[發明專利]一種制備高溫超導摻雜晶體的方法

有效

• 申請號: 201410382418.3
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN104233455B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 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: C30B15/04
• 分類號: C30B15/04;C30B29/22
• 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

本發明涉及高溫超導晶體制備技術領域，尤其涉及一種高溫超導摻雜晶體的制備方法。?

背景技術

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。自從REBa₂Cu₃O_7-δ(簡稱RE-Ba-Cu-O或REBCO，其中RE＝Y、Sm、Gd、Nd等)高溫超導體被發現以來，就引起了人們的廣泛關注。一方面，由于傳統的BCS理論無法完全解釋REBCO高溫超導體的超導機制，因此世界范圍內的物理學家需要高質量的高溫超導晶體，探索高溫超導緣由；另一方面，陽離子替代在RE-Ba-Cu-O體系正吸引著越來越多人的關注，因為這種材料的研究能夠為超導機制的研究提供一些新的見解，而且能夠為實際應用提高超導性能。?

頂部籽晶提拉法被普遍認為是一種極具潛力的REBCO高溫超導晶體的制備方法。在頂部籽晶提拉REBCO高溫超導單晶體的過程中，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REBCO超導單晶體的生長。由于頂部籽晶提拉法的生長條件接近平衡態，使用晶格失配度較小的材料作為籽晶誘導生長得到的晶體具有低缺陷、高平整度、高結晶性能等特點。另外，由于頂部籽晶提拉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。?

根據研究表明，為了獲得大尺寸的REBCO高溫超導單晶體，主要考慮兩個方面。一是晶體的生長時間，一是晶體的生長速度。?

在現有技術中，對于第一方面，長時間的晶體生長會產生以下主要問題：第一，溶液在坩堝中的量會由于一定程度的浸潤性爬出坩堝而減少，這會造成液面的下降而影響晶體的品質；第二，液面會因為長時間處于過飽和狀態且溶質又不能及時消耗而產生浮游物，這很可能會造成多晶的發生；第三，隨著晶體尺寸的變大，液面附近的溫度場也會發生變化，從而影響晶體生長的液面溫度。尤其在生長金屬元素摻雜的高溫超導晶體時，溶液體系的復雜性使得問題更為突出。?

對于第二方面，現有技術的技術方案主要為：第一，在純氧環境中進行生長；純氧氣氛能夠提高RE元素在Ba-Cu-O溶劑中的溶解度，從而能夠提高晶體的生長速度，但是這種方法操作起來比較繁瑣而且相較于空氣氣氛，成本也較高。第二，在前驅溶?液中增加第二稀土元素，例如Sm或Nd等。但是這種方法盡管Sm或Nd比Y具有更高的溶解度，SmBCO或NdBCO單晶體的生長速度也較YBCO快，但是這并沒有解決YBCO晶體的快速生長問題；另外，在Y-Ba-Cu-O溶液中引入Sm或Nd元素也可以提高生長速度，但是得到的樣品有Sm或Nd元素的摻雜，最終影響到YBCO單晶體的晶格結構。同樣地，當金屬元素進入到Y-Ba-Cu-O溶液時，在改變晶格結構的同時，并沒有提高生長速度。?

以往金屬元素(M)摻雜的高溫超導晶體的制備，通常是選用所摻雜金屬的氧化物坩堝，在加入Ba-Cu-O助溶劑的同時也加入粉狀Y₂O₃；或者選用Y₂O₃坩堝，在加入Ba-Cu-O助溶劑的同時也加入粉狀摻雜金屬的氧化物。一方面，不管是哪一種方法，都使得溶液狀態的控制變得相當復雜，不利于摻雜晶體長時間穩定生長；另一方面，前一種方法不利于大范圍內同時提供稀土元素，后一種方法不利于大范圍內同時提供金屬元素，因而生長速度受到一定抑制。?

因此，本領域的技術人員致力于探尋一種既延長生長時間又提高生長速度的方法，用于制備高溫超導摻雜晶體。?

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克服傳統方法中晶體的生長時間和生長速度控制方面的技術缺陷而提供一種制備高溫超導摻雜晶體的方法。?

為實現上述目的，本發明提供了一種制備高溫超導摻雜晶體的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：?

a.將BaCO₃粉末和CuO粉末進行配料，獲得BaCO₃+CuO粉料；?

b.對所述步驟a所得的BaCO₃+CuO粉料進行預處理；?

c.燒結所述步驟b得到的BaCO₃+CuO粉料，制得Ba-Cu-O粉末；?