Внедрение пленок, в том числе ВТСП состава YBCO, существенно расширяет возможности создания компонентов электронной техники, энергетики, космической техники, медицины и т.д. с заданными эксплуатационными характеристиками. Выбор данного материала обусловлен отсутствием потерь на постоянном и небольшими потерями на переменном токе, возможностью экранирования магнитных и электромагнитных полей, а так же возможностью реализации передачи сигналов с минимальными искажениями.

Использование недорогих технологий с низкими энергозатратами, при получении совершенных по чистоте, составу и структуре тонких пленок на основе YBCO, будет способствовать эффективному применению этих материалов в промышленности. Разработка высокотехнологичных методов получения функциональных сверхпроводящих пленок состава YBCO, в том числе, нанометрового масштаба, с заданной толщиной, структурой и свойствами позволит решить проблему дальнейшей микро- и наноминиатюризации активных элементов, различных устройств и исполнительных механизмов твердотельной электроники и электроэнергетики.

Среди многообразия методов осаждения тонких ВТСП пленок YBCO, нами было отдано предпочтение методу магнетронного распыления. Очевидным преимуществом этого метода являются то, что обеспечивает возможность синтеза однородных по толщине пленок с гладкой поверхностью в одну стадию.

Цель проекта – разработка технологии получения пленок состава YBCO на диэлектрических подложках, в том числе круглого сечения. Оптимизация технологий будет проводиться с учетом результатов исследования структуры и свойств материалов.

Инновационность. Данная технология поможет в решении вопросов создания нового инновационного продукта - сверхпроводников 3-го поколения для нужд электроэнергетики, изготовление изделий для получения сильных магнитных полей, измерения сверхслабых магнитных полей, и для химической технологии и мн. др.

Для решения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• Синтез порошков на основе YBCO методами: нитрат - органических прекурсоров и твердофазного синтеза, их термообработка.
• Изготовление микрокристаллических и нанокристаллических мишеней состава YBCO.
• Оптимизация технологии получения сверхпроводящих пленок на основе YBCO.
• Получение пленок на различных подложках, в том числе круглого сечения.
• Исследования структуры и свойств полученных образцов.

Результатом проекта будут:

• Разработанная инновационная технология получения пленок состава YBCO на диэлектрических подложках.
• Использование наноструктурированных мишеней, обладающих оптимальным содержанием кислорода при синтезе в один этап, обеспечивающих получение пленок с меньшими энергозатратами относительно микрокристаллической мишени, полученной по обычной керамической технологии.
• Высокие скорости роста сверхпроводящих пленок с нагретых керамических мишеней, при прочих равных условиях, могут обеспечить высокую эффективность производства сверхпроводящих слоев любой толщины.
• Важными эксплуатационными характеристиками сверхпроводящих пленок являются высокие значения проводимости, критической температуры, критического тока, шероховатость поверхности, а так же устойчивость этих параметров к магнитному полю.

Характеристики пленок YBCO: металлический характер проводимости, температура перехода в сверхпроводящее состояние из интервала от 70 до 96К, абсолютные значения удельного электросопротивления – от ~10^-4 до ~10^-3 Ом·см, шероховатость поверхности не более 1 мкм.

Продукт:

• Нанопорошки на основе YBCO;
• Микрокристаллические и нанокристаллические мишени состава YBCO;
• ​Сверхпроводящие пленки на основе YBCO на различных подложках;

Работа будет выполняться в рамках НОЦ "Нанотехнологии" и ЦКП "Аналитическая спектроскопия" ДГУ, оснащенные необходимым и современным оборудованием для технологии получения материалов, в том числе наноструктурированных, исследования их свойств и структуры.

Прогноз по рынку

Основные направления коммерческого применения различных ВТСП, в том числе тонких пленок, включают: сис­темы сверхпроводниковых высокочастотных фильтров в базовых станциях сотовой и других системах связи­; крупноразмерные (Large Scale) применения - провода, тоководы и ограничители тока, а также СКВИДы.

Более 40 отечественных организаций заняты получением сверхпроводящих лент (кабелей), в том числе и Вузы, например, МАИ, МИФИ, МГТУ имени Н. Э. Баумана, электротехнический университет ЛЭТИ в Санкт-Петербурге. Кроме того, отраслевые научно-исследовательские организации "Росатома" — НИИ электрофизической аппаратуры, "ТРИНИТИ", Институт физики высоких энергий, а также ВНИИ кабельной промышленности и Курчатовский институт

По оценкам производителей при развитии массового производства стоимость ВТСП-проводов 1-го поколения может быть снижена до 50 долларов за 1 кА/м. Стоимость ВТСП-проводов 2-го поколения при массовом производстве может снизиться до 20-30 долларов за 1 кА/м, что сделает сверхпроводящие кабели экономически более конкурентно-способными по отношению к кабелям традиционного.

На сегодня 90% от стоимости этих пленок (лент) составляет стоимость реализации технологии получения материала. В этой связи существует потребность в надежной, по возможности, простой и удобной для лабораторных условий технологии получения ВТСП-пленок YBCO.

Разрабатываемая технология получения пленок состава YBCO на диэлектрических подложках (из оксидов), в том числе круглого сечения, поможет в решении вопросов создания сверхпроводящих лент 3-го поколения.

На страницу проекта