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超导材料自发现以来就因其奇异的物理现象、优异的物理性能与广泛的应用前景而备受关注,超导材料的发现与发展不仅丰富了物理领域的基础研究,而且扩展了材料领域的应用研究。高温超导材料的基础研究与实际应用,都依赖于高品质高温超导晶体的制备,因此生长出高品质、大尺寸、高性能、取向特定的超导晶体材料非常重要。本论文通过对钇钡铜氧超导晶体生长机制的研究,结合REBa2Cu3O7-x（RE123 or REBCO,RE=Y,Sm,Nd）相图与过饱和度这一晶体生长动力学概念,实现了对YBa2Cu3O7-x（Y123 or YBCO）高温超导晶体微结构的控制和性能的提高。在利用液相外延法生长YBCO高温超导膜方面,我们实现了对溶液过饱和度的精细调控,生长出a轴晶粒镶嵌在c轴膜上的ac复合外延膜、a/c晶界等YBCO人工微结构膜,这对高温超导器件的研发与应用具有重要意义;在大尺寸YBCO高温超导单晶体生长方面,采用缓冷提拉法增加溶液的过饱和度,从而实现了空气条件下单晶体生长速度的提高,获得了大尺寸、高品质的高温超导单晶体,为基础物理研究提供了样品;在YBCO高温超导块材生长方面,通过研究高、低过饱和度溶液对薄膜热稳定性的影响,提出了镶嵌式籽晶诱导模式,解决了低过饱和度下薄膜热稳定性差的问题,这一诱导模式对生长其它高熔点的功能氧化物具有普适意义。经过几年的深入研究,主要取得了以下成果:1)过饱和度精细调控与YBCO人工微结构液相外延膜的生长经过长期研究,本实验室不仅在机理上澄清了（110）NdGaO3（NGO）基板上生长a轴膜、c轴膜所需要的溶液状态,而且还能够在实验上有效调节出生长这两种膜所需要的溶液过饱和度,稳定可靠、可重复地实现a轴膜、c轴膜的生长。在上述研究成果的基础上,本项工作中我们还实现了对溶液过饱和度的精细调控,不仅可以调节出以上两种极端过饱和度情况,还能够调节出溶液的中间过饱和度状态。进一步利用所实现的溶液低过饱和度状态,我们制备了具有a/c晶界结构的YBCO人工微结构膜,利用调节出的溶液中间过饱和度状态制备出ac复合外延YBCO人工微结构膜。具体说来,通过对初始保持时间控制来调控溶液的初始状态,并结合对添加溶剂量与熔化时间的共同控制,我们调控出溶液的中间过饱和度状态,并利用溶液的中间过饱和度状态在NGO单晶基板上制备了ac复合外延结构的YBCO液相外延膜。在这种复合外延结构的膜中,a轴晶粒可以作为钉扎中心,很有可能被用来提高物理性能。另外,在低过饱和度下,我们采用液相外延技术成功制备了界线清晰的具有a/c晶界的YBCO膜。不同于传统的沉积法所生长的界线不清晰、多结晶且小平面长度短的a/c晶界,这是一种新颖的、具有单结晶品质的、小平面长的晶界结构。在本项研究中,超低过饱和度溶液对制备这样的a/c晶界至关重要。在制备a/c晶界的实验中,部分腐蚀的c轴YBCO薄膜的籽晶置于超低过饱和度溶液中,基于选择生长,a轴取向的YBCO膜异质外延在腐蚀后显露的NGO基板上,而c轴取向的YBCO膜同质外延在之前镀有的c轴YBCO薄膜上,这样最终在a、c轴膜之间形成了独特的a/c晶界结构。a/c晶界是约瑟夫森结的重要结构,对约瑟夫森器件的研发非常重要。因此采用液相外延法制备的这种具有单结晶品质的、界限清晰且小平面长的a/c晶界对于基础研究和器件应用都具有重要意义。2)缓冷提拉法生长大尺寸REBCO单晶高品质、大尺寸的YBCO晶体对高温超导体的基础研究和器件应用具有重要意义。顶部籽晶溶液法（top-seeded solution-growth,TSSG）是一种成熟的、先进的制备RE123高温超导体的方法。通常采用传统的恒温提拉法,该方法晶体生长速度慢、效率低。本项工作中,我们首次报道采用缓冷提拉法制备大尺寸REBCO单晶,晶体生长时温度从Tg缓慢降低,以持续产生一个额外的溶质流,从而提供更大的生长驱动力。在降温速率0.5K/h条件下,制备了一个a-b面大小为13.8×13.5 mm2、c轴方向长度为12.3mm的Y123晶体,其生长速度是传统恒温提拉法的2倍。进一步,根据RE123晶体各自溶解度曲线的特征,我们给出了不同REBCO体系的降温速率范围,并讨论了亚稳区内初始过饱和度对晶体生长速度的影响。3)薄膜热稳定性与籽晶模式、溶液性质关系的研究顶部籽晶熔融法（top-seeded melt-growth,TSMG）是一种常见的用于制备大c畴YBCO块材的方法。该方法所制备的块材作为超导磁体受到广泛应用,该材料基体中含非超导相Y2BaCuO5（Y211）约30%（体积比）。最近发展的改进熔融法（MMG）可以将Y211含量降低至3%,是一种高效制备较高纯度YBCO晶体的方法。然而,在MMG方法中,前驱体组份只包含Y123一个相,薄膜籽晶NdBa2Cu3O7-x（Nd123）的热稳定性因为溶液性质的改变而明显降低。为解决这个问题,我们提出了一种新的顶部籽晶法——镶嵌式籽晶法,以增强薄膜的热稳定性。镶嵌式籽晶法把低过饱和度溶液与薄膜之间的不浸润状态转变为强制浸润状态,因此薄膜表面不能暴露在空气中,氧气难以释放,这有效抑制了薄膜的分解。该方法在低过饱和度下使薄膜籽晶可承受的最高温度显著提高（至少30°C）。进一步,我们澄清了薄膜籽晶的热稳定性与溶液性质、籽晶模式之间的关系。最重要的是,镶嵌式籽晶法可有效地适用于其他具有更高包晶反应温度的REBCO晶体和其他功能氧化物材料的制备。本论文的研究表明,溶液过饱和度的精细调节对晶体生长具有重要的科学意义与应用价值,在本项工作中为实现REBCO液相外延膜的人工微结构取向控制、大尺寸单晶体生长、高性能块材生长等提供了有效的保障,也为其它体系的溶液过饱和度的精细调控与应用提供参考。本论文的研究成果对高温超导领域的基础物理研究、器件研发与应用提供了思路与启示。