[發(fā)明專利]一種Nb摻雜的YBCO超導薄膜及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210350944.2
• 申請日: 2012-09-19
• 公開（公告）號: CN102875141A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設計）人: 索紅莉;毛磊;劉敏;葉帥;徐燕;馬麟
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: C04B35/45
• 分類號: C04B35/45;C04B35/622
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發(fā)明涉及YBCO高溫超導薄膜材料及其制備方法，屬于YBCO超導薄膜技術領域。

技術背景

YBCO涂層超導材料，由于其本身的一系列優(yōu)勢，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就引起了世界的廣泛關注，被認為是最有可能被大規(guī)模應用的超導材料。隨著研究的深入，YBCO超導材料的應用也日趨臨近。但是，YBCO有一個缺點，即隨著外加磁場的增加，其承載的臨界電流密度顯著下降，然而YBCO超導材料的應用絕大部分又是處于外加磁場下的，所以真正要達到實用化，不僅要求其在自場下?lián)碛休^高的載流能力，而且在高場下也應具有較大的載流能力。研究發(fā)現(xiàn)，在YBCO薄膜中適量引入的一些缺陷可以作為釘扎中心，有效地減少了磁通蠕動，改善了YBCO的場性能。目前，世界上已有許多小組通過摻入Zr,Sn等在薄膜中形成鈣鈦礦結構來改善了YBCO的場性能，也有通過摻入稀土氧化物納米顆粒和采用其他稀土元素來部分取代YBCO中Y元素來實現(xiàn)場性能的提高。但是，目前主要采用的是PLD,磁控濺射等方法來實現(xiàn)YBCO的摻雜，這些方法雖然摻雜效果明顯，但是設備復雜，需要高真空，成本昂貴，并且不易靈活地控制摻雜量，這些對于大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化是不利的。本發(fā)明提供一種摻Nb的方法，Nb在薄膜中形成雙鈣鈦礦結構納米顆粒，與YBCO的晶格適配度更大，能產(chǎn)生更大的內(nèi)應力，即釘扎力，能更高的提高場性能。并且采用價格低廉的，設備簡單的化學法，易于產(chǎn)業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單，成本低廉，高場下場性能好的Nb摻雜的YBCO超導薄膜及其制備方法。

本發(fā)明的一種Nb摻雜的YBCO超導薄膜，其特征在于，超導薄膜為YBCO薄膜中摻雜有納米顆粒的雙鈣鈦礦結構(雙鈣鈦礦結構的晶胞由兩個鈣鈦礦的晶胞組成)的Ba₂YNbO₆(BYNO)，Nb物質(zhì)的量占總的金屬陽離子的物質(zhì)的量為1%-10%。

本發(fā)明所提供的Nb摻雜YBCO超導薄膜的制備方法，包括以下步驟：

A、Nb摻雜的YBCO前驅(qū)液的配制：

（1）將醋酸釔，醋酸鋇按摩爾比1：2的比例溶解在去離子水中，在40-60℃下充分攪拌溶解后，按照醋酸釔和三氟乙酸的物質(zhì)的量比為1：（3～4）加入三氟乙酸，在40-60℃下充分反應后，在40-60℃下旋轉蒸發(fā)，得到白色粉末，用無水甲醇溶解，得到Y，Ba的前驅(qū)液；

（2）將醋酸銅和α-甲基丙烯酸按摩爾比1：4的比例溶解在無水甲醇中，在70-90℃下回流充分后，在40-60℃下旋轉蒸發(fā)，得到藍色凝膠，用無水甲醇溶解，得到Cu的前驅(qū)液；

（3）將Y，Ba,Cu的前驅(qū)液分別過濾后混合，得到藍色透明混合液，在40-60℃下旋轉蒸發(fā)，得到藍色凝膠，再用無水甲醇稀釋，控制總陽離子濃度為1.0-2.0mol/L，即為YBCO前驅(qū)液；

（4）按照（1）配置Y，Ba的前驅(qū)液；

（5）在惰性氣體保護下，將乙醇鈮按照和醋酸釔摩爾比為1：1加入到Y，Ba的前驅(qū)液中，得到含Nb的前驅(qū)液；

（6）按照Nb的物質(zhì)的量為1%-10%，將Nb的前驅(qū)液加入到YBCO前驅(qū)液中進行混合，得到Nb摻雜的YBCO前驅(qū)液；

B.將Nb摻雜的YBCO前驅(qū)液通過旋涂的方式涂敷到具有雙軸織構的基底上，得到凝膠濕膜；

C.低溫燒結：室溫下，將凝膠濕膜以600℃/小時的升溫速度升溫至100℃，再以200℃/小時的升溫速度升溫紙400℃，得到非晶前驅(qū)膜；其中，從室溫升至150℃升溫過程中，通入干氧，氣體流量是0.1-0.3升/分鐘；在150℃至400℃升溫過程中，通入濕氧；濕氧是以0.1-0.3升/分鐘的氣流量通入溫度為25℃-35℃的蒸餾水中獲得的；

D.高溫燒結：將非晶前驅(qū)膜于800-850℃高溫燒結2-4小時，其中，前2/3的時間內(nèi)通入氧含量200-500ppm的濕Ar/O₂混合氣，后1/3的時間內(nèi)通入氧含量為200-500ppm的干Ar/O₂混合氣，然后高溫燒結完后繼續(xù)在通入氧含量為200-500ppm的干Ar/O₂混合氣的條件下隨爐降溫至450℃-500℃后，并在此條件下保溫2-4小時，得到Nb摻雜YBCO超導薄膜；濕Ar/O2混合氣是將干Ar/O2混合氣以0.5-1.0升/分鐘的氣流量通入40-60℃的蒸餾水中獲得的。

本發(fā)明具有以下收益效果：