一种促进镝钡铜氧超导膜外延生长的方法技术

技术编号:21878598 阅读:46 留言:0更新日期:2019-08-17 10:11
一种促进镝钡铜氧超导膜外延生长的方法,其操作主要是:在镝钡铜氧的前驱溶液中掺入微量钴离子;将掺入微量钴离子的前驱溶液溶液涂覆于基片,热分解后形成镝钡铜氧非晶前驱膜;该非晶前驱膜在740‑750℃、55‑65分钟的条件下,或者800‑805℃、10‑30分钟的条件下,完成外延生长成相;最后通过低温氧气退火处理形成具有正交晶体结构的镝钡铜氧超导膜。获得的镝钡铜氧超导膜具有优异的织构、平整致密的微结构和高临界电流密度。该方法的外延生长成相的温度低或时间短,其制备成本低、制备效率高,有利于镝钡铜氧超导材料的批量化生产和规模化应用。且其制得的镝钡铜氧超导膜具有优异的织构、平整致密的微结构和高临界电流密度。

A Method for Promoting Epitaxy Growth of Dysprosium Barium Copper Oxygen Superconducting Films

【技术实现步骤摘要】
一种促进镝钡铜氧超导膜外延生长的方法
本专利技术涉及涉及一种促进镝钡铜氧超导膜外延生长的方法。
技术介绍
镝钡铜氧(DyBCO,DyBa2Cu3O7-δ)涂层导体在传输电缆、变压器、磁体、超导储能装置等领域有着广泛的应用潜力。德国涂层导体生产厂家THEVA采用反应电子束共蒸发(RCE)方法在倾斜基底上制备的镝钡铜氧涂层导体成功突破了厚度效应,临界电流超过1000A/cm。相比于昂贵的真空方法,金属有机物沉积(MOD)法作为一种制备DyBCO涂层导体的化学方法,具有成本低廉、易于操作的优势,更适合大规模工业化生产。三氟醋酸盐金属有机物沉积(TFA-MOD)法是一种典型的金属有机物沉积法,这种方法可以制备具有良好织构和高临界电流密度(Jc)的镝钡铜氧超导膜,目前已经被广泛地研究并被应用于工业生产。但由于该方法本身的特点,难以避免在成相热处理阶段产生毒性气体HF,这不仅对环境有潜在的危害,同时排氟设施的设计和制造也增加了镝钡铜氧薄膜的制备成本,制约了TFA-MOD方法的进一步发展。与此相比,无氟金属有机物沉积(FF-MOD)法具有制备过程相对简单、成相速度快且环境友好的特点,近年来持续受到人们的关注。但该方法制备织构的DyBCO膜的烧结温度普遍在800℃左右,烧结时间普遍在60分钟以上。如此长时间、高温度的烧结热处理,一方面会造成涂层导体中介质层与DyBCO超导层之间的元素扩散,导致超导性能恶化。另一方面也导致其制备成本高、制备效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种促进镝钡铜氧超导膜外延生长的方法。该方法的制备成本低、制备效率高,且制得的镝钡铜氧超导膜的性能好,临界电流密度大。本专利技术实现其专利技术目的所采用的技术方案是,一种促进镝钡铜氧超导膜外延生长的方法,其步骤是:a、前驱溶液制备:将乙酸镝或乙酰丙酮镝、乙酸钡或乙酰丙酮钡、乙酸铜或乙酰丙酮铜和乙酸钴或乙酰丙酮钴,按镝:钡:铜:氧:钴的化学计量比1:2:3-X:X,0.0008≤X≤0.05的比例,溶解于丙酸中,得前驱溶液;b、涂敷及干燥:将a步的前驱溶液涂敷于基片上,干燥后在基片上形成薄膜;c、非晶前驱膜的制备:将b步的带薄膜的基片进行分解热处理得到非晶前驱膜;d、外延生长成相:将非晶前驱膜在740-750℃,干燥的氩氧混合气氛中外延生长成相55-65分钟得到织构的镝钡铜氧相薄膜。或者,将非晶前驱膜在800-805℃,干燥的氩氧混合气氛中外延生长成相10-30分钟,得到织构的镝钡铜氧相薄膜;e、退火处理:将d步的织构的镝钡铜氧相在氧气氛中进行退火处理,得到具有正交晶体结构的镝钡铜氧超导膜。与现有技术相比,本专利技术的有益效果是:一、本专利技术方法在前驱溶液中掺入了微量Co离子。申请人发现,化学计量比为0.0008—0.05的Co离子掺杂,可有效地促进DyBCO前驱膜晶粒的外延生长,具体体现在两方面:一方面可以降低成相过程中DyBCO前驱膜中晶粒形核的温度,使得DyBCO膜可在较低的温度下开始并完成外延生长,从而显著降低了膜的织构温度,提高了镝钡铜氧膜的性能。实验表明,采用本专利技术方法在750℃的低温即可制得在77K温度和零磁场下临界电流密度高达3.0MA/cm2的DyBCO膜。另一方面,可以加快DyBCO前驱膜晶粒形核和生长的速度,使得DyBCO膜外延生长的时间缩短;在显著缩短膜的织构时间的同时,提高了镝钡铜氧膜的性能。实验表明,采用本专利技术方法在805℃热处理30分钟即可制得在77K温度和零磁场下临界电流密度高达4.0MA/cm2的DyBCO膜。二、由于Co离子的掺杂明显降低DyBCO膜的织构温度或缩短织构时间,进而减少了介质层的有害元素向DyBCO超导膜扩散,提高了DyBCO涂层导体的性能。三、本专利技术方法明显降低了外延生长的温度、或者明显缩短了外延生长的时间,有效降低了DyBCO高温超导膜的外延生长成相成本,降低了镝钡铜氧超导膜的制备成本、提高了镝钡铜氧超导膜的制备效率,有利于镝钡铜氧超导材料的规模化应用。三、本专利技术方法在整个制备过程中,所有原料中均不含氟等污染物,对环境无污染;且所有原料均便宜易得,制作成本低;Co掺杂的比例容易控制和调整,也有利于镝钡铜氧超导带材料的工业化生产。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细的说明。附图说明图1为实施例1制得的镝钡铜氧膜的X射线衍射图谱;图2为实施例1制得的镝钡铜氧膜的扫描电镜照片;图3为实施例4制得的镝钡铜氧膜的X射线衍射图谱;图4为实施例4制得的Co离子掺杂的镝钡铜氧膜的扫描电镜照片。图1和图3中,纵坐标为衍射强度(Intensity),单位为任意单位(a.u.);横坐标为衍射角2θ,单位为度(deg)具体实施方式:实施例1本专利技术的一种具体实施方式为:一种促进镝钡铜氧超导膜外延生长的方法,其步骤是:a、前驱溶液制备:将乙酸镝、乙酸钡、乙酸铜和乙酸钴,按镝:钡:铜:钴的化学计量比1:2:2.9992:0.0008的比例,溶解于丙酸中,得前驱溶液;b、涂敷及干燥:将a步的前驱溶液涂敷于基片上,干燥后在基片上形成薄膜;c、非晶前驱膜的制备:将b步的带薄膜的基片进行热分解处理得到非晶前驱膜;热分解处理的具体操作是:将带薄膜的基片置于管式炉中,在氩气气氛保护下,以1℃/min从室温升至150℃;然后向炉中通入露点为15℃的水蒸汽,同时通入氩气形成潮湿的氩气保护气氛,以0.5℃/min升温至450℃,保温1小时;随后再在干燥的氩气气氛中,自然冷却至室温。d、外延生长成相:将非晶前驱膜在750℃,干燥的氩氧混合气氛中外延生长成相55分钟得到织构的镝钡铜氧相薄膜。e、退火处理:将d步的织构的镝钡铜氧相进行退火处理,得到具有正交晶体结构的镝钡铜氧超导膜。退火处理的具体方法是:将织构的镝钡铜氧相薄膜,在350℃干燥的氧气气氛中保温3小时,然后冷却至室温。测试表明,本例制得的镝钡铜氧超导膜在77K温度、零磁场下的临界电流密度为3.0MA/cm2。图1为本例制得的镝钡铜氧膜的X射线衍射图谱。该图表明在750℃成相,Co离子掺杂的超导膜的织构良好,无其他杂相。图2为本例制得的镝钡铜氧膜的扫描电镜照片。该图表明在750℃成相,Co离子掺杂的膜表面平整、致密,呈现典型的c轴织构形貌。实施例2一种促进镝钡铜氧超导膜外延生长的方法,其步骤是:a、前驱溶液制备:将乙酰丙酮镝、乙酰丙酮钡、乙酰丙酮铜和乙酰丙酮钴,按镝:钡:钴的化学计量比1:2:2.998:0.02的比例,溶解于丙酸中,得前驱溶液;b、涂敷及干燥:将a步的前驱溶液涂敷于基片上,干燥后在基片上形成薄膜;c、非晶前驱膜的制备:将b步的带薄膜的基片进行热分解处理得到非晶前驱膜;热分解处理的具体操作是:将带薄膜的基片置于管式炉中,在氩气气氛保护下,以3℃/min从室温升至120℃;然后向炉中通入露点为20℃的水蒸汽,同时通入氩气形成潮湿的氩气保护气氛,以1.5℃/min升温至480℃,保温0.5小时;随后再在干燥的氩气气氛中,自然冷却至室温。d、外延生长成相:将非晶前驱膜在740℃,干燥的氩氧混合气氛中外延生长成相65分钟,得到织构的镝钡铜氧相薄膜。e、退火处理:将d步的织构的镝钡铜氧相进行退火处理,得到具有正交晶体结构的镝钡铜氧超导膜。退火处理的具体方法是:将织构的镝钡铜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种促进镝钡铜氧超导膜外延生长的方法,其步骤是:a、前驱溶液制备:将乙酸镝或乙酰丙酮镝、乙酸钡或乙酰丙酮钡、乙酸铜或乙酰丙酮铜和乙酸钴或乙酰丙酮钴,按镝:钡:铜:钴的化学计量比1:2:3‑X:X,0.0008≤X≤0.05的比例,溶解于丙酸中,得前驱溶液;b、涂敷及干燥:将a步的前驱溶液涂敷于基片上,干燥后在基片上形成薄膜;c、非晶前驱膜的制备:将b步的带薄膜的基片进行分解热处理得到非晶前驱膜;d、外延生长成相:将非晶前驱膜在740‑750℃,干燥的氩氧混合气氛中外延生长成相55‑65分钟得到织构的镝钡铜氧相薄膜;或者,将非晶前驱膜在800‑805℃,干燥的氩氧混合气氛中外延生长成相10‑30分钟,得到织构的镝钡铜氧相薄膜;e、退火处理:将d步的织构的镝钡铜氧相在氧气氛中进行退火处理,得到具有正交晶体结构的镝钡铜氧超导膜。

【技术特征摘要】
1.一种促进镝钡铜氧超导膜外延生长的方法,其步骤是:a、前驱溶液制备:将乙酸镝或乙酰丙酮镝、乙酸钡或乙酰丙酮钡、乙酸铜或乙酰丙酮铜和乙酸钴或乙酰丙酮钴,按镝:钡:铜:钴的化学计量比1:2:3-X:X,0.0008≤X≤0.05的比例,溶解于丙酸中,得前驱溶液;b、涂敷及干燥:将a步的前驱溶液涂敷于基片上,干燥后在基片上形成薄膜;c、非晶前驱膜的制备:将b步的带薄膜的基片进行分解热处理得到非晶前驱膜;d、外延生长成相:将非晶前驱膜在740-750℃,干燥的氩氧混合气氛中外延生长成相55-65分钟得到织构的镝钡铜氧相薄膜;或者,将非晶前驱膜在800-805℃,干燥的氩氧混合气氛中外延生长成相10-30分钟,得到织构的镝钡铜氧相薄膜;e、退火处理:将d步的织构...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘连王文涛霍堡垒田正健赵勇
申请(专利权)人:西南交通大学
类型:发明
国别省市:四川,51

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