[發明專利]一種YBCO多層厚膜的制備方法

在審

• 申請號: 202210108443.7
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN115581114A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 劉志勇
• 申請（專利權）人: 上海大學;上海上創超導科技有限公司
• 主分類號: H10N60/01
• 分類號: H10N60/01
• 代理公司: 上海微策知識產權代理事務所(普通合伙) 31333
• 代理人: 呂姿穎

本發明涉及C084B，更具體地，本發明涉及一種YBCO多層厚膜的制備方法。包括半生長薄膜制備：將YBCO膠體涂敷到織構基底上，得到膠體膜，依次進行低溫處理和高溫預處理后，得到半生長薄膜。本發明提供的方法克服了厚膜效應，可用于YBCO高性能厚膜的連續、大規模生產，促進多層結構YBCO超導膜形成更為致密的結構，其厚膜厚度可達3μm以上，明顯高于目前同類方法得到的YBCO超導膜厚度的同時，12mm寬度的Ic也可達1000A以上，臨界電流密度可達到2.8MA/cm²以上。

技術領域

本發明涉及C084B，更具體地，本發明涉及一種YBCO多層厚膜的制備方法。

背景技術

釔鋇銅氧(YBa₂Cu₃O₇-δ，以下簡稱YBCO)高溫超導膜作為超導材料，在許多領域都具有良好的應用前景，如輸電電纜、發電機、變壓器等。其中隨著這些領域對臨界電流(Ic)的要求的提高，對YBCO高溫超導薄膜的載流能力也有更高要求，而載流能力依賴于控制臨界電流密度(Jc)基本不變的同時，增加厚度，但是目前的超導材料隨著厚度增加，存在厚度效應，即簡單增加厚度，會導致Jc的迅速下降，甚至Ic的下降，對YBCO薄膜的制備工藝提出挑戰。

目前一般的制備工藝是金屬有機溶液化學法(TFA-MOD)，主要通過將YBCO前驅液膠體涂敷后，低溫熱解將有機相轉為無機相后，最終高溫成相燒結得到晶化結構，然后通過吸氧、鍍銀保護層和封裝等步驟得到最終商業使用的YBCO高溫超導帶材，其中在低溫熱解過程中，會發生～90％厚度的收縮；經過高溫晶化燒結，薄膜再次發生～50％厚度的收縮，故為了得到厚膜結構，會進行多次膠體涂敷、低溫熱解步驟后，再進行高溫燒結，但是得到的厚膜結構均勻性差，存在多種偏析等問題，難以在高度下保持Jc穩定和Ic提高。

美國空軍實驗室T.Haugan研究小組在Nature上報道了脈沖激光沉積(PLD)法，通過用多層膜疊加的方式制備了高性能的YBCO涂層，提高了其載流能力，但是該法采用的脈沖激光沉積需要昂貴的真空系統，沉積速率比較低，工藝比較復雜、成本高。CN102560378B報告一種通過分層沉積，并在每層間適當提高溫度，解決YBCO層隨厚度的增加立方織構變差的問題，但對工藝要求較高，CN102142300B通過在薄膜中添加0.1～5％第二相納米粒子來提高Jc，但是難以制備厚膜，CN102690114B提供一種YBa2Cu3O7-x(YBCO)超導復合膜，可得到YBCO/CeO2/YBCO/CeO2/YBCO五層厚度為1.5微米的YBCO超導膜，但是仍難以滿足對YBCO膜厚度的要求。如何克服厚度效應，制備具有高臨界電流(Ic)的厚膜是當前YBCO高溫膜制備中的一個的關鍵問題。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種多層結構YBCO超導厚膜的制備方法，厚度可達3微米以上，一定程度上克服了厚度效應，大幅度提高了高溫超導帶材的載流能力，同時提供了一種連續化生產YBCO超導厚膜帶材的方法。

如圖1所示，本發明提供了一種YBCO多層厚膜的制備方法，包括：

涂敷、低溫處理：將YBCO膠體涂敷到織構基底上，得到膠體膜，進行低溫處理，得到低溫熱解膜，重復涂敷、低溫處理，得到M層低溫熱解膜，M大于等于1；通過本發明提供的方法，可對1層低溫熱解膜進行高溫預處理，也可重復多次低溫熱解的過程得到多層低溫熱解膜后再進行高溫預處理，不做具體限定，優選地，所述M為1～3。

高溫預處理：將M層低溫熱解膜經過高溫預處理后，得到半生長薄膜，所述半生長薄膜靠近織構基底的一側為YBCO層，所述半生長薄膜遠離織構基底的一側為未外延生長層；

多層薄膜制備：將YBCO膠體涂敷到未外延生長層，重復半生長薄膜制備，得到多層薄膜。其中在制備過程中，通過將目前常規的涂敷、低溫熱解重復步驟替換產成涂敷、低溫處理和高溫預處理的過程，可得到半生長薄膜，促進后續涂敷后的結構均勻性，減少偏析等問題。本發明涂敷的方式為旋涂、提拉、流延等，不做具體限定。