有关钇钡铜氧（YBa₂Cu₃O₇）中O元素的扩散的研究

摘要

钇钡铜氧(YBa₂Cu₃O_7-δ,YBCO)作为典型铜基高温超导体（High-Temperature Super conductor,HTS）,因其高临界温度（Tc>77 K）和强场载流能力,在核聚变装置及高场磁体系统中展现重要应用潜力.在接头制作,导体生产等应用过程中,离不开焊接等热处理过程,然而,其超导性能对温度高度敏感,高温处理后YBCO中氧化学计量会发生变化,Cu-O链的氧空位会显著降低载流子浓度并引发正交-四方相变,导致T_c急剧下降甚至超导态消失.本研究通过球差校正透射电镜（JEM-NEOARM）结合能量色散X射线光谱仪（EDS）,系统揭示了不同热处理过程中氧元素在YBCO多层结构中的扩散路径及其对Cu迁移的协同作用机制.实验表明:（1） 200℃热处理3小时后,氧沿Ag晶界扩散并与Cu结合生成Cu₂O;（2）当温度升至300℃时,氧扩散速率提升,除Ag晶界外,Ag-YBCO界面处亦形成Cu₂O纳米颗粒.原子尺度表征证实,Cu₂O的立方晶格（a=4.252?）优先沿[110]和[100]晶向生长,且其体积分数随温度升高而增加.进一步分析表明,氧的外扩散降低了Cu迁移的活化能,从而促进其沿Ag晶界渗透,这一现象符合Kirkendall效应机制.研究从原子尺度揭示了不同热处理机制下YBCO中氧-铜协同扩散的动态过程,为优化高温超导材料在实际中的应用提供了关键理论依据.

关键词

高温超导 / YBCO / 电子显微镜 / 微观结构