[發明專利]一種用于制備無裂紋YBCO液相外延膜的方法

在審

• 申請號: 201410373578.1
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104109905A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: 郭林山;王偉;崔祥祥;姚忻
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C30B29/22
• 分類號: C30B29/22;C30B19/12
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及一種高溫超導材料的制備方法，尤其涉及一種用于制備無裂紋YBCO液相外延膜的方法。

背景技術

超導體最早是在1911年的時候被發現的，它具有兩個主要特性：零電阻以及完全抗磁性。這些奇特的性質使它在很多領域具有應用潛力，例如，在電力工業中用超導電纜可實現無損耗輸電，超導電機可突破常規發電機的極限容量；用超導線圈制成的超導磁體不僅體積小、重量輕，而且損耗小、所需的勵磁功率小，可獲得強磁場。但是其極低的溫度使其應用受到了極大的限制，因此研制具有較高臨界溫度的超導體成為熱點。

臨界溫度在液氮溫度(77K)以上的超導體被稱為高溫超導體。液氮溫度以上的超導體的發現，使得普通的物理實驗室具備了進行超導實驗的條件。目前，高溫超導體包括四大類：90K的稀土系、110K的鉍系、125K的鉈系和135K的汞系。

其中，由于YBa₂Cu₃O_x(簡稱YBCO、Y123、釔鋇銅氧)具有高于液氮溫度的超導轉變溫度Tc，其在低于轉變溫度Tc的溫度環境下表現出邁斯納效應和零電阻效應等特性。YBCO超導膜在諸如限流器、帶通濾波器等超導器件方面具有許多潛在的應用。液相外延(Liquid?Phase?Epitaxy，LPE)被普遍認為是一種極具潛力的YBCO超導膜的制備方法。在液相外延生長YBCO超導膜的過程中，籽晶被固定在連接桿上緩慢靠近飽和溶液表面，作為唯一的形核點誘導YBCO超導膜的生長。由于LPE的生長條件接近平衡態，使用薄膜材料作為籽晶誘導生長得到的膜具有低缺陷、高平整度、高結晶性能等特點。另外，由于LPE在非真空條件下進行，因而這種方法具有制備成本低等優點。并且與一般的成膜技術相比，LPE具有較快的生長速度。

在液相外延生長REBCO超導膜時，YBCO/MgO和NGO是兩種被廣泛選用的種膜(籽晶)。但是，對于YBCO/MgO種膜，其MgO基板與YBCO薄膜很大的失配度；對于NGO種膜，其誘導生長的YBCO超導膜通常具有密集的裂紋，非常不利于超導器件的設計與研發。以往的液相外延方法中，由于很難獲得極低的生長驅動力，在YBCO/LAO上外延出的YBCO超導膜都具有非常明顯的裂紋?？梢?，探索用于液相外延生長無裂紋的YBCO超導膜的相關方法顯得至關重要。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種液相外延生長無裂紋的YBCO超導膜的制備方法，以用于相關的器件研發。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種使用沉積于鋁酸鑭(LaAlO₃，LAO)基板上的YBCO薄膜作為籽晶，在空氣中采用頂部籽晶提拉法液相外延生長無裂紋YBCO超導膜的方法。

為實現上述目的，本發明提供了一種用于無裂紋YBCO液相外延膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

a)將BaCO₃粉末和CuO粉末進行配料，獲得BaCO₃+CuO粉料，所述BaCO₃+CuO粉料中的Ba和Cu的摩爾比為0.4-0.7；

b)對BaCO₃+CuO粉料進行預處理，然后通過燒結制得Ba-Cu-O粉末；；

c)將Ba-Cu-O粉末加入到Y₂O₃材料的坩堝中加熱至第一溫度，并繼續保溫，之后獲得Y-Ba-Cu-O溶液；

d)向Y-Ba-Cu-O溶液中加入30-40克步驟b)制得的Ba-Cu-O粉末，并在第一溫度繼續保溫，之后將所得的Y-Ba-Cu-O溶液冷卻至第二溫度；

e)使用YBCO/LAO薄膜作為籽晶，將YBCO/LAO薄膜垂直插入步驟d)冷卻所得的Y-Ba-Cu-O溶液，采用頂部籽晶提拉法液相外延生長YBCO超導膜。

進一步地，步驟b)的預處理包括以下工序：

(i)對BaCO₃+CuO粉料進行濕磨以獲得BaCO₃+CuO漿料，濕磨時間為2-4小時；

(ii)烘干所得的BaCO₃+CuO漿料。

進一步地，工序(i)所述的濕磨時，在BaCO₃+CuO粉料中加入的液體選自無水乙醇和水中的一種。

進一步地，步驟b)的燒結為將經過所述預處理的BaCO₃+CuO粉料在890-910℃保溫40-50小時。