一种液相外延制备高温超导膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种液相外延制备高温超导膜的方法，该方法包括以下步骤：a.制备Ba-Cu-O粉料；b.对步骤a得到的粉料进行预处理；c.烧结步骤b得到的粉料，制得Ba-Cu-O粉末；d.将步骤c得到的粉末加入到Y2O3材料的坩埚中加热至第一温度，并继续保温，获得Y-Ba-Cu-O溶液；e.将步骤d所得的溶液冷却至第二温度；f.使用LaAlO3单晶基板作为籽晶，将其插入步骤e所得的溶液中，采用顶部籽晶提拉法液相外延生长YBCO超导膜。本发明专利技术采用LAO单晶基板作为籽晶，通过控制降温速度和第二温度生长YBCO超导膜，对高温超导器件研发具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，该方法包括以下步骤：a.制备Ba-Cu-O粉料；b.对步骤a得到的粉料进行预处理；c.烧结步骤b得到的粉料，制得Ba-Cu-O粉末；d.将步骤c得到的粉末加入到Y2O3材料的坩埚中加热至第一温度，并继续保温，获得Y-Ba-Cu-O溶液；e.将步骤d所得的溶液冷却至第二温度；f.使用LaAlO3单晶基板作为籽晶，将其插入步骤e所得的溶液中，采用顶部籽晶提拉法液相外延生长YBCO超导膜。本专利技术采用LAO单晶基板作为籽晶，通过控制降温速度和第二温度生长YBCO超导膜，对高温超导器件研发具有重要意义。【专利说明】
本专利技术涉及高温超导膜制备
，尤其涉及一种利用液相外延制备高温超导膜的方法。
技术介绍
超导体最早是在1911年的时候被发现的，它具有两个主要特性:零电阻以及完全抗磁性。这些奇特的性质使它在很多领域具有应用潜力，例如，在电力工业中用超导电缆可实现无损耗输电，超导电机可突破常规发电机的极限容量；用超导线圈制成的超导磁体不仅体积小、重量轻、而且损耗小、所需的励磁功率小，可获得强磁场。但是其极低的温度使其应用受到了极大的限制，因此研制具有较高临界温度的超导体成为热点。 临界温度在液氮温度(77K)以上的超导体被称为高温超导体。液氮温度以上的超导体的发现，使得普通的物理实验室具备了进行超导实验的条件。目前，高温超导体包括四大类:90K的稀土系、I1K的铋系、125Κ的铊系和135Κ的汞系。其中，由于YBa2Cu3Ox (简称YBCO、Υ123、钇钡铜氧)具有高于液氮温度的超导转变温度Tc，其在低于转变温度Tc的温度环境下表现出迈斯纳效应和零电阻效应等特性。YBCO超导膜在诸如限流器、带通滤波器等超导器件方面具有许多潜在的应用。 液相外延(Liquid Phase Epitaxy, LPE)被普遍认为是一种极具潜力的YBCO超导膜的制备方法。在液相外延生长YBCO超导膜的过程中，籽晶被固定在连接杆上缓慢靠近饱和溶液表面，作为唯一的形核点诱导YBCO超导膜的生长。由于LPE的生长条件接近平衡态，使用薄膜材料作为籽晶诱导生长得到的膜具有低缺陷、高平整度、高结晶性能等特点。另外，由于LPE在非真空条件下进行，因而这种方法具有制备成本低等优点。并且与一般的成膜技术相比，LPE具有较快的生长速度。 在液相外延生长REBCO超导膜时，YBCO/MgO和NGO是两种被广泛选用的种膜(籽晶)。但是，对于YBCO/MgO种膜，其MgO基板与YBCO薄膜很大的失配度；对于NGO种膜，其诱导生长的YBCO超导膜通常具有密集的裂纹，非常不利于超导器件的设计与研发。以往的液相外延方法中，由于很难获得极低的生长驱动力，在LAO上只能获得随机分散的晶粒，无法获得成片的超导膜。可见，探索利用新型籽晶进行液相外延生长YBCO超导膜的方法显得至关重要。 因此，本领域的技术人员致力于开发一种利用新型籽晶材料采取液相外延制备高温超导膜的方法，以促进相关的超导器件研发。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是通过采用新型籽晶，克服传统籽晶与薄膜的失配及生成的超导膜具有裂纹等缺陷；同时通过工艺优化，克服传统方法中的生长驱动力过大或者高温小驱动力导致基板腐蚀严重等问题，提出了一种用铝酸镧(LaAlO3或LA0)基板作为籽晶，在空气中采用顶部籽晶提拉法液相外延生长YBCO超导膜的方法。 为实现上述目的，本专利技术提供了，具体包括以下步骤: a.将BaCO3粉末和CuO粉末进行配料，获得BaC03+Cu0粉料； b.对所述步骤a所得的BaC03+Cu0粉料进行预处理； c.烧结所述步骤b得到的BaC03+Cu0粉料，制得Ba-Cu-O粉末； d.将所述步骤c所得的Ba-Cu-O粉末加入到Y2O3材料的坩埚中加热至第一温度，并继续保温，获得Y-Ba-Cu-O溶液； e.将所述步骤d所得的Y-Ba-Cu-O溶液冷却至第二温度； f.使用LaAlO3单晶基板作为籽晶，将其插入经所述步骤e处理的Y-Ba-Cu-O溶液中，采用顶部籽晶提拉法液相外延生长YBCO超导膜。 在本专利技术的较佳实施方式中，所述步骤a中:所述BaC03+Cu0粉料中的Ba和Cu的摩尔比为0.4~0.7ο 在本专利技术的较佳实施方式中，所述步骤b中的预处理包括以下工序: 1.对所述BaC03+Cu0粉料进行湿磨以获得BaC03+Cu0浆料，湿磨时间为2~4小时； i1.烘干所述工序i所得的BaC03+Cu0浆料。 在本专利技术另一较佳实施方式中，在进行上述工序i中的湿磨时，在所述BaC03+Cu0粉料中加入的液体为无水乙醇或水。 在本专利技术的较佳实施方式中，所述步骤c中的烧结是在890~910°C保温40~50小时。 在本专利技术的较佳实施方式中，所述步骤d中:所述第一温度为所述Y-Ba-Cu-O的包晶温度以上5~15°C ;所述保温的时间为30~40小时。 在本专利技术的较佳实施方式中，步骤e中:所述第二温度为所述Y-Ba-Cu-O的包晶温度以下35~50°C ;所述冷却的速度为2.0~3.0°C /min。 在本专利技术的另一较佳实施方式中，所述步骤f中所述顶部籽晶提拉法液相外延生长的工艺参数为:旋转速度为10~20rpm,下降速度为0.5~1.5mm/s,生长时间为30~60s。 本专利技术还提供了用上述方法制备的高温YBCO超导膜。 相比于现有技术，本专利技术的有益效果体现在: 本专利技术采用LAO单晶基板作为籽晶，通过控制降温速度和第二温度液相外延生长YBCO超导膜，一方面，解决了传统方法中生长驱动力难以控制的问题，传统方法的驱动力通常过大，容易在LAO基板上导致不可控形核，但是传统方法的小驱动力通常在高温，导致基板腐蚀严重，从而超导膜很难成片；另一方面，通过工艺优化，在低温区域实现了获得超低高饱和度的方法，不仅形核与生长在近平衡条件下进行，而且有效抑制了基板腐蚀，在LAO新型籽晶上成功生长YBCO超导膜。 以下将通过具体实施例进一步说明本专利技术的构思、方法步骤及产生的技术效果，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。 【具体实施方式】 实施例1 ，包括以下步骤: 1.按照Ba =Cu = 0.6或0.7的摩尔比例将BaCO3粉末和CuO粉末混合，放入球磨罐，加入无水乙醇或水进行湿磨以获得BaCO3和CuO的混合浆料，湿磨时间为3小时。 2.将步骤I所得的BaCOjP CuO的混合浆料置于105 °C温度下加热烘干，得到BaCO3和CuO的混合粉料。 3.将步骤2所得的BaCO3和CuO的混合粉料在空气中以900°C烧结48小时，得到Ba-Cu-O相的如驱粉体。 4.将Ba-Cu-O先驱粉末加入到晶体生长炉中的Y2O3材料的坩埚中，将Ba-Cu-O先驱粉加入至与坩埚上沿齐平。 5.将步骤4中的Ba-Cu-O先驱粉末和Y2O3材料的坩埚加热至1015°C (即YBCO的包晶温度以上10°c )，并保温35小时，以获得Y-Ba-Cu-O溶液； 6.将经过步骤5获得的Y-Ba-Cu-O溶液以2.5 °C /min的冷却速率冷却至9650C (即YBCO的包晶温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液相外延制备高温超导膜的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a.将BaCO3粉末和CuO粉末进行配料，获得BaCO3+CuO粉料；b.对所述步骤a所得的BaCO3+CuO粉料进行预处理；c.烧结所述步骤b得到的BaCO3+CuO粉料，制得Ba‑Cu‑O粉末；d.将所述步骤c所得的Ba‑Cu‑O粉末加入到Y2O3材料的坩埚中加热至第一温度，并继续保温，获得Y‑Ba‑Cu‑O溶液；e.将所述步骤d所得的Y‑Ba‑Cu‑O溶液冷却至第二温度；f.使用LaAlO3单晶基板作为籽晶，将其插入经所述步骤e处理后的Y‑Ba‑Cu‑O溶液中，采用顶部籽晶提拉法液相外延生长YBCO超导膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭林山，王伟，崔祥祥，姚忻，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31