[發明專利]一種高溫超導納米復合薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 200810239963.1
• 申請日: 2008-12-16
• 公開（公告）號: CN101747031A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 丁發柱;李弢;古宏偉
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: C04B35/45
• 分類號: C04B35/45;C04B35/622;H01B12/00
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 程鳳儒

技術領域

本發明涉及一種大面積高溫超導納米復合薄膜及其制備方法，特別是利用三 氟乙酸鹽-金屬有機沉積法(TFA-MOD)制備釔鋇銅氧-鋯酸鋇納米復合薄膜。

背景技術

第二代高溫超導帶材是指以YBCO-123系超導材料為主的稀土類鋇銅氧化物 超導涂層導體。與第一代Bi系高溫超導帶材相比，第二代高溫超導帶材在高磁場 下有負載高電流的能力，可以在較高的溫度和磁場下應用，是各國在高溫超導領 域競相研究開發的焦點。目前，包括通過物理的和化學的很多方法都可以用來制 備YBCO超導涂層。與這些方法相比，三氟酸鹽-金屬有機沉積法(TFA-MOD)有 眾多優點。第一，溶液涂層技術能夠滿足工業上對涂層的寬度和長度要求。第二， 與磁控濺射、金屬有機化學氣相沉積和脈沖激光沉積(PLD)需要使用真空系統和 昂貴的設備相比，金屬有機沉積成本低，沉積速率高。第三，成份容易控制，可以 精確控制金屬組成的配比。因此，TFA-MOD法制備YBCO薄膜近年來引起了國內 外的廣泛關注。

高溫超導材料在強電應用領域中最關鍵的參數之一是臨界電流密度Jc。目前， 普遍認為高溫強場下高溫超導體的臨界電流密度Jc主要受兩個因素制約：晶間弱連 接與弱的磁通釘扎能力。經過世界各國科學家的努力，已基本解決YBCO高溫超導 體塊材或帶材中各種織構工藝存在的晶間弱連接問題。為了推動高溫超導體在強 電領域的實用化進程，還必須設法向高溫超導體中引入強的磁通釘扎中心，克服 高溫下由于弱的磁通釘扎能力而導致的熱激活磁通蠕動，磁通流變等現象，提高 高溫超導體的磁通釘扎能力，從而提高其磁場下的臨界電流密度Jc。

能否提高YBCO薄膜的臨界電流密度與薄膜中的釘扎缺陷的尺寸有很大關系， 在薄膜中需引入具有納米尺度的缺陷。早期引入釘扎中心的方法，主要采取重離 子轟擊及高能粒子輻照，在YBCO單晶中注入粒子可以使它的Jc提高一到兩個數量 級，這些高能粒子包括重離子、電子、質子和快中子等。但這種方法在涉及到實 際應用時，便遇到了重重困難，輻照過的材料具有放射性，并且從經濟角度考慮 也行不通。因此，必須尋找新的、簡單可行的磁通釘扎引入途徑以提高YBCO涂層 的臨界電流密度。

發明內容

本發明目的是提供一種大面積高溫超導納米復合薄膜及其制備方法，其是通 過三氟乙酸鹽-金屬有機沉積法，在YBCO薄膜中引入納米級鋯酸鋇粒子作為釘扎 中心，從而制備具有提高的電流密度的大面積高溫超導納米復合薄膜材料。

該方法包括以下步驟：

第一步驟，按照Y∶Ba∶Cu＝1∶1.5～2∶3的摩爾比例把Y(CH₃COO)₃、Ba(CH₃COO)₂和Cu(CH₃COO)₂混合，室溫溶于含等當量三氟乙酸的去離子水中配成溶液，其中 該去離子水溶液中含20-30摩爾％的三氟乙酸；

第二步驟，將上述溶液攪拌均勻后，蒸除溶劑得到凝膠；

第三步驟，將上述凝膠加入甲醇至凝膠完全溶解，再經磁力攪拌器攪拌均勻 后再蒸除溶劑以進一步去除水分等雜質而得到非常純凈的凝膠；

第四步驟，將上述凝膠再次加入甲醇，制成Y、Ba和Cu三種金屬離子總濃 度為0.8-3.0mol/L的溶液，攪拌均勻后再加入三種金屬總離子濃度的5％～8％mol 的乙酰丙酮鋯，制備成前驅液；

第五步驟，將上述前驅液涂覆在基片上，涂層的直徑可以達2英寸，厚度可以 為200-500nm，其中，該涂覆方法可以是旋涂(spin-coating)或提拉(dipping)方法， 可以采用勻膠機以3000轉/分-6000轉/分的速度涂覆，該基片可以是單晶氧化物或 其它適于制備高溫超導薄膜的基片，如鋁酸鑭、鈦酸鍶或氧化鎂單晶基體；

第六步驟，在400℃～410℃條件下進行10小時的低溫熱處理，分解三氟乙酸 鹽；該步驟的升溫速度可以為40℃/h；可以在氧氣和水汽的氣氛中，在水汽壓為 100hPa-170hPa的條件下進行；

第七步驟，在800℃～850℃保溫3-4小時，生成含有納米鋯酸鋇的四方相YBCO 薄膜；該步驟的升溫速度可以為400℃/h；可以在濕潤的氧氣和氬氣的氣氛中，在 水汽壓為170hPa-240hPa的條件下進行；