Cl添加による希土類系高温超伝導体薄膜の結晶成長過程の解明と機能改善

通过添加Cl阐明稀土基高温超导薄膜的晶体生长过程和功能改进

• 批准号: 16H07161
• 负责人: 元木 貴則
• 金额: $ 1.91万
• 依托单位: Aoyama Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-08-26 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16H07161/
• 关键词: 高温超伝導体; 薄膜材料; 塩素添加; フッ素フリーMOD法; 配向促進; 酸塩化物; 超伝導材料

低コストで環境負荷が小さく、高速で成膜が可能な手法であるフッ素フリーMOD法を用いて、高特性な希土類系高温超伝導(RE123)薄膜の作製指針を確立した。具体的な成果は以下のとおりである。①原料への塩素添加によって、RE123超伝導層の配向性が大きく改善することを示し、透過電子顕微鏡等を用いた組織観察を行うことでその配向特性改善機構の一端を明らかにした。塩素添加で生成する酸塩化物(Ba2342)が配向改善に核となる役割を果たしていることを結晶構造と実際の組織観察の両面から解明し、これまでにない新たな薄膜材料全般の配向制御手法となりうることを示した。今後このような塩素添加手法を用いて、超電導薄膜材料のさらなる機能開拓を押し進めたい。②希土類元素(RE)としてイットリウム(Y)およびガドリニウム(Gd)をそれぞれ用いて、どちらも塩素添加を行うことで高度に配向制御されたRE123薄膜を作製することに成功した。全行程が非真空プロセスの溶液法を用いても、高速・低コストで高特性な超伝導薄膜の作製が可能であることを示した。③実用化を視野に入れた長尺化可能な金属基板を用いても、この塩素添加技術が極めて有効であることを示した。酸塩化物Ba2342を薄膜中に導入することによって、配向膜の得られる成膜条件が大きく低温側に拡大することを明らかにし、フッ素フリーMOD法を用いて液体窒素温度で100Aを超える電流を通電可能な薄膜材料の作製に成功した。以上の内容について、学術論文投稿、国内学会、国際学会等での発表を行った。

采用无氟MOD法，这是一种低成本、低环境影响、可高速形成的方法，我们建立了制造高性能稀土基高温超导（RE123）薄膜的指南。具体结果如下。 ① 我们发现，通过在原料中添加氯，RE123超导层的取向性得到了极大的改善，并且通过使用透射电子显微镜观察结构，我们阐明了改善取向性的部分机制。我们从晶体结构和实际微观结构观察中阐明了氯添加产生的酰基氯（Ba2342）在改善取向方面起着核心作用，并开发了一种前所未有的控制薄膜材料取向的新方法。是可能的。未来，我们希望利用这种加氯方法进一步开发超导薄膜材料的功能。 ②通过使用钇（Y）和钆（Gd）作为稀土元素（RE）并向两者添加氯，我们成功地制备了取向高度受控的RE123薄膜。我们已经证明，即使使用所有步骤都是非真空工艺的溶液方法，也可以高速、低成本地制造高性能的超导薄膜。 ③ 我们已经证明，即使使用可以制成长长度的金属基材以进行实际应用，这种氯添加技术也非常有效。通过在薄膜中导入酰氯Ba2342，形成取向膜的成膜条件大幅向低温侧扩展，使用无氟MOD在液氮温度下施加超过100A的电流我们成功地创造了一种可行的薄膜材料。针对上述内容，我们提交了学术论文并在国内和国际会议上发表。

项目成果

Largely Expanded Sintering Conditions Achieved by Cl-addition to Fluorine-Free MOD Processed YBCO Films

通过向无氟 MOD 处理的 YBCO 薄膜中添加 Cl，大大扩展了烧结条件

• 发表时间: 2016
• 作者: T. Motoki;S. Ikeda;G. Honda;T. Nagaishi;S. Nakamura;T. Doi;J. Shimoyama
• 通讯作者: J. Shimoyama

フッ素フリーMOD法YBCO薄膜へのオキシハライド導入効果

无氟MOD YBCO薄膜中引入卤氧化物的效果

• 发表时间: 2017
• 作者: 元木 貴則，池田 周平;中村 新一;本田 元気;永石 竜起;土井 俊哉;下山 淳一
• 通讯作者: 下山 淳一