Optimisation of CSD buffer layers for YBa(2)Cu(3)O(7) coated conductor development

Las cintas superconductoras de alta temperatura (HTS) han emergido como materiales prometedores para sus uso en el campo de l'energía puesto que permiten reducir a mitad el tamaño de los equipos de energía eléctrica respecto a los convencionales, reducir las pérdidas de energía, aumentar la efi...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: Cavallaro, Andrea
Tipo de recurso: tesis doctoral
Estado:Versión publicada
Fecha de publicación:2005
País:España
Institución:CBUC, CESCA
Repositorio:TDR. Tesis Doctorales en Red
OAI Identifier:oai:www.tdx.cat:10803/3218
Acceso en línea:http://www.tdx.cat/TDX-0627106-152659
http://hdl.handle.net/10803/3218
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:Superconductor
CSD
Buffer Layer
Ciències Experimentals
537
Descripción
Sumario:Las cintas superconductoras de alta temperatura (HTS) han emergido como materiales prometedores para sus uso en el campo de l'energía puesto que permiten reducir a mitad el tamaño de los equipos de energía eléctrica respecto a los convencionales, reducir las pérdidas de energía, aumentar la eficacia en la generación, la transmisión y la distribución de la misma, y así la reducir el impacto ambiental.<br/>Sin embargo, diversamente de los conductores típicos, los materiales superconductores basados en óxido son frágiles, se dañado fácilmente y son así difíciles de procesar. Hasta ahora ha sido posible producir longitudes de un kilómetro de cables HTS de primera generación, para el uso en el trasporte de corriente eléctrica. Las cintas superconductoras de YBCO, por ejemplo, pueden soportar altas densidades de corrientes críticas y por esto representan un candidato prometedor en el trasporte de electricidad.<br/>Uno del los substratos disponible para suportar el superconductor es un acero policristalino con una película epitaxial de YSZ en cima, YSZ(IBAD)/Stainless. El segundo que hemos utilizado es el NiO(SOE)/Ni(Rabit), una cinta de nickel previamente texturada por laminación y sucesivamente oxidata de manera controlada. Numerosas técnicas están disponible para la deposición de YBCO epitaxiale, nosotros elegimos el proceso más barato y industrialmente interesante: la técnica sol-gel. Para evitar la interacción entre el YBCO superconductor y el substrato epitaxial, evitando así la reducción de la corriente que el superconductor puede trasportar, es importante interponer un material inerte que transfiera su epitaxia al YBCO; este clase de películas se llaman capas tampón. <br/>El objetivo principal de esta tesis ha sido optimizar el crecimiento de las capas tampón por técnica química y finalmente estudiar la deposición del YBCO por TFA sobres esas muestras optimizadas. Las capas de cerámica que hemos estudiados han sido: CeO2, BaZrO3, CaZrO3, SrZrO3, SrTiO3, BaCeO3 , y depositadas por el método químico: metal 2-4-&#61538;-diketone disuelto en ácido acético, o los metales isopropoxidos disuelto en metanol. Por depositar las soluciones precursoras hemos utilizado la técnica de spin coating. Controlando los diversos parámetros, velocidad, aceleración y la concentración de la solución obtuvimos películas homogéneas con diverso grosor. La fase de la cristalización se alcanza en un horno donde se controla l'atmósfera, la temperatura y la velocidad de calefacción. Durante esta investigación hemos adquirido un conocimiento total del acrecimiento de las películas delgada de MOD-CeO2. De una combinación de las análisis de TEM, de XRD y de RHEED observamos que el mecanismo de crecimiento tiene un comportamiento anómalo comparado con el otro materiales crecidos con la misma técnica.<br/>En este proceso de síntesis de la ceria, la nucleation homogénea de hecho esta favorita debido al bajo valor de Tnuc./Tmel ceria (Tnuc./Tmel=0.21). Solamente los granos nucleados sobre el substrato resultan texturados. La dependencia del tamaño de grano con temperatura sigue una relación de tipo Arrhenius, características de un crecimiento 3D del grano. Los análisis de EELS revelaron una fracción significativa de C residual que adorna los límites de grano, es probable que el crecimiento del límite de grano se quede bloqueando debido estas impurezas.<br/>Un proceso del recocido en aire a posteriores, ha demostrado la posibilidad de crecer las películas de CeO2 totalmente epitaxiales. Los análisis de EELS de tales muestras tratadas en oxígeno demuestran claramente que los límites de grano quedan limpios de las impurezas de C, desbloqueando así el crecimiento del grano. Después de un proceso largo de optimización de los parámetros de síntesis, podemos ahora controlar exactamente el crecimiento epitaxiale de la ceria. Se ha verificado que el óxido del cerio se puede crecer en YSZ(IBAD)/SS con solamente la orientación (00l). Para preservar la cinta del metal contra la oxidación, el proceso optimizado se ha adaptado a la deposición sobre substrato de acero inoxidable reduciendo la temperatura de síntesis a 900ºC. <br/>Hemos optimizado también la preparación de SrTiO3(STO) y BaZrO3(BZO) sobre MgO y YSZ mono-cristales y en seguida también sobre YSZ(IBAD)/SS y NiO(SOE)/Ni.<br/>La arquitectura más prometedora resultó ser STO/BZO/NiO(SOE)/Ni. Por ultimo depositamos YBCO por método TFA (Trifluoracéticetatos) sobre las capas tampones optimizadas. Una muestra de TFA-YBCO sobre CeO2/YSZ(IBAD)/SS preparada en aire a 900ºC en 8 h ha dato como resultado una densidad corriente crítica, Jc de 7 MA/cm2 a 5K, y 6·105A/cm2 a 77K. Estos valores están cerca de objectivo de un millón A/cm2 a 77K. Los experimentos sobre las capas tampón de BZO y de STO han demostrado la posibilidad de usar este sistema doble sobre NiO(SOE)/Ni como plantilla alternativa para el crecimiento de YBCO. Alcanzado una densidad de corriente crítica de Jc(5K) = 5·105A/cm2 con la mejor muestra de YBCO/STO/BZO/NiO(SOE)/Ni.

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