Tl-2223超导薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Tl‑2223超导薄膜的制备方法，使用银箔或金箔将含铊的非晶态先驱膜与含铊的陪烧靶密封包裹，并在密封氩气或流氧环境中烧结；其中，含铊的非晶态先驱膜的Tl、Ba、Ca、Cu的金属离子摩尔比为2.4～4.5:2:2:3.2～3.8；含铊的陪烧靶由金属离子摩尔比为Tl:Ba:Ca:Cu＝0.8～1.2:2:1～2:2～3的Ba、Ca、Cu的氧化物与Tl2O3烧结制得。本发明专利技术能够快速越过Tl‑1212、Tl‑2212、Tl‑1223等低温相的成相温区，直接到达Tl‑2223超导相温区，从而制备出纯相薄膜，具有升降温时间和恒温时间短、生产成本低的优点。

Preparation method of Tl 2223 superconducting films

The invention discloses a preparation method of Tl 2223 superconducting films, amorphous precursor film using silver foil or foil containing thallium and thallium with burning target sealing package, and in argon or oxygen flow sintering environment; the molar ratio of metal ion precursor amorphous film containing thallium Tl Ba, Ca, Cu for 2.4 ~ 4.5:2:2:3.2 ~ 3.8; thallium with burning target metal ions by the molar ratio of Tl:Ba:Ca:Cu = 0.8 ~ 1.2:2:1 ~ 2:2 ~ 3 Ba, Ca, Cu and Tl2O3 oxide sintering. The invention can quickly cross the Tl 1212, Tl 2212, Tl 1223 low-temperature phase phase temperature zone, directly to the Tl 2223 superconducting phase temperature region, so as to prepare pure film, has the advantages of heating time and temperature in short time and low production cost.

【技术实现步骤摘要】
Tl-2223超导薄膜的制备方法
本专利技术涉及铊系超导薄膜材料领域。更具体地说，本专利技术涉及一种Tl-2223超导薄膜的制备方法。
技术介绍
Tl2Ba2Ca2Cu3O10(Tl-2223)超导体具有较高的超导转变温度(125K)、以及较高的上临界磁场，是一种可以在液化天然气温区实现超导输电的材料，在弱电和强电领域应用中有着巨大的潜在价值。在目前的Tl-2223薄膜合成研究中，制备先驱膜的主要方法包括脉冲激光沉积、超声喷雾热解技术、磁控溅射等。这些研究工艺的共同之处：传统的烧结设备升温速度低，通常为1～10℃/min，即0.017～0.16℃/s。这种方法明显有一个缺点：Tl系有多个成相温度不同的超导相，而Tl-2223的成相温度高于Tl-1212、Tl-2212、Tl-1223的成相温度，采用较低的升温速度使先驱膜在升温过程经历Tl-1212、Tl-2212、Tl-1223成相温区的时间较长，因此，在升温过程首先形成Tl-1212和Tl-2212等超导相，以致达到Tl-2223成相温度时难以消除这些杂相，得到的是混合相薄膜。为了解决这个问题，人们提出了多步成相方法和元素替代法来制备Tl-2223薄膜。这些方法能有效地提高了相的纯度，但还是存在少量的其它相的晶粒，而且增大了单个样品的制备周期(一般为2～5天)，增加了生产成本。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种Tl-2223超导薄膜的制备方法，其能够快速越过Tl-1212、Tl-2212、Tl-1223等低温相的成相温区，直接到达Tl-2223超导相温区，从而制备出纯相薄膜，具有升降温时间和恒温时间短、生产成本低的优点。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种Tl-2223超导薄膜的制备方法，使用银箔或金箔将含铊的非晶态先驱膜与含铊的陪烧靶密封包裹，并在密封氩气或流氧环境中烧结：氩气环境中：在0～650℃温区，升温速度0.5～20℃/s，在650～850℃温区，升温速度10～40℃/s，在烧结温度830～850℃恒温5～20min，在冷却循环水作用下降至室温，即得；或流氧环境中：在0～650℃温区，升温速度0.5～20℃/s，在650～930℃温区，升温速度10～40℃/s，在烧结温度918～930℃恒温2～5min，在冷却循环水作用下降至室温，即得；其中，含铊的非晶态先驱膜的Tl、Ba、Ca、Cu的金属离子摩尔比为2.4～4.5:2:2:3.2～3.8；含铊的陪烧靶由金属离子摩尔比为Tl:Ba:Ca:Cu＝0.8～1.2:2:1～2:2～3的Ba、Ca、Cu的氧化物与Tl2O3烧结制得。优选的是，所述的Tl-2223超导薄膜的制备方法，含铊的非晶态先驱膜与含铊的陪烧靶在氩气环境中烧结后还包括补氧热处理：将氩气环境中烧结制备的样品冷却后转移至流氧环境中，以速度1～20℃/s升温至400～710℃温区恒温20～60min，冷却，即得。优选的是，所述的Tl-2223超导薄膜的制备方法，含铊的陪烧靶的制备方法为：将金属离子摩尔比为Ba:Ca:Cu＝2:1～2:2～3的Ba、Ca、Cu的氧化物为起始材料混合研磨，在流氧环境中890～940℃下恒温4～8h，冷却后粉碎再研磨，重复烧结一次，加入Tl2O3混合研磨压片，使Tl与Ba的摩尔比为Tl:Ba＝0.8～1.2:2，在流氧环境中860～890℃下恒温1～3h，得到陪烧靶。优选的是，所述的Tl-2223超导薄膜的制备方法，将金属离子摩尔比为Ba:Ca:Cu＝2:2:3的BaO2、CaO和CuO为起始材料混合研磨烧结制成223粉，进行后续步骤。优选的是，所述的Tl-2223超导薄膜的制备方法，将金属离子摩尔比为Ba:Ca:Cu＝2:1:2的BaO2、CaO和CuO为起始材料混合研磨烧结制成212粉，进行后续步骤。优选的是，所述的Tl-2223超导薄膜的制备方法，含铊的非晶态先驱膜的制备方法采用离子溅射沉积法、脉冲激光沉积法、金属有机物沉积法或溶胶-凝胶法。优选的是，所述的Tl-2223超导薄膜的制备方法，含铊的非晶态先驱膜的制备方法采用离子溅射沉积法：S1、将金属离子摩尔比为Ba:Ca:Cu＝2.4～2.8:2:3.2～3.6的BaO2或BaO、CaO或CaCO3和CuO为起始材料混合研磨，在流氧环境中890～940℃下恒温4～8h，加入Tl2O3混合研磨压片，使Tl与Ca的摩尔比为Tl:Ca＝3～4:2，在流氧环境中850～900℃下恒温1～5h，冷却后得到溅射靶；S2、对溅射靶采用射频磁控溅射，溅射气体为高纯Ar、或Ar/O2混合气，溅射气压为2～8Pa，溅射功率为30～60W。优选的是，所述的Tl-2223超导薄膜的制备方法，衬底为铝酸镧、蓝宝石、氧化镁、钇稳定氧化锆、或有织构的金属衬底材料合金。优选的是，所述的Tl-2223超导薄膜的制备方法，氩气或流氧环境中烧结时，氩气或氧气压力为1atm。本专利技术至少包括以下有益效果：第一、本专利技术采用两段升温工艺，可以快速的越过Tl-1212、Tl-2212、Tl-1223等低温相的成相温区，直接到达Tl-2223超导相温区，从而制备出纯相薄膜，避免了薄膜裂纹的产生，克服了传统的低速升温烧结工艺难以制备纯相Tl-2223超导薄膜的问题，制备的Tl-2223超导薄膜具有光滑的表面、以及较好的超导电性；第二、本专利技术极大地缩短了升降温时间和恒温时间，具有工艺简单、单个样品制备时间短(含两段升温、降温、补氧等过程约3h)、陪烧靶用量少、生产成本低等优点；第三、本专利技术的陪烧靶为本专利技术的先驱膜补充Tl元素，先驱膜中Tl含量可以在较大范围变化，烧结后均可得到超导特性较好的Tl-2223薄膜；陪烧靶中Tl含量少、单次烧结的成品率高；第四、本专利技术制备纯相Tl-2223超导薄膜具有较高的结晶质量，晶粒生长更加完整，排列更加有序，薄膜具有较好的c轴取向，Tl-2223超导薄膜表面光滑，且无裂纹。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为实施例3在补氧前的Tl-2223超导薄膜的R-T图；图2为实施例6在补氧后的Tl-2223超导薄膜的XRD图；图3为实施例6在补氧后的Tl-2223超导薄膜的SEM扫描图；图4为实施例6在补氧后的Tl-2223超导薄膜的R-T图；图5为实施例10在流氧环境下的Tl-2223超导薄膜的XRD图；图6为实施例10在流氧环境下的Tl-2223超导薄膜的R-T图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。<实施例1>一种Tl-2223超导薄膜的制备方法，衬底为CeO2/蓝宝石，包括：步骤一、采用溶胶-凝胶法制备含铊的非晶态先驱膜：以铊、钡、钙、铜的乙酸盐为起始原料，以丙酸、乳酸、二乙烯三胺、甲醇等为络合剂及溶剂制备溶胶；以此溶胶在具有CeO2隔离层的蓝宝石基片上制备凝胶膜，通过干燥及热分解工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Tl‑2223超导薄膜的制备方法，其特征在于，使用银箔或金箔将含铊的非晶态先驱膜与含铊的陪烧靶密封包裹，并在密封氩气或流氧环境中烧结：氩气环境中：在0～650℃温区，升温速度0.5～20℃/s，在650～850℃温区，升温速度10～40℃/s，在烧结温度830～850℃恒温5～20min，在冷却循环水作用下降至室温，即得；或流氧环境中：在0～650℃温区，升温速度0.5～20℃/s，在650～930℃温区，升温速度10～40℃/s，在烧结温度918～930℃恒温2～5min，在冷却循环水作用下降至室温，即得；其中，含铊的非晶态先驱膜的Tl、Ba、Ca、Cu的金属离子摩尔比为2.4～4.5:2:2:3.2～3.8；含铊的陪烧靶由金属离子摩尔比为Tl:Ba:Ca:Cu＝0.8～1.2:2:1～2:2～3的Ba、Ca、Cu的氧化物与Tl2O3烧结制得。

【技术特征摘要】
1.一种Tl-2223超导薄膜的制备方法，其特征在于，使用银箔或金箔将含铊的非晶态先驱膜与含铊的陪烧靶密封包裹，并在密封氩气或流氧环境中烧结：氩气环境中：在0～650℃温区，升温速度0.5～20℃/s，在650～850℃温区，升温速度10～40℃/s，在烧结温度830～850℃恒温5～20min，在冷却循环水作用下降至室温，即得；或流氧环境中：在0～650℃温区，升温速度0.5～20℃/s，在650～930℃温区，升温速度10～40℃/s，在烧结温度918～930℃恒温2～5min，在冷却循环水作用下降至室温，即得；其中，含铊的非晶态先驱膜的Tl、Ba、Ca、Cu的金属离子摩尔比为2.4～4.5:2:2:3.2～3.8；含铊的陪烧靶由金属离子摩尔比为Tl:Ba:Ca:Cu＝0.8～1.2:2:1～2:2～3的Ba、Ca、Cu的氧化物与Tl2O3烧结制得。2.如权利要求1所述的Tl-2223超导薄膜的制备方法，其特征在于，含铊的非晶态先驱膜与含铊的陪烧靶在氩气环境中烧结后还包括补氧热处理：将氩气环境中烧结制备的样品冷却后转移至流氧环境中，以速度1～20℃/s升温至400～710℃温区恒温20～60min，冷却，即得。3.如权利要求1所述的Tl-2223超导薄膜的制备方法，其特征在于，含铊的陪烧靶的制备方法为：将金属离子摩尔比为Ba:Ca:Cu＝2:1～2:2～3的Ba、Ca、Cu的氧化物为起始材料混合研磨，在流氧环境中890～940℃下恒温4～8h，冷却后粉碎再研磨，重复烧结一次，加入Tl2O3混合研磨压片，使Tl与Ba的摩尔比为Tl:Ba＝0.8～1.2:2，在流氧环境中8...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢清连，陈名贤，唐平英，蒋艳玲，黄佳，蒙美娘，黄国华，
申请(专利权)人：广西师范学院，
类型：发明
国别省市：广西,45