专利名称：制造双轴结构缓冲层的方法及相关产品、装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及双轴结构缓冲层(biaxially textured buffer layers)及由其制造的产品、装置和系统，包括超导体线和带。
背景技术：
开发高温超导(HTS)线或带的大多数成果集中在涂层导体上，所述涂层导体基于高温超导(HTS)膜在具有双轴结构面的带上的外延生长。已经获得在77K和自场(self-field)处超过1MA/cm2的临界电流密度的超导膜，用于双轴结构带上的外延YBa2Cu3O7膜，通过离子束辅助沉积(IBAD)或热机械结构(thermomechanically-textured)金属来制造。
在包括IBAD的前面工作中，双轴结构缓冲层的合成使用离子辅助处理以制造既有面内又有面外的结构，所述双轴结构缓冲层适用于能够传送高临界电流密度的HST膜。为了在双轴结构衬底上实现处理高临界电流的HST膜，缓冲层结构应当满足严格要求。最上部缓冲层结构内的颗粒理想地提供共同的面内和面外结晶结构，所述面内和面外结晶结构具有通常小于20度的镶嵌扩散(mosaic spread)，使用譬如小于10度的镶嵌扩散提供更好的超导产品。
所述顶层通常应当与超导体化学相容，以使在超导体沉积期间不发生反应，以及还应当是机械稳固的，以防止在HST/缓冲层界面处产生微裂纹结构。迄今为止，在确定面内和面外结构中，符合这些目的的双轴结构缓冲层通常依赖离子辅助(IBAD)处理的使用。例如，双轴结构氧化钇安定化氧化锆(YSZ)缓冲层可使用具有(100)面内和(001)面外结构的IBAD形成，通过直接将Ar+定位为与曲面法线成55度，这对应于(001)定位的立方体材料的[111]方向。
尽管上述IBAD处理具有想要的要求相当高厚度(＞1μm)的双轴结构，譬如使用沉积在Ar+束中的YSZ膜，但是处理是相当慢的且因而是昂贵的。这种处理的速度和价钱在超导体带的大规模生产中是极其重要的问题。因为它将影响到生产低成本HTS带的能力。第二种方法包括要求低于10nm晶核处理的控制的MgO的IBAD沉积，典型地使用现场(in-situ)监控技术，譬如反射高能电子衍射，用于控制结晶结构。这种方法难于用于大规模生产。同样，使用IBAD沉积的MgO膜的质量被发现对处理中和使用材料的结构中微小变化极其敏感。
因此，在现有技术中需要改良的超导体部件，包括涂层HTS导体、形成同样产品的处理和结合同样产品的物品。具体地，需要商业上可行的HTS导体，所述导体具有提高的大规模生产的特征且具有用于形成同样产品的处理方法。
因此，现有技术中还存在用于可替换技术的需要，所述可替换技术将要求比YSZ的IBAD要求的更小的厚度，但更坚固且比用于MgO的IBAD处理要求更低的敏感度。
发明内容
一种超导体产品，包括衬底和设置在所述衬底上的第一缓冲膜。第一缓冲膜具有单轴晶体结构，特征在于(i)在第一缓冲膜的平面外延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面内延伸的第二方向上没有明显的结构，或者(ii)在第一缓冲膜的平面内延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面外延伸的第二方向上没有明显的结构。第二缓冲膜被设置在第一缓冲膜上，第二缓冲膜具有双轴晶体结构。可以在所述第二缓冲膜上设置超导体层。如这里使用的，术语“设置在……之上”被用于指代在产品中的相关位置，不必要求在所述部件或元件之间的直接接触(如果没有其它说明)，并且可包含中间层或膜。因此，术语通常意义上被用于相关的定位或位置，如通常说明在图中的一样。例如，保护层可被设置在衬底和第一缓冲膜之间。
第一缓冲膜的单轴结构结晶方向可在平面内或平面外。在平面外结构的情况中，平面外晶体结构通常沿
晶向排列。平面外结构可具有不超过大约30度的镶嵌扩散，优选不超过大约20度，或者更优选不超过大约10度。
第一缓冲膜可具有类似岩盐的晶体结构或可显示为各向异性的生长习性。第一缓冲膜可包括REBa2Cu3O7、Bi4Ti3O12、MgO或NiO。所述衬底可是金属合金，譬如镍基合金。
所述双轴结构的第二缓冲膜排列在沿
晶向的第一轴和沿具有从由[111]、[101]、[113]、[100]和
构成的组中选择的晶向的第二轴。第二缓冲膜可具有类似岩盐的晶体结构。在这个实施例中，所述第二缓冲膜可以是MgO、NiO、YSZ、CeO2、Y2O3、TiO2、SnO2、Mn3O4、Fe3O4、Cu2O或RE2O3，其中RE是稀土元素。
所述超导体产品具有77K和自场处的至少0.5MA/cm2的Jc，并且优选77K和自场处的至少1MA/cm2。所述超导体层可包括REBa2Cu3O7，其中RE是稀土元素。RE可包括Y(钇)。所述超导体产品包括超导体带。
一种电力电缆，包括多个超导体带，各个带包括衬底，设置在所述衬底上的第一缓冲膜，所述第一缓冲膜具有单轴晶体结构，特征在于(i)在第一缓冲膜的平面外延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面内延伸的第二方向上没有明显的结构，或者(ii)在第一缓冲膜的平面内延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面外延伸的第二方向上没有明显的结构。第二缓冲膜设置在所述第一缓冲膜上，所述第二缓冲膜具有双轴晶体结构。超导体层被设置在所述第二缓冲膜上。管道可被用于作为冷却剂液体通过电缆的通道。所述超导体带可被缠绕在管道上。所述电力电缆可包括输电电缆或配电电缆。
一种电力变压器，包括初级绕组和次级绕组，其中所述初级绕组和次级绕组中的至少一个包括如上述的超导体带的缠绕线圈。所述次级绕组与所述初级绕组相比可具有更少或更多的绕组。
一种发电机，包括结合至转子和定子的轴，所述转子包括包括转子线圈的电磁铁，所述定子包括围绕所述转子的导电绕组，其中所述绕组和所述转子线圈的至少一个包括如上述的超导体带。所述转子线圈中至少一个可包括所述超导体带。
一种包括发电站的电网，包括发电机；输电变电所，所述输电变电所包括用于从发电站接收电能进而逐级升高传输电压的多个电力变压器，用于传递来自传输站的电能的多个输电电缆；和用于接收来自输电电缆的电能的变电所。变电所包括用于逐级降低分配电压的多个电力变压器。多个配电电缆用于将电能分配给终端用户，其中配电电缆、输电电缆、变电所的变压器、输电变电所的变压器和发电机中至少一个包括如上述的多个超导体带。
一种电子活性产品，包括衬底、设置在所述衬底上的第一缓冲膜，所述第一缓冲膜具有单轴晶体结构，特征在于(i)在第一缓冲膜的平面外延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面内延伸的第二方向上没有明显的结构，或者(ii)在第一缓冲膜的平面内延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面外延伸的第二方向上没有明显的结构。第二缓冲膜被设置在所述第一缓冲膜上，所述第二缓冲膜具有双轴晶体结构。电子活性层被设置在所述第二缓冲膜上。所述电子活性层可以是半导体、光致电压的、铁电的或光电的层。
一种制造双轴结构产品的方法，包括步骤提供衬底，在所述衬底上形成第一缓冲膜，所述第一缓冲膜具有单轴晶体结构，特征在于(i)在第一缓冲膜的平面外延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面内延伸的第二方向上没有明显的结构，或者(ii)在第一缓冲膜的平面内延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面外延伸的第二方向上没有明显的结构；和使用离子辅助在所述第一缓冲膜上沉积一第二缓冲膜，其中得到的第二缓冲膜具有双轴晶体结构。所述方法可包括在所述第二缓冲膜上沉积超导体层的步骤。离子束辅助沉积(IBAD)可被用于沉积所述第二缓冲膜。
在参考附图阅读下面详细的说明书时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，同样附图标记在整个附图中表示相同的部分，其中图1说明根据本发明的实施例的超导体带产品；图2说明根据本发明的实施例的电力电缆；图3说明根据本发明的另一个实施例的单个示范性超导电缆的细节；图4说明根据本发明的另一个实施例的电力变压器；图5说明根据本发明的实施例的发电机；和图6说明根据本发明的另一个实施例的电网。
具体实施例方式
本发明的实施例提供一种新的HTS产品、制造该产品的方法和结合该产品的设备及系统。根据一个特征，提供一种用于使用两步骤及相关产品、设备和系统制造双轴结构缓冲层产品的方法。第一步提供具有单轴结构的第一缓冲膜，具体特征在于(i)在第一缓冲膜的平面外延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面内延伸的第二方向上没有明显的结构，或者(ii)在第一缓冲膜的平面内延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面外延伸的第二方向上没有明显的结构。单个结晶方向可以是平面内方向或平面外方向中的一个，其中其余结晶方向没有明显的结晶结构。因此，单轴结构的第一缓冲膜没有提供双轴结构。
根据一个实施例，单轴晶体结构在平面外延伸，在平面内没有明显的结构。典型地，认为“平面内”由在缓冲膜的平面内的两个互相垂直方向来定义。根据另一个实施例，单轴晶体结构在平面内方向中的之一上延伸，在平面外没有明显的结构，以及在相互垂直平面内方向上没有结构。如这里使用的，术语“结构”，不管是否涉及面内或面外结构，涉及各个层的微粒与微粒的结晶取向误差的“镶嵌扩散”。典型地，用于有结构层的镶嵌扩散小于大约30度，譬如小于大约20度、15度、10度或5度，但是典型地略大于大约1°。根据一个实施例，术语“没有明显的结构”一般涉及各个层的微粒与微粒的取向误差的“镶嵌扩散”，所述各个层大于大约30度且一般包含随机多晶排列。
关于平面外结晶结构，镶嵌扩散一般由x射线衍射峰的半幅全宽值(full widthat half maximum)来表示，譬如通过(001)极象图测量来获得。在这种情况中，微粒的(001)结晶面被排列，从而在小于大约30度的角展开内垂直于薄膜法线的方向上有结构。
第二缓冲膜被设置在第一缓冲膜上，所述第二缓冲膜具有双轴晶体结构，限定的双轴有结构的第二缓冲膜具有面内和面外晶体结构。双轴有结构层在这里被限定为多晶材料，在所述多晶材料中最上层的结晶面内和面外微粒与微粒的取向误差小于大约30度，譬如小于大约20度、15度、10度或5度，但是一般典型地比大约1°略大。通过详细说明如由x射线扩散确定的微粒在面内和面外定位的分布，可说明双轴结构的度数。面外(Δθ)和面内(Δφ)反射的摇摆曲线的半幅全宽(FWHW)可以被确定。因此，双轴结构的度数可以由对用于给定样本的Δθ和Δφ范围的详细说明来限定。
一般不使用离子束形成第一缓冲膜，而形成第二缓冲膜的第二步骤使用离子束辅助沉积(IBAD)处理，以在第一缓冲层部分上面产生双轴结构层部分。使用IBAD获得双轴结构缓冲表面相对于对整个缓冲层使用IBAD没有相关的制造工艺的问题，相比于常规IBAD处理更有效率和效益，这种技术可以制造高性能产品。因此，本发明的实施例减少IBAD处理的一般使用，以在全部缓冲层厚度上产生双轴结构，另外，由于较低加工精度可被接收，降低了高度控制的IBAD处理条件的要求，这些在制造业中是优选的。可以相信，因从晶体成核和生长角度它是极其有益的，对于沉积材料以在沉积期间沿单轴结晶方向排列，在IBAD膜处理中产生更多的机动性。
根据本发明的实施例，形成的双轴结构电子活性层可被设置在双轴结构缓冲层上。所述电子活性层可是超导体、半导体、光致电压的、铁电的或光电的、或者任意其它电磁铁，其中晶界控制是重要的。在这点上，本发明的多个方面具体适用于提供高温度超导体部件，在其中电子活性层主要由超导材料形成。本发明的多个方面具体更适用于电子活性线的和带(此后为“带”)产品的形成，所述产品具有双轴结构。如这里使用的，术语“带”涉及不低于大约1000的长宽比，所述长宽比表示最长尺寸(长度)与下一个最长尺寸(宽度)的比。所述长宽比大于大约104，甚至大于大约105。
双轴结构缓冲层适于构造高温超导产品，所述高温超导产品具有在大约77K和自场(self-field)处超过大约0.5MA/cm2的临界电流密度，优选超过大约1MA/cm2。本发明的多个实施例还被用于多个其它电子设备，在其中重要的是突出的结晶结构。
图1显示根据本发明实施例的具有多层组成的带产品10，所述带产品10包括具有沿其整个长度的双轴结构的有结构的超导体带18。所述带产品10被期望具体用于增加输电线的电流传送能力且减少输电线的AC阻抗损耗。超导产品10包括衬底12。所述衬底12可是金属或多晶陶瓷。在金属的情况下，衬底12可是合金，譬如镍基合金。衬底12中的结构一般是不要求的。因此，衬底12可是多晶体的或非晶体的。多晶体衬底可被用于某些装置，所述装置需要由这种材料提供的一定热量的、机械的和电的性能，譬如市场上可以买到的镍基合金，譬如高性能衬底材料的Hastelloy(耐盐酸镍基合金)组。衬底12提供用于超导产品10的支撑，且可使用本发明的方面在长长度和大区域上制造。在所述超导体带为长度(譬如，1km)时，使用适当的转换过程，譬如卷到卷(reel-to-reel)的转换，第一缓冲层14和第二缓冲层16可沉积在双轴结构衬底表面12。
光保护层13一般是多晶体的且被设置在衬底12的上表面。在缓冲层14与衬底12是化学不相容的时，保护层13优选被使用。多晶保护层优选是氧化物，譬如铈氧化物或氧化钇安定化氧化锆(yttria stabilized zirconia，YSZ)。
第二缓冲层16被设置在第一缓冲层14上。第一缓冲层14提供第一结晶方向中的结构，(i)在第一缓冲膜的平面外延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面内延伸的第二方向上没有明显的结构，或者(ii)在第一缓冲膜的平面内延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面外延伸的第二方向上没有明显的结构，而第二缓冲层16提供双轴结构。外延生长的超导体层18被设置在双轴结构缓冲层16上。
尽管没有示出在图1中，至少一个外延膜可被设置在第二缓冲层16和超导体层18之间。此外，譬如银的贵金属层可覆盖在超导体层18上。
通二过选择的材料的各相异性生长习性，或通过选择的材料的极其有利的生长定位的优先选择，可获得第一缓冲层14中平面外结构的高度。在这种应用中，产生譬如平面外结构的单轴结构的所述膜，没有使用离子辅助的必要，并且被称为层1。例如，层1可是多晶材料，在那里极其有利的生长方向是沿所述膜法线的<100>。多个例子是譬如MgO和NiO的岩盐结构，这有择优在极其有利的方向<100>排列的趋势，不考虑下面的衬底定位。Do等的美国专利第6190752号、题目为“Thin films having rock-salt-like structure deposited on amorphous surfaces”(具有沉积在非晶表面上类似岩盐结构的薄膜)提供了关于岩盐结构和可利用的种类的详细信息。
包括各种氧化物的几种多晶薄膜材料具有各相异性的生长习性，如它们倾向于沿用于某种沉积状况的衬底的表面法线的特定晶轴排列。在各相异性生长方面，可使用几个多阳离子氧化物。例如使用REBa2Cu3O7，其中RE是稀土元素，譬如Yba2Cu3O7和Bi4Ti3O12，并且其中两者显示在平面外(c轴)，所述平面定位薄膜生长在随机定位的衬底上。单轴结构膜可被使用为缓冲器层14，所述缓冲器层14可起到用于外延生长的初始模板的作用(包括IBAD膜)，以构成双轴有结构的缓冲层16。缓冲层14一般具有在大约100至大约3000埃范围内的厚度。缓冲层14优选沿[100]方向对齐，并且可被通过喷溅、脉冲激光沉积或蒸发来沉积。
第二缓冲层16是这样一层，在所述层中平面内的结构一般由离子束感应，且在这里所述层还被称为层2。在外延生长期间没有任何离子束，在单轴平面外结构缓冲层14上的缓冲层16的外延生长被复制在缓冲层14中获得的单轴结构。在缓冲层16的外延生长期间沿缓冲层16的高对称方向施加离子束(譬如，氩)，在这些具有其他定向的那些颗粒上，使用沿离子束方向排列的优选轴定向的微粒生长一般是优选的。这随后的IBAD生长感应了在缓冲层16内的平面内结构元件，所述缓冲层16不在缓冲层14中，而仍然保持平面外结构。
第二缓冲层16一般有在大约100至大约5000埃范围内的厚度。超导体层18的厚度一般形成为大约500至大约10000nm。双轴结构第二缓冲层16优选被排列沿具有沿[100]晶向的第一轴和沿具有从包括[111]、[101]、[113]、[100]和
的组中选择的晶向的第二轴排列。所述第二缓冲层16可具有类似岩盐的晶体结构且包括MgO、NiO或者从YSZ、CeO2、Y2O3、TiO2、SnO2、Mn3O4、Fe3O4、Cu2O或RE2O3中选择，其中RE是稀土元素。通过喷溅或蒸发可沉积缓冲层16。
超导体层18优选是氧化物超导体。氧化物超导体优选从REBa2Cu3O7和相关成份中选择，其中RE是稀土元素，譬如Y(钇)。超导产品10可具有在大约77K和自场处至少大约0.5MA/cm2的Jc，优选至少大约1MA/cm2。
尽管一般使用c轴结构第一缓冲层14说明本发明的多个方面，但本发明决不限制于这个实施例。在本发明的另一实施例中，第一缓冲膜14中的单轴晶体结构还可沿在所述膜的平面内的一个方向(a轴或b轴)。在这个实施例中，在垂直于所述轴的平面中没有优先的结构，沿所述轴晶体在薄膜平面内被结构化(c轴)。这个实施例的一个例子是纤维结构，其中优先选择的单轴结构位于于沿带或线的长方向，而在垂直于这个方向的平面内没有优先选择的结构。
本发明的具体实施例包括用于薄膜生长的衬底。所述衬底使用溶剂清理，譬如丙酮、甲醇和三氯乙烯。所述衬底被安装在适用于薄膜沉积的沉积腔中。然后，多晶保护层被随意沉积在所述衬底上。多晶层阻止在层1和所述衬底之间发生的化学反应。
在适于各相异性膜或极其有利的生长方向为<100>的薄膜(层1)的沉积的周围环境中，加热保护层涂覆的衬底。然后，层1被沉积且不需要离子辅助而提供平面外的结构。然后，所述层1涂覆的衬底被转移至薄膜沉积系统，所述薄膜沉积系统装备有离子枪。衬底被加热至适于在层1上外延生长层2的温度。真空沉积适用于在层1上在离子束面前沉积层2，所述沉积沿着构成层2的材料的优选结晶方向直接进行，以在外沿生长期间产生面内结构。
本发明用于大量各种应用，尤其是超导体应用。对于超导应用，本发明可被用于形成高温超导线或带，所述高温超导线或带可被用于传输线、电动机、发电机或高磁场磁装置。
图2说明了电力电缆200，根据本发明的实施例。示出的电力电缆200包括以三叶形布置设置的三个超导电缆220，其中所有三相被容纳在同一热绝缘管路230中。还示出了接地平面240。所述相尽实际可能地被靠近在一起定位。尽管没有显示，其它布置是可能的，包括3个电缆被环层定位的同中心布置。
图3示出单个示例性超导电缆220的细节。从电缆220外向电缆内进行，电缆220包括外壳366、滑线364、波纹钢362和热绝缘体360。LN2管358给的电缆220提供冷却剂且设置在中心线356上。铜屏蔽354被使用且被设置在超导体带层352上。绝缘带350被设置在铜屏蔽348的下面。骨架/管344提供了譬如液氮(LN2)冷却剂的冷却剂流体的通道，所述液氮(LN2)冷却剂允许在氮的凝固点之上的温度(其是大约63.3K)的低廉冷却。电力电缆200可被用作输电电缆或配电电缆。
图4说明电力变压器400，根据本发明的另一实施例。电力变压器400包括初级绕组472、次级绕组474和芯体476。至少一个初级绕组472和次级绕组474包括如上所述的超导体带的缠绕线圈，所述超导体带嵌入在譬如环氧树脂的绝缘材料中。与初级绕组472相比较，次级绕组474可具有或少或多线圈。
图5说明了发电机500，根据本发明的一实施例。发电机500包括涡轮582和耦接至转子586的轴584，转子586包括具有转子线圈的电磁铁，和包括围绕所述转子的导电线圈的定子588，其中至少一个线圈和转子线圈包括如上所述的超导体带。
图6说明了电网600，根据本发明的另一实施例。电网600包含包括发电厂690的发电站和将电能传输至输电变电所694的传输线692。输电变电所694包括变压器695。输电电缆696从输电变电所694输出。输电电缆696将电能从输电变电所694传送至变电所698，所述变电所698包括多个电力变压器697用于逐步降压以分配。配电电缆610从变电所698向终端用户602传输电能。至少一个配电电缆610、输电电缆696、变电所698的变压器697、输电变电所6的变压器695和发电厂690包括多个如上所述的超导体带。
实例应当理解，这里说明的例子和实施例是仅仅用于说明目的的，以及其中考虑的各种改变或变化被推荐给本领域普通技术人员且被包含在本申请的宗旨和范围内。本发明不脱离其中的所述宗旨或实质性特征，可采用其它具体形式。
实例1
镍基合金衬底被用于薄膜生长。所述衬底使用譬如丙酮、甲醇和三氯乙烯的溶剂清理。所述衬底被安装在脉冲激光沉积腔中，用于薄膜沉积。氧化钇安定化氧化锆(YSZ)保护层被沉积在所述衬底上，在真空下于大约25℃处使用脉冲激光沉积。这个保护层阻止在层1和所述衬底之间的化学反应。
涂层衬底在真空中被加热至大约700℃，用于YBa2Cu3O7薄膜(层1)的沉积。在大约200毫托的氧气中以大约700℃沉积厚约300nm的YBa2Cu3O7膜。所述膜是c轴取向的，但在平面内是任意取向的。然后，所述衬底被转移至薄膜沉积系统，所述薄膜沉积系统装备有离子枪。所述衬底被加热至适于MgO在层1的YBa2Cu3O7上外延生长的温度。脉冲激光沉积被采用以在YBa2Cu3O7板上沉积外沿生长的MgO。MgO层将是(001)结构的。这跟随在氩离子束前的CeO2生长之后，它们沿CeO2的[111]或[110]结晶方向。
实例2镍基合金衬底被用于薄膜生长。所述衬底使用譬如丙酮、甲醇和三氯乙烯的溶剂清理。所述衬底被安装在脉冲激光沉积腔中。厚约100nm(层1)的MgO膜在真空中以大约25℃沉积。MgO层将是(001)结构的。然后，涂层基底被转移至薄膜沉积系统，所述薄膜沉积系统装备有离子枪。在氩离子束前生长MgO(层2)的第二层，离子束直接沿MgO的[111]或[110]结晶方向。
应当理解，这里说明的例子和实施例仅仅用于说明目的，以及不脱离本权利要求的范围，其中考虑的各种改变或变化可被本领域普通技术人员实现。
权利要求
1.一种超导体产品，包括衬底；设置在所述衬底上的第一缓冲膜，所述第一缓冲膜具有单轴晶体结构，特征在于(i)在第一缓冲膜的平面外延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面内延伸的第二方向上没有明显的结构，或者(ii)在第一缓冲膜的平面内延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面外延伸的第二方向上没有明显的结构；第二缓冲膜，其设置在所述第一缓冲膜上，所述第二缓冲膜具有双轴晶体结构；和设置在所述第二缓冲膜上的超导体层。
2.根据权利要求1所述超导体产品，其中所述第一缓冲膜具有平面外的结晶结构。
3.根据权利要求2所述超导体产品，其中所述平面外的晶体结构通常沿
晶向排列。
4.根据权利要求2所述超导体产品，其中所述平面外的结构具有不超过大约30度的镶嵌扩散。
5.根据权利要求2所述超导体产品，其中所述平面外的结构具有不超过大约20度的镶嵌扩散。
6.根据权利要求2所述超导体产品，其中所述平面外的结构具有不超过大约10度的镶嵌扩散。
7.根据权利要求1所述超导体产品，其中所述第一缓冲膜具有类似岩盐的晶体结构。
8.根据权利要求1所述超导体产品，其中第一缓冲膜包括从由REBa2Cu3O7、Bi4Ti3O12、MgO和NiO所构成的组中选择的至少一个。
9.根据权利要求1所述超导体产品，其中所述衬底包括金属合金。
10.根据权利要求9所述超导体产品，其中所述金属合金包括Ni-基合金。
11.根据权利要求1所述超导体产品，其中所述双轴结构的第二缓冲膜排列在沿
晶向的第一轴和沿从[111]、[101]、[113]、[100]和
构成的组中选择的晶向的第二轴。
12.根据权利要求1所述超导体产品，其中所述第二缓冲膜具有类似岩盐的晶体结构。
13.根据权利要求12所述超导体产品，其中所述第二缓冲膜包含由MgO、NiO、YSZ、CeO2、Y2O3、TiO2、SnO2、Mn3O4、Fe3O4、Cu2O、和RE2O3所构成的组中的至少一种材料，其中RE是稀土元素。
14.根据权利要求1所述超导体产品，其中所述超导体产品具有在77K和自场处的至少0.5MA/cm2的Jc。
15.根据权利要求1所述超导体产品，其中所述超导体层包括REBa2Cu3O7，其中RE是稀土元素。
16.根据权利要求15所述超导体产品，其中RE包括Y(钇)。
17.根据权利要求1所述超导体产品，其中所述产品包括超导体带。
18.根据权利要求1所述超导体产品，进一步包括设置在所述衬底和所述第一缓冲膜之间的保护层。
19.一种电力电缆，包括多个超导体带，各个带包括衬底，设置在所述衬底上的第一缓冲膜，所述第一缓冲膜具有单轴晶体结构，特征在于(i)在第一缓冲膜的平面外延伸的第一结晶方向上上的结构在第一缓冲膜的平面内延伸的第二方向上没有明显的结构，或者(ii)在第一缓冲膜的平面内延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面外延伸的第二方向上没有明显的结构；设置在所述第一缓冲膜上的第二缓冲膜，所述第二缓冲膜具有双轴晶体结构；和设置在所述第二缓冲膜上的超导体层。
20.根据权利要求19所述电力电缆，进一步包括用于作为冷却剂液体通道的管道。
21.根据权利要求20所述电力电缆，其中所述超导体带缠绕所述管道。
22.根据权利要求19所述电力电缆，其中所述电力电缆包括输电电缆或配电电缆。
23.一种电力变压器，包括初级绕组；和次级绕组，其中所述初级绕组和次级绕组中的至少一个包括超导体带的缠绕线圈，所述超导体带包括衬底，设置在所述衬底上的第一缓冲膜，所述第一缓冲膜具有单轴晶体结构，特征在于(i)在第一缓冲膜的平面外延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面内延伸的第二方向上没有明显的结构，或者(ii)在第一缓冲膜的平面内延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面外延伸的第二方向上没有明显的结构；设置在所述第一缓冲膜上的第二缓冲膜，所述第二缓冲膜具有双轴晶体结构；和设置在所述第二缓冲膜上的超导体层。
24.根据权利要求23所述电力电缆，其中所述次级绕组与所述初级绕组相比具有更少的绕组。
25.根据权利要求23所述电力电缆，其中所述次级绕组与所述初级绕组相比具有更多的绕组。
26.一种发电机，包括结合至转子的轴，所述转子包括含有转子线圈的电磁铁，和定子，其包括围绕所述转子的导电绕组，其中所述绕组和所述转子线圈的至少一个包括超导体带，所述超导体带包括衬底，设置在所述衬底上的第一缓冲膜，所述第一缓冲膜具有单轴晶体结构，特征在于(i)在第一缓冲膜的平面外延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面内延伸的第二方向上没有明显的结构，或者(ii)在第一缓冲膜的平面内延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面外延伸的第二方向上没有明显的结构；设置在所述第一缓冲膜上的第二缓冲膜，所述第二缓冲膜具有双轴晶体结构；和设置在所述第二缓冲膜上的一超导体层。
27.根据权利要求26所述发电机，其中所述转子线圈中的至少一个包含所述超导体带。
28.一种电网，包括发电站，其包括发电机；输电变电所，其包括用于从发电站接收电能进而逐级升高传输电压的多个电力变压器；多个输电电缆，用于传递来自传输站的电能；变电所，用于接收来自输电电缆的电能，所述变电站包括用于逐级降低分配电压的多个电力变压器；和多个配电电缆，用于将电能分配给终端用户，其中配电电缆、输电电缆、变电所的变压器、输电变电分所的变压器和发电机中至少一个包括多个超导体带，各个超导体带包括衬底，设置在所述衬底上的第一缓冲膜，所述第一缓冲膜具有单轴晶体结构，特征在于(i)在第一缓冲膜的平面外延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面内延伸的第二方向上没有明显的结构，或者(ii)在第一缓冲膜的平面内延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面外延伸的第二方向上没有明显的结构；设置在所述第一缓冲膜上的第二缓冲膜，所述第二缓冲膜具有双轴晶体结构；和设置在所述第二缓冲膜上的超导体层。
29.一种电子活性产品，包括衬底；第一缓冲膜，其设置在所述衬底上，所述第一缓冲膜具有单轴晶体结构，特征在于(i)在第一缓冲膜的平面外延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面内延伸的第二方向上没有明显的结构，或者(ii)在第一缓冲膜的平面内延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面外延伸的第二方向上没有明显的结构；第二缓冲膜，其设置在所述第一缓冲膜上，所述第二缓冲膜具有双轴晶体结构；和电子活性层，其设置在所述第二缓冲膜上。
30.根据权利要求29所述产品，其中所述电子活性层为从包含半导体、光致电压的、铁电的或光电的组中选择。
31.一种制造双轴结构产品的方法，包括步骤提供衬底；在所述衬底上形成第一缓冲膜，所述第一缓冲膜具有单轴晶体结构，特征在于(i)在第一缓冲膜的平面外延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面内延伸的第二方向上没有明显的结构，或者(ii)在第一缓冲膜的平面内延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面外延伸的第二方向上没有明显的结构；和使用离子辅助在所述第一缓冲膜上沉积第二缓冲膜，所述第二缓冲膜具有双轴晶体结构。
32.根据权利要求31所述方法，进一步包括在所述第二缓冲膜上沉积超导体层的步骤。
33.根据权利要求32所述方法，其中所述超导体层具有在77K和自场处的至少0.5MA/cm2的Jc。
34.根据权利要求31所述方法，其中所述产品包括带。
35.根据权利要求31所述方法，其中包括离子束辅助沉积(IBAD)的处理被用于沉积所述第二缓冲膜。
36.一种超导体产品，包括衬底；第一缓冲膜，其设置在所述衬底上，所述第一缓冲膜包括多晶氧化物薄膜材料；第二缓冲膜，其设置在所述第一缓冲膜上，所述第二缓冲膜包括由IBAD MgO、IBAD CeO2或IBAD RE2O3所构成的组中的材料，其中RE是稀土元素，以及具有双轴晶体结构；和超导体层，其设置在所述第二缓冲膜上。
37.根据权利要求36所述产品，其中所述第二缓冲膜包括IBAD MgO。
38.一种超导体产品，包括衬底；第一缓冲膜，其设置在所述衬底上，所述第一缓冲膜包括具有类似岩盐的晶体结构的多晶材料；第二缓冲膜，其设置在所述第一缓冲膜上，所述第二缓冲膜包含由IBAD MgO、IBAD CeO2或IBAD RE2O3构成的组中的材料，其中RE是稀土元素，以及具有双轴晶体结构；和超导体层，其设置在所述第二缓冲膜上。
39.根据权利要求38所述产品，其中所述多晶材料具有类似岩盐的晶体结构。
40.根据权利要求38所述产品，其中所述第二缓冲膜包括IBAD MgO。
全文摘要
一种超导体产品，包括衬底和设置在所述衬底上的第一缓冲膜。第一缓冲膜具有单轴晶体结构，特征在于(i)在第一缓冲膜的平面外延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面内延伸的第二方向上没有明显的结构，或者(ii)在第一缓冲膜的平面内延伸的第一结晶方向上的结构在第一缓冲膜的平面外延伸的第二方向上没有明显的结构。第二缓冲膜被设置在第一缓冲膜上，第二缓冲膜具有双轴晶体结构。可以在所述第二缓冲膜上设置超导体层。离子辅助沉积(IBAD)可被用于沉积第二缓冲膜。
文档编号H01F6/00GK1833294SQ200480022814
公开日2006年9月13日 申请日期2004年6月9日 优先权日2003年6月9日
发明者大卫·P·诺顿, 文卡特·塞尔瓦马尼卡姆 申请人:佛罗里达大学研究基金会公司