[發明專利]一種二元材料（Zr，Ce）O2納米點、制備方法及應用

無效

• 申請號: 201110052460.5
• 申請日: 2011-03-04
• 公開（公告）號: CN102180703A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 劉敏;徐燕;葉帥;吳紫平;呂昭;程艷玲;馬麟;邱火勤;董傳博;索紅莉
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C04B41/50
• 分類號: C04B41/50;C04B41/52
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明屬于高溫超導材料技術領域，涉及高溫超導涂層導體過渡層表面改性的制備技術，具體涉及一種二元材料(Zr，Ce)O₂納米點、制備方法及應用。

背景技術

以YBCO為主的稀土類鋇銅氧化物第二代涂層超導體，由于具有高的不可逆場，高的載流能力、低的交流損失，潛在的價格優勢，早在上世紀80年代末就被預測將有非常廣泛的應用前景。但是超導材料大都應用于外加磁場的環境下，而其工程臨界電流密度(J_e)又是隨著外加磁場的增加而急劇下降的。其中磁場與J_e存在一定的關系：J_e＝HP^-αP。α值表示J_e在外加磁場下的下降趨勢，其值越小，J_e的下降趨勢越小。因此要真正實現其實用化，就不僅要提高涂層導體在自場下的載流能力，而且要求它在較高的外加磁場下也具有較大的載流能力。而過渡層表面改性是一個很好的方法來減小α值，提高YBCO場性能。

J_e降低的主要原因除了自身的各向異性和熱量的波動，另一重要原因是缺乏有效的釘扎中心。在薄膜內部人為地引入適量的缺陷作為釘扎中心，可以在保持超導相的轉變溫度和織構性能基本沒受到大的破壞的同時，很好的提高薄膜在高場下的J_e值。目前常用的方法是有稀土元素的取代或替換；納米顆粒的摻雜；重離子輻射。然而重離子輻射因其具有輻射性已逐漸被人們所拋棄，而稀土元素的取代或替換和納米顆粒的摻雜都是在制備YBCO的前驅液里進行操作，無法實現對膜中人工引入物的形態，分布及數目的控制，因而很難保證缺陷的適量問題。

發明內容

本發明的目的在于解決現有涂層導體過渡層制備過程中存在的問題，提供一種在YBCO沉積以前能夠對引入的納米點的形態，數目及分布進行有效控制的簡單、高效的制備方法。

本發明所提供的一種(Zr、Ce)O₂納米點，由Zr_1-xCe_xO₂復合氧化物固溶體組成，0.1≤x≤0.9；涂覆在基板上的不連續的、高度在5～60nm、直徑在20～150nm、顆粒密度在10～100個/μm的Ce摻雜的ZrO₂納米點。

本發明通過以乙酰丙酮鋯和乙酰丙酮鈰鹽為前驅鹽，采用化學溶液方法制備前驅液后，經過旋涂或者浸涂的方法將前驅液涂敷到單晶基板上，再經過熱處理工藝在單晶表面獲得(Zr、Ce)O₂納米點，具體步驟如下：

1)制備前驅液：將乙酰丙酮鋯和乙酰丙酮鈰按鋯離子與鈰離子的摩爾比為1-x∶x溶解到正丙酸中，得到前驅液，其中，0.1≤x≤0.9，鋯離子與鈰離子的總濃度為0.002～0.02mol/L；

2)涂敷前驅液：將步驟1)制備的前驅液采用旋涂或者浸涂的方式涂敷到單晶基板上，得到前驅膜；

3)高溫燒結：在通保護氣體的條件下，將前驅膜于950～1200℃燒結10～500分鐘，得到不連續的、高度在5～60nm、直徑在20～150nm、顆粒密度在10～100個/μm的Ce摻雜的ZrO₂納米點。

本發明提高YBCO的場性能的方法為：在上述涂有納米點的過渡層基板上用低氟MOD工藝制備YBCO膜。

步驟1)中采用的單晶基板有一定的預切割處理，角度分別為0～20度；基板材料為LaAlO₃或SrTiO₃。

步驟2)中采用旋涂方式將前驅液涂敷到單晶基板上時，旋轉涂敷的轉數為2000～5000rpm，旋涂時間為30～120s。步驟2)中采用浸涂方式將前驅液涂敷到單晶基板上時，垂直提拉基板的速度為10～150毫米/分鐘。

步驟3)中所述的保護氣體為H₂氣、N₂氣或Ar氣的一種或幾種的混合。

與現有技術相比較，本發明具有以下優點：

1)本發明在沉積YBCO以前在過渡層基板的表面獲得一層較薄的、不連續的島狀顆粒，使得YBCO在這些島狀顆粒附近形核時由于晶格上的匹配差從而產生一些缺陷，以此作為釘扎中心來提高外加磁場下YBCO薄膜的超導性能。

2)本發明對比其它提高YBCO的場性能的稀土元素的取代或替換法和納米顆粒的摻雜法，在引入物的尺寸、數目和分布方面可預先控制。