URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  
Обложка Гоял А. Токонесущие ленты второго поколения на основе высокотемпературных сверхпроводников. Пер. с англ.
Id: 82924
 
599 руб.

Токонесущие ленты второго поколения на основе высокотемпературных сверхпроводников. Пер. с англ.

URSS. 2009. 432 с. Твердый переплет. ISBN 978-5-382-01008-3.
Под редакцией Амита Гояла. Also available in English.

 Аннотация

Монография, написанная международным коллективом ведущих материаловедов --- специалистов в области высокотемпературных сверхпроводников, является единственным на сегодня обобщением научных основ, достижений и проблем нового, чрезвычайно перспективного направления создания сверхпроводящих материалов, отличающегося высокой наукоемкостью и необычностью решений.

В книге подробно рассматриваются различные технологические концепции, альтернативные методы получения подложечных материалов, буферных слоев и слоев высокотемпературных сверхпроводников. Уделено большое внимание вопросам технологического воплощения лабораторных результатов, а также ценовому аспекту производства ВТСП-лент второго поколения. Русское издание дополнено Послесловием, обобщающим достижения этого бурно развивающегося научно-технического направления за неполные четыре года, прошедшие с момента выхода книги в свет на английском языке.

Книга будет полезна научным сотрудникам, инженерам, конструкторам и аспирантам, связанным с разработкой, получением и применением сверхпроводящих материалов в энергетике.


 Оглавление

Предисловие редактора перевода (А.Р.Кауль)
Предисловие

Часть I. Методы получения биаксиально текстурированных подложек

Глава 1. Получение подложек для ВТСП-материалов второго поколения методом IBAD
Поль Н.Арендт
 1.1.Введение
 1.2.Изменение кристаллической структуры металлических пленок под действием ионной бомбардировки
 1.3.Пленки YBCO на металлических подложках и на подложках с буферным слоем YSZ
 1.4.Нанесение буферов YSZ с использованием вспомогательного ионного пучка
 1.5.Альтернативный механизм текстурирования с использованием низкоэнергетического варианта IBAD
 1.6.Измерения критического тока в коротких лентах "YBCO/IBAD YSZ/NI-сплав"
 1.7.Разработка длинных сверхпроводящих лент "YBCO/IBAD YSZ/NI-сплав"
 1.8.Другие исследования, связанные с методом IBAD
 1.9.IBAD MgO
 1.10.Микроструктура буферных слоев, полученных методом IBAD
 1.11.Оценка стоимости буферных слоев IBAD MgO
 1.12.Буферные слои
 1.13.Текстурированные буферные слои для сверхпроводящих лент, полученные методами, отличными от IBAD
 1.14.Заключение
 Литература
Глава 2. Эпитаксиальные сверхпроводящие слои на подложках с кубической текстурой, полученной с помощью прокатки (RABiTS)
Амит Гоял
 2.1.Введение
 2.2.Биаксиально текстурированные металлические подложки
 2.3.Макроскопическое описание кубической текстуры подложек
 2.4.Нанесение затравочного слоя
 2.5.Нанесение барьерного и верхнего подслоев
 2.6.Нанесение сверхпроводника YBCO
 2.7.Производство подложек из различных сплавов
 2.8.Заключение
 Литература
Глава 3. Осаждение на наклонные подложки
К.Фуджино, К.Омацу, Й.Сато, С.Хонь\"е, Й.Такахаши
 3.1.Введение
 3.2.Метод ISD
 3.3.Свойства ленты
 3.4.Заключение
 Литература
Глава 4. Использование термического испарения в методе ISD
Маркус Бауэр
 Литература

Часть II. Методы осаждения YBa2Cu3O7-delta и проблемы, связанные с ними

Глава 5. Импульсное лазерное осаждение YBa2Cu3O7-delta для сверхпроводящих покрытий: текущее состояние и ценовой аспект
Ханс М.Кристен
 5.1.Введение
 5.2.Основные принципы PLD
 5.3.Импульсное лазерное осаждение YBa2Cu3O7-delta
 5.4.Оборудование для PLD, имеющееся в продаже
 5.5.Вопросы, связанные с масштабированием процесса PLD
  .5.1.Осаждение на большую поверхность
  .5.2.Контроль лазерного пятна на мишени
  .5.3.Устранение микрочастиц. Износостойкость мишени
  .5.4.Запыление оптического окна
  .5.5.Мониторинг и situ диагностика процесса
 5.6.Упрощенный расчет цены
  .6.1.Введение
  .6.2.Стоимость 1 кВт*ч оптической энергии на выходе лазера
  .6.3.Оптическая энергия, необходимая для получения YBCO на ленте длиной 1 метр
 5.7.Заключение
 Благодарности
 Литература
Глава 6. Методы осаждения ВТСП: термическое испарение
Вернер Пруссейт
 6.1.Введение
 6.2.Основные особенности метода термического испарения в применении к осаждению ВТСП
 6.3.Достоинства и недостатки метода термического испарения
  6.3.1.Требования, предъявляемые к системе
  6.3.2.Источники паров
  6.3.3.Контроль состава
  6.3.4.Расстояние между источниками и подложкой
  6.3.5.Нагреватель подложки и подача кислорода
 6.4.Осаждение на большую площадь, длительное осаждение
  6.4.1.Пространственное разделение процессов осаждения и окисления
  6.4.2.Вращающийся подложкодержатель для осаждения на пластины
  6.4.3.Концепция кислородного затвора
  6.4.4.Длительное напыление
 6.5.Нанесение покрытий на ленты
  6.5.1.Подложки
  6.5.2.Осаждение на короткие образцы
  6.5.3.Осаждение YBCO на длинные ленты
  6.5.4.Протяжка ленты
 Литература
Глава 7. Получение пленок YBa2Cu3O7-delta методом распыления
Р.Крупке, М.Азулэ, Г.Дойтчер
 7.1.Технология распыления
  7.1.1.Катодное распыление на постоянном токе
  7.1.2.Радиочастотное распыление
  7.1.3.Магнетронное распыление
  7.1.4.Осевая геометрия
  7.1.5.Внеосевая геометрия
 7.2.Материал мишени
 7.3.Подложки
 7.4.Нагреватель
 7.5.Параметры осаждения
  7.5.1.Срок эксплуатации мишени, морфология пленки и атомарный кислород
  7.5.2.Решение проблемы включений -- осаждение, контролируемое изменением давления
  7.5.3.Фазовая диаграмма
  7.5.4.Отжиг или закалка
 Благодарности
 Литература
Глава 8. Импульсное электронно-лучевое осаждение пленок YBCO для создания ВТСП-лент второго поколения
К.С.Харшавардхан, М.Стриковски
 8.1.Введение
 8.2.Методы импульсного энергетического осаждения
  8.2.1.Импульсное электронно-лучевое осаждение
  8.2.2.Импульсные электронные пучки, получаемые в псевдоискровом разряде и искровом канале
  8.2.3.Сравнение импульсного лазерного осаждения и импульсного электронно-лучевого осаждения
  8.2.4.Взаимодействие электронного пучка с мишенью и формирование плазменного факела
  8.2.5.Распространение плазмы в фоновом газе
  8.2.6.Диагностика электронного луча и плазмы
  8.2.7.Получение пленок ВТСП методом импульсного электронно-лучевого осаждения
  8.2.8.Импульсное электронно-лучевое осаждение в технологии ВТСП-лент второго поколения
 8.3.Структура и транспортные свойства ВТСП-пленок на подложках RABITS
  8.3.1.Производительность осаждения пленок ВТСП методом PED
 8.4.Заключение
 Благодарности
 Литература
Глава 9. Реакции с участием фторида бария при получении толстых пленок YBCO
М.Сунага, В.Ф.Соловьев, Л.Ву, Х.Ж.Висманн, И.Жу
 9.1.Введение
 9.2.Структура проводников на основе YBCO
 9.3.Необходимая толщина пленок YBCO
 9.4.Требования к скорости роста YBCO
 9.5.Толщина: кинетика зародышеобразования в толстых пленках YBCO
 9.6.Кинетика роста: процессы при атмосферном и пониженном давлениях
  9.6.1.Процесс при атмосферном давлении
  9.6.2.Процесс при давлении, меньшем атмосферного
 9.7.Заключение
 Благодарности
 Литература
Глава 10. Фторидно-бариевый процесс: непрерывная ex situ обработка длинномерных пленочных ВТСП-проводников на основе YBCO. Проблемы и решения
Доминик Ф.Ли, Кейт Д.Леонард, Сон-Уэй Лу, Дональд М.Кр\"егер, Фредрик А.Лист III
 10.1.Введение
 10.2.Фторидно-бариевый situ процесс
 10.3.Численное моделирование газодинамики в поперечном потоке
 10.4.Термообработка YBCO на неподвижной ленте в одномодульном реакторе с поперечной геометрией потока
  10.4.1.Устройство одномодульного реактора с поперечной геометрией потока
  10.4.2.Подготовка образцов
  10.4.3.Превращение прекурсора в YBCO на неподвижной ленте
 10.5.Динамическая термообработка YBCO в семимодульном реакторе с поперечной геометрией потока
  10.5.1.Конструкция семимодульного реактора с поперечной геометрией потока
  10.5.2.Обработка YBCO в непрерывном режиме
 10.6.Заключение
 Благодарности
 Литература
Глава 11. Получение пленок YBa2Cu3O7-delta растворными методами
Пауль Г.Клем
 11.1.Введение
 11.2.Химические методы осаждения из раствора
 11.3.Золь-гель-методы получения YBCO
 11.4.Пути уменьшения временн\'ых затрат на получение слоев YBCO
 11.5.Заключение
 Литература
Глава 12. Бесфторные технологии роста сверхпроводящих пленок YBa2Cu3O7-delta растворов
М.Паранс Парантаман
 12.1.Введение
 12.2.Золь-гель-метод
  12.2.1.Алкоголятный золь-гель-метод
  12.2.2.Метод разложения металлоорганических соединений (MOD)
 12.3.Электрохимическое осаждение
 12.4.Метод пиролиза аэрозоля
 12.5.Заключение
 Благодарности
 Литература
Глава 13. Применение метода струйного осаждения из паровой фазы для непрерывного экономичного производства сверхпроводящих лент на основе ВТСП
Б.Л.Халперн, Т.Тамагава, Й.Ди
 13.1.Введение
 13.2.Принципы метода струйного осаждения из паровой фазы
 13.3.JVD-источники для ВТСП-материалов
 13.4."E-jet"-источник для JVD
 13.5.Непрерывное нанесение покрытий: струйное осаждение с лентопротяжкой
 13.6.Потенциальные преимущества метода струйного осаждения при производстве ВТСП-лент
  13.6.1.Высокоскоростное осаждение разнообразных ВТСП-материалов
  13.6.2.Испарение объемного материала с простой системой кислородной подпитки
  13.6.3.Ионная бомбардировка при высоком токе и низкой энергии
  13.6.4.Предотвращение окисления текстурированных Ni-подложек
  13.6.5.Простое и недорогое оборудование для осаждения на ленты
 13.7.Высокоскоростное осаждение оксидов металлов в методе "E-jet": феррит никеля
 13.8.Получение оксидов металлов и барьерных слоев для ВТСП при помощи распыленных струй в методе JVD
  13.8.1.Осаждение цирконата-титаната свинца (PZT)
  13.8.2.Получение буферных слоев CeO2 методом JVD
  13.8.3.Оксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия (YSZ)
  13.8.4.Осаждение барьерных покрытий методом JVD: настоящее и будущее
 13.9.Нерешенные проблемы высокоскоростного осаждения на ленты в методе JVD
 13.10.Заключение
 Литература
Глава 14. Получение длинномерных лент высокотемпературных сверхпроводников методом пламенного химического осаждения из паровой фазы
Шара С.Шоуп, Тодд А.Поллей
 14.1.Введение
 14.2.Пламенное химическое осаждение из паровой фазы
 14.3.Осаждение функциональных материалов
  14.3.1.Буферные слои
  14.3.2.Высококачественные пленки YBCO
 14.4.Направление будущих исследований
 14.5.Заключение
 Благодарности
 Литература
Глава 15. Химическое осаждение из паровой фазы металлоорганических соединений в технологии сверхпроводящих проводов на основе YBa2Cu3O7-delta
Алекс Игнатьев
 15.1.Введение
 15.2.MOCVD с фотоактивацией
 15.3.Прекурсоры для MOCVD
 15.4.Промышленное использование MOCVD с фотоактивацией
 Благодарности
 Литература
Глава 16. Метод жидкофазной эпитаксии для получения сверхпроводящих покрытий на лентах
Теруо Изуми, Ю Шиохара
 16.1.Введение
 16.2.Предотвращение реакции
 16.3.Рост Y123 из расплава, насыщенного MgO
  16.3.1.Влияние добавки MgO на рост Y123 фазы
  16.3.2.Рост двухслойной LPE-пленки Y123
  16.3.3.Обратное растворение первого слоя
 16.4.Рост Y123 из расплава, насыщенного NiO
  16.4.1.Влияние добавки NiO на рост Y123 фазы
  16.4.2.Рост двухслойных LPE-пленок
 16.5.Заключение
 Благодарности
 Литература

Часть III. Получение пленок других высокотемпературных сверхпроводников

Глава 17. Ex-situ получение Tl-содержащих пленок
Дж.Й.Лао, Дж.Х.Ванг, Д.З.Ванг, С.К.Янг, З.Ф.Рен
 17.1.Введение
 17.2.Разработка Tl-1223 пленок для создания проводов
  17.2.1.Введение
  17.2.2.Синтез пленок (Tl0,78Bi0,22)(Sr1,6Ba0,4)Ca2Cu3O9[(Tl, Bi)-1223] вакуумным методом
  17.2.3.Получение сверхпроводящих пленок Tl0,5Pb0,5Sr1,6Ba0,4Ca2Cu3O9[(Tl, Pb)-1223] на LaAlO3 методом термического напыления с последующим отжигом
  17.2.4.Электроосаждение эпитаксиальных пленок (Tl, Bi)-1223 на монокристаллическую подложку
  17.2.5.Последние разработки в области тонких пленок Cu1 -- xTlx-1223 и TlCu-1234 с высокими Jc
 17.3.Разработка Tl-1212 материалов в качестве возможной альтернативы для следующего поколения ВТСП-проводов
  17.3.1.Введение
  17.3.2.Разработка двухзонной печи
  17.3.3.Последние достижения по получению вакуумным методом легированных хромом пленок (Tl, Bi)SCCO с высокой плотностью тока на монокристаллических подложках
 17.4.Заключение
 Благодарности
 Литература
Глава 18. Эпитаксиальный рост тонких пленок Hg-ВТСП
Джуди Ву
 18.1.Введение
 18.2.Получение пленок Hg-ВТСП
  18.2.1.Стандартный тигельный метод
  18.2.2.Эпитаксия Hg-ВТСП-пленок в процессе катионного обмена
 18.3.Физические свойства пленок Hg-212 и Hg-1223
  18.3.1.Морфология поверхности
  18.3.2.Высокие Tc
  18.3.3.Высокие Jc
  18.3.4.Необратимость
  18.3.5.Микроволновое поверхностное сопротивление
 18.4.Применение тонких пленок Hg-ВТСП
  18.4.1.Джозефсоновские переходы и СКВИДы на бикристаллической границе зерен
  18.4.2.Ленты и 2G-провода на основе Hg-ВТСП
  18.4.3.Микроволновые устройства
 18.5.Нерешенные задачи
 Благодарности
 Литература
Послесловие к русскому изданию
А.Р.Кауль, С.В.Самойленков

 Предисловие редактора перевода

Интенсивное применение технологий сверхпроводимости является одним из важнейших направлений развития электроэнергетики в ближайшие десятилетия. Масштабные технические проекты, основанные на сверхпроводимости и входящие в энергетические программы многих стран, в том числе России, диктуют необходимость разработки новых сверхпроводящих материалов. Высокотемпературные сверхпроводники с критической температурой выше температуры жидкого азота занимают в этих разработках особое место, поскольку доступность этого хладоагента и относительная простота обращения с ним (по сравнению с жидким гелием, водородом или углеводородами) не только сильно упрощают создание и эксплуатацию многих сверхпроводящих устройств, но и позволяют планировать их широкое распространение в электроэнергетике. Примерами таких устройств, потребность в которых чрезвычайно велика, могут быть уже реализованные мощные сверхпроводящие кабели для передачи электроэнергии на расстояния, измеряемые сотнями метров, разрабатываемые сверхпроводящие токоограничители, трансформаторы, моторы и генераторы. В большинстве этих устройств применяют (или планируют применить) сверхпроводящие ВТСП-провода 2-го поколения, содержащие тонкие слои сверхпроводника, нанесенные на металлическую подложку. Разработка этих материалов в мире проводится уже более 15 лет и, несмотря на большие сложности принципиального характера, сейчас дошла до стадии промышленного производства. Приходится констатировать, однако, что эти успехи достигнуты в основном за рубежом -- в США, Японии, Германии и некоторых других передовых странах. Показателен пример США, где разработка ВТСП-проводов 2Нго поколения проводится совместными усилиями национальных лабораторий, университетов и частных компаний при организующей роли и большой финансовой поддержке Министерства энергетики. Совершенно очевидно, что организация производства этих материалов является одной из важнейших задач для электроэнергетики нашей страны.

ВТСП-провода 2-го поколения представляют собой чрезвычайно наукоемкие материалы, их технологии многоаспектны и могут быть основаны на альтернативных физических принципах, при этом могут применяться как высоковакуумные процессы, так и химические растворные методы. Все эти вопросы рассматриваются в данной книге, изданной в США под редакцией А.Гояла -- одного из основоположников и наиболее активных исследователей этого научно-технического направления. Предпринимая перевод этой книги, мы полагали, что он облегчит отечественным исследователям и инженерам знакомство с применяемыми подходами, подложечными материалами, особенностями технологий и свойств тонких пленок ВТСП и в конечном итоге будет способствовать решению стратегической задачи -- становлению производства ВТСП-проводов 2-го поколения в России. С момента опубликования книги на английском языке прошло 4 года, однако она за это время не утратила своей актуальности, адекватно освещая проблему и охватывая все современные подходы к созданию этих материалов. С другой стороны, целенаправленные исследования, интенсивность которых со временем только возрастает, привели к заметному улучшению характеристик ВТСП-проводов и выявили некоторые новые тенденции развития. Эти результаты кратко рассмотрены в Послесловии к книге.

Издание книги инициировано и профинансировано фондом "Научный потенциал" и компанией "СуперОкс", создающей опытное производство ВТСП-проводов 2-го поколения. Перевод книги выполнен сотрудниками этой компании: главы 3, 4, 6--8, 11--14, 16--18 переведены к.х.н. В.А.Амеличевым, главы 1 и 2 -- к.х.н. Г.А.Досовицким, главы 9 и 10 -- А.В.Бледновым, глава 15 -- к.х.н. А.А.Каменевым, глава 5 -- О.В.Бойцовой.

Считаю своим приятным долгом поблагодарить к.х.н. Ю.Г.Метлина за помощь при редактировании глав 17 и 18.

Доктор химических наук, профессор А.Р.Кауль

 Предисловие

Открытие высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) в 1986 г. двумя исследователями из компании IBM привело к беспрецедентному взрыву научно-исследовательской активности во всем мире, что было обусловлено огромными перспективами применения этих материалов. Тем не менее первоначальная эйфория, вызванная захватывающими перспективами, вскоре сменилась осознанием сложности задачи получения этих материалов в приемлемой для практического использования форме с сохранением сверхпроводящих свойств. Прогресс в достижении этой цели был заторможен множеством проблем, заложенных в самой природе данных материалов, таких как наличие слабых связей, крип магнитного потока, а также неудовлетворительные механические свойства.

Уже в ранних работах по изучению критической плотности тока, Jc, было обнаружено, что эта величина для поликристаллических ВТСП-материалов, характеризующихся распределением межзеренных границ, оказывается существенно ниже, чем для монокристалла. Наличие высокоугловых межзеренных границ, выступающих в качестве слабых джозефсоновских связей, приводит к значительному подавлению сверхпроводимости через границу в присутствии магнитного поля. Критическая плотность тока через границы совершенных зерен, не имеющих отклонения от идеальной стехиометрии, зависит в первую очередь от их разориентации. Зависимость межзеренной Jc от угла разориентации была определена в случае YBa2Cu3O7-delta (YBCO) для различных типов границ, образующихся в тонких эпитаксиальных пленках на бикристаллических подложках. Эти типы включали в себя границы наклона плоскостей [001] и [100], а также границы кручения в плоскости [100]. Было показано, что слабыми связями являются высокоугловые границы всех типов. Подобные эксперименты были проведены также на бикристаллах Tl2Ba2CaCu2O8 (Tl-2212), Tl2Ba2Ca2Cu3Ox (Tl-2223), TlBa2Ca2Cu3Ox (Tl-1223) и Nd1,85Ce0,15CuO4 с искусственно сформированной границей наклона плоскости [001]. Во всех случаях было обнаружено, что, так же как и для YBCO, Jc сильно зависит от угла разориентации межзеренных границ. Измерение тока, проходящего через искусственно созданные границы зерен в сверхпроводнике Bi-2212, показало, что и в этом материале границы наклона плоскостей [001] с наибольшими углами разориентации, так же как границы кручения в плоскости [001], являются слабыми связями. По-видимому, характер изменения Jc в зависимости от разориентации межзеренных границ является общим для всех высокотемпературных сверхпроводников. Отсюда следует, что низкое значение Jc, характерное для поликристаллических ВТСП-материалов со случайной ориентацией кристаллитов, может быть объяснено тем, что доля малоугловых границ зерен в их общем распределении невелика, и, напротив, часто встречающиеся высокоугловые границы препятствуют протеканию тока на большие расстояния. С использованием традиционных технологий удалось успешно получить в поликристаллическом состоянии три типа ВТСП-материалов с невысокими значениями Jc. К ним относятся провода, содержащие сверхпроводник Bi-2223, приготовленные по технологии "порошок в трубе", пленки Tl-1223, полученные методом пиролиза аэрозоля, а также толстые пленки Bi-2212, полученные по расплавной технологии. Эти три типа материалов составляют первое поколение ВТСП-проводов. Как сказано выше, исследование бикристаллических образцов для большинства ВТСП-соединений показало, что высокоугловые границы являются причиной слабых связей кристаллитов. В связи с этим важной задачей, решение которой позволило бы в дальнейшем улучшить свойства таких материалов, являлось выяснение того, каким образом в них протекает ток. В этом случае необходимо говорить о распределении разориентации межзеренных границ и взаимосвязи этого параметра с измеренной величиной Jc. За последнее десятилетие удалось достичь значительного прогресса в вопросе экспериментального определения РРМГ в сверхпроводниках с высокими Jc. Измерения взаимной ориентации сотен смежных зерен в наилучших образцах Bi-2223-проводов, толстых пленок Tl-1223 и Bi-2212, выполненные методом дифракции обратных электронов (ДОЭ), указывают на то, что в каждом из этих материалов существует перколяционная сеть малоугловых границ, доля которых соответствует активному поперечному сечению проводника. Характер перколяционных каналов специфичен для каждого из ВТСП-соединений и зависит от метода их получения. Таким образом, сформировалось общее представление о том, что проводимость на большие расстояния в поликристаллических сверхпроводниках реализуется через сеть связанных малоугловых границ. Это означает, что существенного улучшения свойств материалов на основе Bi- и Tl-сверхпроводников можно добиться только путем увеличения числа перколяционных каналов протекания тока, т.е. за счет увеличения доли малоугловых границ и уменьшения доли высокоугловых границ. Возможно, что единственным практически значимым способом достижения этой цели окажется формирование биаксиальной текстуры материалов.

Ни одна из традиционных металлургических технологий, применявшихся для создания проводов на основе YBCO, до сих пор не привела к успеху: в большинстве методов получаются проводники с преимущественно высокоугловыми границами и, соответственно, низкими значениями Jc. Совокупность этих наблюдений провела к выводу, что для получения проводов с высокими значениями Jc на основе любого из ВТСП-соединений необходимо создание биаксиальной текстуры дальнего порядка с резко уменьшенной фракцией высокоугловых границ. Необходимо осознавать, что подобную структуру, близкую в кристаллографическом смысле к монокристаллу, должны иметь гибкие провода длиной порядка километра. Первое поколение ВТСП-проводов не только характеризовалось весьма скромными сверхпроводящими свойствами, но и требовало использования значительных количеств серебра. Это делало их неспособными к конкуренции с медными проводами по соотношению цена/производительность. Кроме того, для создания ВТСП-проводов первого поколения невозможно было использовать YBCO, поскольку в поликристаллическом состоянии YBCO демонстрирует очень низкую критическую плотность тока. В то же время это соединение демонстрирует наилучшие сверхпроводящие свойства при рабочих температурах вблизи 77 К, поскольку оно является наименее анизотропным среди всех ВТСП-материалов.

Перечисленные выше проблемы и обстоятельства привели к разработке ВТСП-проводов второго поколения. Были предложены три метода создания гибких металлических подложек, поверхность которых покрыта слоем оксида, обладающего биаксиальной текстурой и напоминающего протяженный мозаичный монокристалл. Поверх такого оксидного слоя оказывается возможным эпитаксиальный рост толстой пленки YBCO. Первый из разработанных методов -- метод осаждения, стимулированного ионным пучком (IBAD -- Ion-Beam-Assisted-Deposition). Второй метод -- осаждение на наклонную подложку (ISD -- Inclined-Substrate-Deposition). Наконец, третий предложенный технологический подход носит название RABiTS (Rolling-assisted-biaxially-textured-substrates) -- подложки с биаксиальной текстурой, полученной с помощью прокатки. Ни в одном из этих методов в качестве подложки не используется серебро. Более того, с применением каждого этих методов удается получать материалы, критическая плотность тока которых приближается к значениям, характерным для монокристаллического YBCO. В настоящей книге приведено детальное описание этих трех методов формирования биаксиально текстурированных подложек, а также различных возможных методов осаждения эпитаксиальных пленок YBCO и других ВТСП-материалов на такие подложки. Выбор того или иного метода получения подложки и осаждения сверхпроводящего слоя приобретает ключевое значение, поскольку этим определяется соотношение цены и эксплуатационных характеристик сверхпроводника и, в конечном итоге, успех внедрения технологии в производство для крупномасштабной коммерциализации.

ВТСП-провода второго поколения, часто именуемые "проводами с покрытием", являются одной из наиболее многообещающих разработок в области высокотемпературной сверхпроводимости. Они потенциально способны нести без потерь на сопротивление токи, в 100--1000 раз превышающие значения, характерные для медных проводов сравнимого сечения. Силовое оборудование, созданное на основе таких ВТСП-проводов, может иметь размеры в два раза меньшие, чем аналогичное оборудование традиционного исполнения, при том же или более высоком уровне мощности и при более чем двукратном сокращении потерь энергии. Очевидно, что в перспективе это может привести к огромной экономии средств и энергии. Модернизация мировой сети линий электропередачи и распространение устройств на основе ВТСП может значительно помочь в вопросе удовлетворения растущей потребности в электроэнергии во всем мире. Практически нет сомнений в том, что распространение ВТСП-проводов второго поколения окажет существенное влияние на технологии генерации, передачи, распределения и потребления электроэнергии. Безусловно, остается важный вопрос -- как скоро это будет? Главы, включенные в данную книгу, имеют отношение к различным аспектам, связанным с проводами второго поколения, в том числе в них обсуждаются проблемы и перспективы внедрения технологий в производство.

Данная книга состоит из трех разделов. В первом обсуждаются три метода получения биаксиально текстурированных подложек, на которые могут быть осаждены эпитаксиальные слои YBCO или других ВТСП для получения проводника со структурой, близкой к монокристаллу. Второй раздел включает в себя главы, посвященные различным методам осаждения ВТСП-слоев, таким как импульсное лазерное осаждение (PLD), совместное термическое испарение, распыление, импульсное электронно-лучевое осаждение, термическое испарение с BaF2 и последующим отжигом, химические растворные методы, основанные на процессах ex situ, струйное осаждение из паровой фазы, химическое осаждение из паровой фазы (MOCVD) и жидкофазная эпитаксия (LPE). Третий раздел включает в себя главы с подробным описанием ВТСП-материалов, отличных от YBCO, -- различных Tl- и Hg-содержащих сверхпроводников.

 
© URSS 2016.

Информация о Продавце