора. На первыхэтапах этого процесса в сверхпроводящейматрице возникают нанофлуктуации состава,такназываемыехимические«волны»отношенияконцентрацийNd/Baбезобразованиягетерогенныхграниц.Врезультате в основной сверхпроводящейматрицеобразуютсягомогеннораспределенные когерентно сросшиеся с нейучастки твердых растворов с инымхимическимсоставом.Такиеучасткиобладают достаточной протяженностью имогут выступать во внешнем магнитном полекак эффективные центры пиннинга.
Приненулевоммагнитномполесверхпроводимость в них резко подавляется,вызывая пик-эффект. Благодаря этим новымтипам пиннинга линия необратимости вобразцах Nd123 смещается в магнитные полявыше 8Тл при 77К (рекордное значение длясверхпроводников R123-типа).28Сверхпроводник второго рода + малая длина когерентности (0.2 нм, «слабыесвязи») + анизотропия = центры пиннинга (несовершенства) + чситыемежзеренные границы + взаимная ориентация зерен (двуосное текстурирование)Реальная (иерархическая) структура ВТСП-керамики.Нанофлуктуации состава в Nd1+xBa2-xCu3Oz, приводящие к пик-эффекту.29СамотекстурированиеСеребряная лента с искусственным (полосчатым) рельефом поверхности, двуосно-текстурирующимкристаллы ВТСП фазы YBa2Cu3Oz.Наряду с обычными методами получениякрупнокристаллической керамики, наиболееперспективнымивыглядятпоследниеразработки, позволяющие получать ВТСПматериалы сложной формы и (или) в видетолстопленочных покрытий.
К этим методамотносится, в первую очередь, метод пропиткивысокотемпературным купратным расплавомткани, состоящей из волокон оксида иттрия,или керамической «пены», приготовленной сиспользованиемпорошкаY2BaCuO5,органической связки и полимерной матрицы,тоестьприпомощисовременнойкерамической технологии, известной и длядругих систем.
При охлаждении системыY2BaCuO5-расплавнесверхпроводящиеоксиды превращаются в сверхпроводящийРЗЭ-бариевый купрат за счет реакции срасплавом.Введениеориентированныхзатравокинициируетнаправленнуюкристаллизацию сверхпроводящей фазы ссохранением геометрических особенностейформыобразца,чтоприводитксверхпроводнику сложной формы в видеткани, пены и т.д.Основнойсложностьюсозданиясверхпроводящихматериаловявляетсявысокая анизотропия физических свойствэтих материалов.
Например, в случае иттрийбариевогосверхпроводящегокупратаразориентация кристаллитов лишь на 5-10градусов может привести к падениютранспортного критического тока (основнойпрактическиважныйпараметрдлябольшинствапрактическихпримененийВТСП) не просто в несколько раз, а напорядки величины. В результате дляпрактическогоиспользованиясверхпроводящихматериаловтребуетсятехнически сложная процедура созданиядвуосно- текстурированных слоев, а длянекоторых применений - еще и на гибкихдлинномерных подложках. Естественныйкомпромисс между высоким удельным иабсолютным значением тока достигается втолстых ВТСП пленках. Важно найтиподходящий способ текстурирования создания одной и той же ориентациикристаллитов в поликристаллическом теле.Уникальнымявляетсяприемнаправленной кристаллизации РЗЭ-бариевыхкупратов на металлической подложке вискусственносозданномградиентеконцентрации РЗЭ-элементов.
Использованиеконцентрационныхградиентовявляетсяэффективным способом контроля ориентациикристаллитов в толстых пленках в силубольшой величины локально создающихсяпересыщений (переохлаждений) системы.Такая лента на всем ее протяжении можетсостоять из слоя эмульсионно- илиаэрозольно-осажденной фазы Y2BaCuO5,котораявпоследствиипропитываетсярасплавом. Вдоль основного слоя при этомрасполагаетсязатравочнаяполосаизполикристаллического порошка фазы30Структурно-чувствительные свойства ВТСП.Способы текстурирования функциональных материалов31NdBa2Cu3Oz и, с противоположнойстороны, - полоса фазы Yb2BaCuO5,усиливающая концентрационный градиент ипредотвращающая образование ВТСП-фазы вприлегающей к ней области.
При охлаждениисистемы после пропитки расплавом околозатравочнойполосыначинаютобразовываться кристаллиты ВТСП-фазы,имеющие, как и затравки, произвольныеначальные ориентацию и направление роста.В процессе роста таких кристаллитоввыживаетнаиболеебыстрорастущеенаправление и тем самым происходитгеометрическая селекция кристаллитов. Какрезультат, пространственное развитие всегоансамбля кристаллитов после переходнойзоны происходит согласованно, в одном и томженаправлении.Экспериментальноеподтверждениеэффективностиприематекстурированиятолстыхпленоксиспользованиемконцентрационногоградиента открывает широкие перспективыдля создание новых технологий созданиятекстурированных слоев функциональныхматериалов.Наиболее популярный в настоящее времяметод эпитаксии эффективен лишь длятонких (~1мкм) пленок при использованиидорогих монокристаллических подложек.Кроме того, методы осаждения тонких пленоксами по себе достаточно дороги и трудоемки.Cоздать альтернативную технологию удалосьсовместными усилиями ACCESS (Центр поисследованию процессов кристаллизации вкосмическомпространстве(Аахен,Германия)) и химического факультета МГУ.Для текстурирования толстых (~50-100мкм)пленок использовали гибридный подход –ориентирующеевлияниеподложкииформирование крупных зерен из расплава.Оригинальность методики в том, чтосоответствующий симметричный рельеф,повторяющий симметрию (канавки иликвадратная насечка) и типичный размер (0.11мм) кристаллизующейся фазы YBa2Cu3Ozформировали искусственно на поверхностиленточной подложки из достаточно дешевогопромышленногополикристаллическогонетекстурированногосеребра.Созданиетакого поверхностного рельефа обеспечиваетвзаимную ориентацию в плоскости (ab) до90% растущих из расплава кристаллитов.В основе метода лежит целый рядфизико-химических явлений: специфическиеаспектысмачивания,поверхностногонатяженияимениска,гетерогенногозародышеобразования,перераспределениякомпонентоврасплава;капиллярныеэффекты; эффекты кристаллизационногодавления; топографическое влияние стенокэлементов рельефа.
Процесс достаточноуниверсален и позволяет текстурироватьсовершенноразличныематериалынапрактически произвольных подложках. Придетальной и тщательной проработке он можетпривести к полному текстурированиюматериала поликристаллического слоя всоответствии с симметрией расположенияискусственных элементов рельефа.Это явление называют по-разному:«графоэпитаксия», «графотекстурирование»,флюиднаясамосборка,микрореплики,однако, вероятно, недалек тот день, когдаподобныенаукоемкие«гибридные»технологииначнутприноситьсвоипрактическиедивиденды.Апока«самосборка»представляетсобойперспективную область исследований дляспециалистов самого различного профиля.Сверхпроводящая керамическая пенаожидать для фазы Bi2212, имеющейпроблемы с центрами пиннинга при таких«высоких» температурах, 2. имеет достаточновысокое электрическое сопротивление прикомнатной температуре, чтобы рассеять втепло энергию сверхкритического тока, 3.быстропереключаетсяизивсверхпроводящее состояние.
Последние двасвойствавзначительнойстепениусиливаются тем уникальным фактом, чтопена содержит открытые поры, в которыхнаходится хладогент, иными словами, всевремя есть непосредственный контакт сжидкимазотом,чемкомпенсируетсятеплоемкостьнеудовлетворительнаякерамики в «объемном» виде.Литература1. E.A. Goodilin, E.S. Reddy, J.G. Noudem,M. Tarka, G.J.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
