[發明專利]一種能夠規范界面納米顆粒的過渡層表面改性方法

有效

• 申請號: 201410010106.X
• 申請日: 2014-01-09
• 公開（公告）號: CN103755380A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 索紅莉;徐燕;劉敏;任程;儀寧;田輝;王毅;馬麟
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C04B41/50
• 分類號: C04B41/50
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于高溫超導材料制備技術領域，具體涉及高溫超導涂層導體過渡層表面改性的制備技術。

背景技術

YBCO高溫涂層超導材料在電力、醫療設備、通訊等方面有著廣泛的潛在應用。而這些應用要求高溫超導體需有一個高的臨界電流，尤其在外加磁場下。但是YBCO超導體屬于第二類超導材料，在外加磁場下會有部分磁通經過內部，電流通過時引起磁通蠕動，導致其臨界電流密度（J_e）隨著外加磁場的增加而急劇下降的。

研究表明通過人為的在超導材料內部引入適量的缺陷，可作為釘扎中心，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。

過渡層表面改性是一種很好的引入人工釘扎的方法。該方法是在制備YBCO薄膜以前，在沉積基板上預先沉積一層納米顆粒。利用納米顆粒與YBCO的錯配度引入缺陷，形成釘扎中心。金屬有機鹽沉積法（MOD）提供了一種工藝簡單價格經濟的方法來實現基板的表面改性，并且此法可大規模工業化生產。但是此路線下，各個納米顆粒之間僅靠范德華力來規范顆粒形態，所起作用有限，因此如何控制顆粒形態是一個研究難點。目前的方法中僅依靠調節制備參數，很難控制顆粒的分散、尺寸與顆粒密度，從而很難保控制釘扎缺陷的數量。因此迫切需要在改變制備工藝以外的領域尋找方法來引導規范這些納米顆粒。

發明內容

本發明的目的在于解決過渡層表面改性制備過程中存在的問題，提供一種更好的控制納米顆粒分散、尺寸與顆粒密度的過渡層表面改性方法。

本發明通過調整過渡層單晶基板沉積面的方向，使之在燒結時產生的臺階流作為顆粒的形核中心，從而控制顆粒數目；通過調整臺階的大小調節顆粒的尺寸與分散度。

本發明通過預先在沉積基板表面刻劃一定數目的劃痕，使之作為形核中心，從而有效控制顆粒數目；通過調整劃痕間隔可以有效限制顆粒尺寸，防止顆粒團聚。

本發明可將各類金屬的如鈰、鋯、鑭、釔等的乙酰丙酮鹽或醇鹽單獨或幾種共同溶解到丙酸中，采用化學溶液方法制備前驅液后，經過旋涂法將前驅液涂敷到不同角度的單晶基板上，再經過熱處理工藝在單晶表面獲得形態可控的納米點，具體步驟如下：

1）單晶基板的預處理：用納米壓痕儀在（001）-LaAlO₃(LA0)單晶表面劃滿一定數量的劃痕，其中壓痕力度為0.1mN～1mN,間隔500nm～1μm；或者將(001)-LAO偏離標準（001）一定角度進行切割，使沉積表面為非標準（001）面，其中偏離標準（001）角度不大于40°；

2）制備前驅液：將待沉積的金屬納米顆粒的乙酰丙酮金屬鹽按照化學計量比溶解到正丙酸中，得到陽離子摩爾濃度為0.001-0.03mol/L的前驅液；

3）涂敷前驅液：將步驟2）制備的前驅液采用旋涂的方式涂敷到步驟1）制備的單晶基板上，旋轉涂敷的轉數為1000-6000rpm，旋涂時間為20-200s，得到前驅膜；

4）高溫燒結：在通Ar氣或Ar與H₂的混合氣條件下，將前驅膜于800～1300℃燒結10～1000分鐘，得到孤立的、密度和尺寸受臺階流或劃痕控制的納米點。

本發明方法制備的納米顆粒的形態受臺階流或劃痕調控。具體表現在納米顆粒數目與臺階數目或劃痕數目幾乎相同；納米顆粒尺寸與臺階流寬度相當；納米顆粒無團聚，完全被臺階流或劃痕孤立開。

與現有技術相比較，本發明具有以下優點：

1）本發明在沉積納米顆粒前，在單晶基板上制備劃痕作為形核中心，使得劃痕數目等于納米顆粒數目，從而有效控制顆粒數目；劃痕的間距有效地分散了顆粒從而有效地避免了顆粒的團聚。進而為后續沉積的YBCO超導薄膜提供了一種表面微觀形貌可調控的高效工程表面。

2）本發明在沉積納米顆粒前，偏離標準（001）一定角度進行切割，在制備納米顆粒過程中會同時形成大量的臺階流。此臺階流可做為形核中心，使得納米顆粒數目等于臺階流數目，從而有效地控制顆粒數目；此外臺階流的尺寸可以限制顆粒尺寸，并且可以有效地隔離分散顆粒，防止顆粒團聚。進而為后續沉積的YBCO超導薄膜提供了一種表面微觀形貌可調控的高效工程表面。

3）本發明可以與其他調整工藝參數的方法聯合，能更好的控制顆粒形態。

附圖說明

圖1、實施例1中制備的YSZ納米點的AFM-3D照片。