超导涂层用YxCe1‑xO2/La2Zr2O7复合过渡层薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开一种超导涂层用YxCe1‑xO2/La2Zr2O7复合过渡层薄膜的制备方法，包括以下步骤：将醋酸镧、乙酰丙酮锆、丙酸溶解于甲醇溶剂中，获得La2Zr2O7前驱溶液；将醋酸钇，醋酸铈溶解于含有丙酸，乙酰丙酮的甲醇溶剂中，获得YxCe1‑xO2前驱溶液。利用溶液镀膜方法，在柔性的具有双轴织构的镍钨合金基带上制备La2Zr2O薄膜，及YxCe1‑xO2薄膜，形成YxCe1‑xO2/La2Zr2O7复合涂层。本发明专利技术结合能有效阻碍YBCO与Ni扩散的La2Zr2O7作为底层，以及具有与YBCO晶格比较匹配的YxCe1‑xO2作为顶层，薄膜具有良好的表面光洁度及c轴取向，且避免了CeO2薄膜易于开裂的缺点。

【技术实现步骤摘要】
超导涂层用YxCe1-xO2/La2Zr2O7复合过渡层薄膜的制备方法
本专利技术涉及高温超导薄膜缓冲层制备
特别涉及一种超导涂层用YxCe1-xO2/La2Zr2O7复合过渡层薄膜的制备方法。
技术介绍
高温超导薄膜或涂层在电力电子领域具有广阔的应用前景。在电力传输领域，高温超导技术是21世纪电力领域的重要高科技技术。对于电力领域而言，在柔性NiW金属基带上制备的YBa2Cu3O7-x（YBCO）高温超导涂层，具有很大开发潜力，但仍然需要在柔性NiW金属基底上制备一层过渡层。这些过渡层起到了非常关键的作用，不仅可以为YBCO涂层的生长提供基础，还能阻隔金属Ni与超导层YBCO之间的扩散。这些过渡层包括：CeO2，La2Zr2O7，SrTiO3等等。而如何制备这些过渡层，又涉及到多种技术，包括：磁控溅射（MS），脉冲激光沉积（PLD），金属有机物化学气相沉积（MOCVD），金属有机物沉积（MOD）和溶胶-凝胶（sol-gel）。其中MS，PLD，MOCVD等需要真空设施，设备昂贵，薄膜或涂层的制备成本较高。而金属有机物沉积（MOD）和溶胶-凝胶（sol-gel）无需真空设施，只需在1标准大气压下，即可完成薄膜的制备，且具有设备简单，成本低的特点。因此，目前很多研究者或工程技术人员都投入了较多精力采用MOD/sol-gel技术来开发CeO2，La2Zr2O7，SrTiO3等过渡层的制备。CeO2具有与YBCO晶体良好的晶格匹配度，是良好的过渡层材料。但氧化铈薄膜较厚时容易产生开裂，必须引入稀土元素进行掺杂，才能有效解决这一问题。另外，CeO2过渡层上生长YBCO超导薄膜时，还会发生Ce与Ba的化学反应，形成BaCeO3杂相。这些都是当前CeO2过渡层需要解决的问题。更重要的是，CeO2过渡层不能有效阻隔YBCO和Ni之间的扩散，因此还往往与其他过渡层一起构成复合过渡层才能获得高性能的YBCO涂层。近年来，有大量的研究者开发了La2Zr2O7过渡层，希望在Ni带上沉积完后La2Zr2O7过渡层，直接制备YBCO涂层。但结果表明，在La2Zr2O7上制备的YBCO涂层往往性能并不理想。特别是采用化学法制备的YBCO，容易形成a轴晶粒。因此，对于低成本的化学制备YBCO涂层导体而言，采用单一的CeO2过渡层，或单一的La2Zr2O7过渡层，都不能满足高性能YBCO涂层的要求。设计并制备出一种新型的复合过渡层具有重要意义。本专利技术提供了一种复合过渡层结构，将Y掺杂的CeO2，即YxCe1-xO2薄膜，与La2Zr2O7薄膜复合，通过控制涂层的层数与厚度，获得高性能的YxCe1-xO2/La2Zr2O7复合过渡层，为高性能的YBCO涂层制备奠定了基础。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超导涂层用YxCe1-xO2/La2Zr2O7复合过渡层薄膜的方法，此制备方法获得的超导涂层用YxCe1-xO2过渡层薄膜采用了能为YBCO生长提供生长模板的Y掺杂的CeO2薄膜（YxCe1-xO2）作为帽子层，结合能有效阻碍YBCO与Ni扩散的La2Zr2O7作为底层，从而形成了YxCe1-xO2/La2Zr2O7复合过渡层，通过控制溶液浓度，热处理工艺，薄膜层数，获得了厚度可控，性能稳定的复合过渡层，制得的YxCe1-xO2薄膜具有良好的表面光洁度及c轴取向，且避免了CeO2薄膜易于开裂的缺点。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种超导涂层用YxCe1-xO2/La2Zr2O7复合过渡层薄膜的方法，包括以下步骤：步骤一、将醋酸镧、乙酰丙酮锆、丙酸溶解于甲醇溶剂中，获得La2Zr2O7前驱溶液，此La2Zr2O7前驱溶液中摩尔比为醋酸镧：乙酰丙酮锆：丙酸=1：1：6；步骤二、YxCe1-xO2前驱溶液的制备，将醋酸钇溶解于含有丙酸的甲醇溶剂中，获得钇溶液，此钇溶液中醋酸钇、丙酸摩尔比为1：6；将醋酸铈溶解于含有乙酰丙酮和丙酸的甲醇溶剂中，获得铈溶液，此铈溶液中醋酸铈、乙酰丙酮和丙酸摩尔比为1：4：8；步骤三、将钇溶液和铈溶液混合，获得YxCe1-xO2前驱溶液，该YxCe1-xO2前驱溶液中钇：铈=x：（1-x），其中x=0.1-0.3；步骤四、通过浸渍提拉法或旋转涂覆法，在柔性的具有双轴织构的镍钨合金基带上涂覆La2Zr2O7前驱溶液形成La2Zr2O7凝胶薄膜层；步骤五、将La2Zr2O7凝胶薄膜层在100~180℃的温度下干燥15~20min，获得La2Zr2O7干膜，再将La2Zr2O7干膜放入石英管式烧结炉中，在第一保护性气氛条件下，以15℃/min的速率将炉内温度升高到250℃，保温10min后，继续升温到1050℃，并将气氛切换成第二保护气氛，继续保温60min，保温结束后，在第二保护气氛下随炉冷却至室温，获得具有La2Zr2O7薄膜的基底；步骤六、通过浸渍提拉法或旋转涂覆法，在步骤五制得具有La2Zr2O7薄膜的基底的La2Zr2O7薄膜表面涂覆YxCe1-xO2凝胶薄膜层，将YxCe1-xO2凝胶薄膜层在100~180℃的温度下干燥15~20min，获得YxCe1-xO2凝胶干膜；步骤七、再将YxCe1-xO2凝胶干膜放入石英管式烧结炉中，在第二保护气氛条件下，以15℃/min的速率将炉内温度升高到250℃，保温10min后，继续升温到950~1050℃，并保温60min，保温结束后，随炉冷却至室温。上述技术方案中进一步的改进技术方案如下：1.上述方案中，所述步骤一制备的La2Zr2O7前驱溶液中，La和Zr总金属离子浓度控制在0.25~0.3mol/l。2.上述方案中，所述步骤三制备的YxCe1-xO2前驱溶液中，Y和Ce总金属离子浓度控制在0.2~0.25mol/l。3.上述方案中，所述步骤四、步骤五的La2Zr2O7薄膜的制备过程交替重复2~3次，以获得2~3层La2Zr2O7薄膜。4.上述方案中，所述步骤五La2Zr2O7薄膜的制备过程的第一保护性气氛为H2、CO2和N2的混合气氛，其中，氢气含量5~6vol.%，CO2含量为3~7vol.%，N2含量为89~92vol.%；步骤五La2Zr2O7薄膜的制备过程和步骤七YxCe1-xO2薄膜的制备过程中所述第二保护气氛为H2和N2的混合气氛，其中，氢气含量5~6vol.%，N2含量为85~94vol.%。5.上述方案中，所述步骤六、步骤七的YxCe1-xO2薄膜的制备过程交替重复2~3次，以获得2~3层YxCe1-xO2薄膜。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：1.本专利技术一种超导涂层用YxCe1-xO2/La2Zr2O7复合过渡层薄膜的方法，替代了传统的CeO2薄膜及其制备技术，通过化学法制得的YxCe1-xO2薄膜具有良好的表面光洁度及c轴取向，且避免了CeO2薄膜易于开裂的缺点。2.本专利技术制备方法将YxCe1-xO2与La2Zr2O7薄膜复合，形成的复合过渡层不仅避免了单一CeO2薄膜或YxCe1-xO2不能有效阻隔YBCO与Ni的扩散问题，也避免了单一La2Zr2O7薄膜不能有效诱导c轴YBCO晶粒生长的问题。3.本专利技术制备方法中通过控制La2Zr2O7前驱溶液离子浓度（0.25-0.3mol/l），使得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超导涂层用YxCe1‑xO2/La2Zr2O7复合过渡层薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、将醋酸镧、乙酰丙酮锆、丙酸溶解于甲醇溶剂中，获得La2Zr2O7前驱溶液，此La2Zr2O7前驱溶液中摩尔比为醋酸镧：乙酰丙酮锆：丙酸=1：1：6；步骤二、YxCe1‑xO2前驱溶液的制备，将醋酸钇溶解于含有丙酸的甲醇溶剂中，获得钇溶液，此钇溶液中醋酸钇、丙酸摩尔比为1：6；将醋酸铈溶解于含有乙酰丙酮和丙酸的甲醇溶剂中，获得铈溶液，此铈溶液中醋酸铈、乙酰丙酮和丙酸摩尔比为1：4：8；步骤三、将钇溶液和铈溶液混合，获得YxCe1‑xO2前驱溶液，该YxCe1‑xO2前驱溶液中钇：铈=x：（1‑x），其中x=0.1‑0.3；步骤四、通过浸渍提拉法或旋转涂覆法，在柔性的具有双轴织构的镍钨合金基带上涂覆La2Zr2O7前驱溶液形成La2Zr2O7凝胶薄膜层；步骤五、将La2Zr2O7凝胶薄膜层在100~180℃的温度下干燥15~20min，获得La2Zr2O7干膜，再将La2Zr2O7干膜放入石英管式烧结炉中，在第一保护性气氛条件下，以15℃/min的速率将炉内温度升高到250℃，保温10min后，继续升温到1050℃，并将气氛切换成第二保护气氛，继续保温60min，保温结束后，在第二保护气氛下随炉冷却至室温，获得具有La2Zr2O7薄膜的基底；步骤六、通过浸渍提拉法或旋转涂覆法，在步骤五制得具有La2Zr2O7薄膜的基底的La2Zr2O7薄膜表面涂覆YxCe1‑xO2凝胶薄膜层，将YxCe1‑xO2凝胶薄膜层在100~180℃的温度下干燥15~20min，获得YxCe1‑xO2凝胶干膜；步骤七、再将YxCe1‑xO2凝胶干膜放入石英管式烧结炉中，在第二保护气氛条件下，以15℃/min的速率将炉内温度升高到250℃，保温10min后，继续升温到950~1050℃，并保温60min，保温结束后，随炉冷却至室温。...

【技术特征摘要】
1.一种超导涂层用YxCe1-xO2/La2Zr2O7复合过渡层薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、将醋酸镧、乙酰丙酮锆、丙酸溶解于甲醇溶剂中，获得La2Zr2O7前驱溶液，此La2Zr2O7前驱溶液中摩尔比为醋酸镧：乙酰丙酮锆：丙酸=1：1：6；步骤二、YxCe1-xO2前驱溶液的制备，将醋酸钇溶解于含有丙酸的甲醇溶剂中，获得钇溶液，此钇溶液中醋酸钇、丙酸摩尔比为1：6；将醋酸铈溶解于含有乙酰丙酮和丙酸的甲醇溶剂中，获得铈溶液，此铈溶液中醋酸铈、乙酰丙酮和丙酸摩尔比为1：4：8；步骤三、将钇溶液和铈溶液混合，获得YxCe1-xO2前驱溶液，该YxCe1-xO2前驱溶液中钇：铈=x：（1-x），其中x=0.1-0.3；步骤四、通过浸渍提拉法或旋转涂覆法，在柔性的具有双轴织构的镍钨合金基带上涂覆La2Zr2O7前驱溶液形成La2Zr2O7凝胶薄膜层；步骤五、将La2Zr2O7凝胶薄膜层在100~180℃的温度下干燥15~20min，获得La2Zr2O7干膜，再将La2Zr2O7干膜放入石英管式烧结炉中，在第一保护性气氛条件下，以15℃/min的速率将炉内温度升高到250℃，保温10min后，继续升温到1050℃，并将气氛切换成第二保护气氛，继续保温60min，保温结束后，在第二保护气氛下随炉冷却至室温，获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈源清，江平，
申请(专利权)人：江苏亨通光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32