Nanostructure of Superconducting Tapes: a study by electron microscopy

Datum: 27 februari 2017

Locatie: UAntwerp, Campus Groenenborger, V0.09 - Groenenborgerlaan 171 - 2020 Antwerpen (route: UAntwerpen, Campus Groenenborger)

Tijdstip: 14 uur

Organisatie / co-organisatie: Departement Fysica

Promovendus: Alexander Meledin

Promotor: Gustaaf Van Tendeloo

Korte beschrijving: Doctoraatsverdediging Alexander Meledin - Faculteit Wetenschappen,Departement Fysica



Abstract

Sinds de ontdekking van supergeleiding in het begin van de 20e eeuw door Kamerlingh Onnes zijn er grote inspanningen gedaan om toepassingen te ontwikkelen voor het alledaagse leven. Op dit moment worden er voornamelijk supergeleiders met een lage kritische temperatuur gebruikt in supergeleidende draden. De tweede generatie van hogetemperatuursupergeleiders (HTS) is echter reeds in volle ontwikkeling.

Tweede generatie HTS geleidingstapes hebben een complexe architectuur die bestaat uit verscheidene lagen. Afhankelijk van de preparatiemethode kan de finale structuur en de morfologie van elke laag variëren, wat leidt tot een verbetering of degradatie van de finale eigenschappen van het product.

TEM is een uitstekende, krachtige methode en een uniek werktuig voor een complete karakterisatie van materialen tot op atomaire schaal. Het levert technieken voor de observatie van de gehele morfologie door beeldvorming bij lage vergroting, een studie van de kristalstructuur en defecten met behulp van diffractie en beeldvorming met een atomaire resolutie, alsook chemische informatie door middel van X-straal en elektron energieverlies spectra.

Verscheidene enkelvoudige La2-xGdxZr2O7 (LGZO) lagen en dubbele pure La2Zr2O7 (LZO) op LGZO bufferlagen met verschillende Gd concentraties op Ni5%W substraten werden bestudeerd. De Gd concentratie had een sterke invloed op de ruwheid van de enkelvoudige LGZO bufferlaag. Het gebruik van een LGZO kiemlaag verminderde ook de ruwheid van de LZO laag die bovenop aangebracht is. De porositeit van de bufferlagen werd ook nagegaan. De dubbele LZO/LGZO bufferlaag architectuur leidde tot een duidelijke verbetering van de prestaties van de supergeleidende tape.

We onderzochten de door chemical solution deposition (CSD) voorbereide YBCO – gebaseerde nanocomposieten met ex situ toegevoegde MnFe2O4 nanodeeltjes, welke dienen als pinning centers. Het gedrag van de deeltjes werd nagegaan tijdens de preparatie en voor het finale product. Deze procedure was echter niet uitgelopen zoals verwacht, en met TEM hebben we de oorzaken hiervan onderzocht. Dit heeft de evolutie van de spinel nanodeeltjes gedurende de syntheseprocedure verduidelijkt.

Vervolgens bestudeerden we een CSD YBa2Cu3O7 (YBCO)-gebaseerd nanocomposiet met ex situ ZrO2 nanodeeltjes. Door gebruik te maken van elektronenmicroscopie waren we in staat om de verbetering van de pinningskracht in de nanocomposieten te verklaren, ondanks de transformatie van de ex situ nanodeeltjes in een BaZrO3 fase.

Het laatste deel is toegewijd aan de studie van uitstekende industriële tapes met hoge 'in-field' stromen. Een elegante “bloemenbos”-achtige micro- en nanomorfologie van de BaZrO3 nanokolommen werd geobserveerd in de supergeleidende laag en verbonden met de prestaties van de draden. De gevonden morfologie bleek verantwoordelijk voor de goede prestaties. We konden ook aangeven dat er nog ruimte is voor verbetering en het aantal pinning centers te verhogen.



Url: http://---