[發明專利]金屬基帶上外延CeO2厚膜的電化學沉積方法

在審

• 申請號: 201410791054.4
• 申請日: 2014-12-19
• 公開（公告）號: CN104562127A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 蔡傳兵;桑麗娜;魯玉明;劉志勇;白傳易
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C25D9/04
• 分類號: C25D9/04
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種超導材料的制備方法，特別是涉及一種第二代高溫超導涂層導體緩沖層制備方法，應用于高溫超導涂層導體技術領域。

背景技術

超導材料的發展經過了一個從簡單金屬到復雜化合物的過程。導致銅氧化物超導體發現后，掀起了氧化物超導研究的熱潮，之后一系列高于液氮溫度的銅氧超導體被發現。由于各自不同的本征特性、合成技術及其環境污染等因素，各類銅氧超導體的實用化水平相差很大，有的僅適于基礎研究，而較實用的集中在Y123、Bi2212和Bi2223三大體系。第二代高溫超導帶材是基于雙軸織構技術及薄膜外延涂層技術發展起來的。它是在金屬基底上輔以緩沖層生長雙軸織構的REBa₂Cu₃O_7-d（REBCO）超導層，由于其克服了晶界間的弱連接和島狀生長機制而產生的大量位錯釘扎中心，相比于第一代Bi系超導材料具有更高的不可逆場及更大的臨界電流密度。這些優勢使得第二代高溫超導體在電力、能源、電網中的廣泛應用變為可能。第二代高溫超導帶材的突破將會推動超導技術在工業上的大規模應用。美國、韓國、日本等發達國家紛紛從本國電力能源工業的革新需求和長遠利益考慮，積極實施了旨在促進第二代超導體的商業化和電力應用的戰略計劃。我國雖然起步較晚，但也開始加大投資并將該領域的研究作為重要攻關項目。

涂層導體緩沖層既是超導層外延生長的織構基底，也是克服金屬基底與超導層金屬原子擴散及氧原子擴散的阻擋層。由于緩沖層質量對REBCO超導薄膜外延生長的性能有著至關重要的影響，使緩沖層結構及制備方法成為涂層導體研究的關鍵性技術部分。目前應用較多的緩沖層結構都是緩沖氧化物材料組成多層薄膜結構，在IBAD技術路線中緩沖層是一種復雜多層的薄膜結構，如，LaMnO₃/epi-MgO/IBAD-MgO/Hastelloy，而在RABiTS技術路線人們常用的也是CeO₂/YSZ/Y₂O₃/NiW型的三層膜結構。緩沖層的多層膜結構增加了薄膜制備過程中的工序，而且兩種技術路線均需要真空環境，進而增加了制備成本及潛在的薄膜質量問題。所以尋求一種低成本的制備路線及簡單的新型緩沖層結構，是簡化第二代高溫超導帶材制備工藝和降低制造成本的關鍵問題。

為了簡化緩沖層結構，首先要考慮到材料的選取。由于CeO₂具有良好的熱穩定性、化學穩定性以及與YBCO有比較低的晶格失配度0.62%，被認為是緩沖層的最佳選擇之一。由于CeO₂相對于NiO吉布斯自由能較低，作為種子層在金屬基帶上沉積可充當還原劑，減少NiO的形成，而且形成CeO₂所消耗的能量也很低，在還原性氣氛下可很好的外延生長，所以CeO₂常作為涂層導體緩沖層中的種子層與帽子層。然而CeO₂有個嚴重的缺陷，即當其在金屬基底上薄膜厚度超過一定值時（約為70?nm）就會有微裂紋出現。因此，CeO₂通常與其它緩沖層材料結合，組成多層膜結構，來滿足作為高溫超導涂層導體緩沖層的需要，這直接導致成本增加。鑒于此，尋求一種低成本方法制備涂層導體緩沖層的方法及解決CeO₂厚膜裂紋問題進而簡化緩沖層結構具有重要意義，并成為亟待解決的問題。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種金屬基帶上外延CeO₂厚膜的電化學沉積方法，以無機鈰鹽、二甲基亞砜或含有1~10%無水乙醇的二甲基亞砜試劑為原料，利用非真空電化學沉積技術，FTO導電玻璃作為輔助電極，在金屬基帶上成功外延了均一、致密的高度雙軸織構且無裂紋的單層緩沖層CeO₂厚膜，為第二代高溫超導涂層導體緩沖層提供了關鍵技術及簡單的緩沖層結構。

為達到上述發明創造目的，本發明采用下述技術方案：

一種金屬基帶上外延CeO₂厚膜的電化學沉積方法，具體工藝步驟為：

a．配置溶液過程：首先稱取定量的無機鈰鹽作為溶質，然后用二甲基亞砜或含有1~10%無水乙醇的二甲基亞砜試劑作為溶劑，將無機鈰鹽稀釋溶解，通過密封攪拌接近10個小時，形成鈰離子濃度為1~5?mmol/L的鈰鹽溶液；原料無機鈰鹽優選采用氯化鈰；