Weiterentwickelte hochtemperatursupraleitende Bänder

Für die Anwendung von Hochtemperatursupraleitern in hochstromtragenden Kabeln und Spulen werden kristallographisch scharf texturierte Materialien benötigt, um den negativen Einfluss von Großwinkelkorngrenzen auf den Stromtransport zu eliminieren. Dies wird erreicht, indem die entsprechenden supraleitenden Schichten epitaktisch auf hochtexturierten, metallbasierten Templaten abgeschieden werden. Diese Template werden mittlerweile in großen Längen mit unterschiedlichen Verfahren industriell hergestellt. Neben einer scharfen kristallographischen Textur weisen die resultierenden Bandleiter jedoch auch ein charakteristisches Korngrenzennetzwerk auf, das sowohl vom verwendeten Templat als auch vom Herstellungsverfahren abhängig ist und den Stromtransport im Supraleiter entscheidend bestimmt. Das Verständnis des Zusammenspiels zwischen diesem Korngrenzennetzwerk und dem lokalen Stromtransport ist aber eine grundlegende Voraussetzung, um die Bandleiter weiter zu optimieren, so dass durch eine effizientere und preiswertere Herstellung neue Anwendungsfelder erschlossen bzw. bestehende, aufwändig mit Helium gekühlte Materialien ersetzt werden können. Ziel des gemeinsamen Projektes ist es deshalb, für unterschiedliche Template das Korngrenzennetzwerk im Supraleiter detailliert strukturell zu charakterisieren und mit dem Stromtransport auf der lokalen Ebene zu korrelieren. Dazu sollen neue hochauflösende Techniken zur Bestimmung des lokalen Stromflusses zu Einsatz kommen. Diese Methode ermöglicht es, die Bereiche in den Materialien zu ermitteln, die für die Begrenzung des globalen Stromtransportes in der Supraleiterschicht verantwortlich sind. In diesem Zusammenhang soll ebenfalls geklärt werden, welchen Einfluss eine gezielte Modifikation des Supraleiters mit künstlichen Zweitphasen oder die Verwendung von neuartigen Abscheideverfahren unter Einbeziehung einer Flüssigphase auf den lokalen Stromtransport in dem Korngrenzennetzwerk hat. Gleichzeitig wird untersucht, ob sich die im letzten Jahrzehnt entdeckten eisenbasierten Supraleiter auf Grund ihrer besseren Korngrenzeneigenschaften in solchen Bandleiterarchitekturen anders verhalten als die klassisch verwendeten Kuprate und daraus Vorteile für die Anwendung resultieren. Abschließend sollen die ermittelten Zusammenhänge zwischen Mikrostruktur und lokalem Stromfluss genutzt werden, um den globalen Stromtransport in dem Bandleiter zu modellieren und so Wege aufzuzeigen, diese Leiter für die entsprechenden Anwendungen zu optimieren.

Für die Anwendung von Hochtemperatursupraleitern in hochstromtragenden Kabeln und Spulen werden kristallographisch scharf texturierte Materialien benötigt, um den negativen Einfluss von Großwinkelkorngrenzen auf den Stromtransport zu eliminieren. Dies wird erreicht, indem die entsprechenden supraleitenden Schichten epitaktisch auf hochtexturierten, metallbasierten Templaten abgeschieden werden. Diese Template werden mittlerweile in großen Längen mit unterschiedlichen Verfahren industriell hergestellt. Neben einer scharfen kristallographischen Textur weisen die resultierenden Bandleiter jedoch auch ein charakteristisches Korngrenzennetzwerk auf, das sowohl vom verwendeten Templat als auch vom Herstellungsverfahren abhängig ist und den Stromtransport im Supraleiter entscheidend bestimmt. Das Verständnis des Zusammenspiels zwischen diesem Korngrenzennetzwerk und dem lokalen Stromtransport wurde untersucht, um die Bandleiter weiter zu optimieren, so dass durch eine effizientere und preiswertere Herstellung neue Anwendungsfelder erschlossen bzw. bestehende, aufwändig mit Helium gekühlte Materialien ersetzt werden können. Die Eigenschaften des Korngrenzennetzwerk und der Einfluss der lokalen Kornorientierung wurden statistisch ausgewertet und mit den lokalen Transporteigenschaften sowie der Mikrosturktur korreliert. Hochentwickelte Analysemethoden mit höchster Auflösung wurden angewandt, um den Stromfluss auf dem Level von einzelnen Körnern und über Korngrenzen zu bestimmen. Es wurde gezeigt, dass nicht nur die Fehlorientierung zwischen benachbarten Körnern (wie zuvor generell angenommen), sondern auch die lokale Verkippung der kristallografischen c-Achse für die Performance des Supraleiters maßgeblich sind. Die Textur konnte durch Dotierung mit Barium Hafnium Oxid verbessert werden. Keine signifikanten Unterschiede zwischen kuprat- and eisenbasierten Supraleiter in Hinblick auf die Anforderung bezüglich der Kornausrichtung konnten identifiziert werden, obwohl ein geringerer Einfluss der Fehlorientierung zwischen den Körnern auf die Ströme über die Korngrenze von vorangegangen Messungen von Filmen auf bikristallinen Substraten allseits bekannt ist.