高温超导体制造技术

本发明专利技术公开了如ＹＢＣＯ的高温超导性氧化物基质，和分布于该基质中的非超导性颗粒的组合物。该非超导性颗粒包括至少一种稀土元素（ＲＥ）以及钽（Ｔａ）和铌（Ｎｂ）的至少一种。尤其关注布置于ＹＢＣＯ超导性基质中的组成为ＲＥＴａ３Ｏ７（ＲＴＯ）的非超导性颗粒，其中ＲＥ是Ｙｂ、Ｅｒ、Ｇｄ或Ｓｍ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及高温超导体组合物，使用这种组合物制备的电导体以及制备这种组合物和导体的方法。
技术介绍
高温超导性氧化物包括钇-钡-铜氧化物及相关材料。例如，组合物 YBa2Cu3O7^5 (在此称为以及学术文献中表示为YBC0)是一种在低于临界温度T。的温度下的超导体，此临界温度T。随δ值变化。磁通钉扎(pinning)的提高以及由此在YBCO中承载(在自场和/或外加场中) 的电流总量的提高对于实现该技术重要材料的广泛应用是重要的。在最近5年里发展的实际钉扎增强方法，例如在薄膜里或衬底表面上混合纳米夹杂物，来自稀土(RE)改性的无序化效应以及微结构改性已全部在特定领域和温度范围内在一定程度上获得成功。这些钉扎增强方法进一步描述于参考文献1-12中。参考文献1描述了在生长于钛酸锶上(作为单晶衬底，MgO单晶上的缓冲层，或者作为形成于镍基合金上的MgO上的缓冲层)的TOCO薄膜中BdrO3 (BZO)颗粒的形成。使用 5mol %的Ba^O3。相比于类似的无Ba^O3而形成的YBCO薄膜，混合Ba^O3的TOCO薄膜提供了磁场强度(μ。H)显著改进的J。，在75.涨下高达7Τ。US2006/0025310公开了同参考文献1类似的主题。参考文献12公开了形成于(001) STO单晶衬底上的TOCO-BZO薄膜。该文献证实， 基于沿外加电场方向的J。的角度关系，在该YBCO-BZO薄膜中柱形钉扎中心沿C-轴排列。 然而，随BZO含量的增加Τ。降低。参考文献13公开了在( 缓冲的具有纹理的镍合金衬底上YBCO-BZO薄膜的形成。该BZO颗粒被认为具有C-轴排列的“竹子”结构。参考文献21公开了混合BaNb2O6 (BNO)到生长于(001) STO衬底上的ErBii2Cu3Oy薄膜里。ErBii2Cu3Oy与TOCO结构相关。BNO混合到ErBa2Cu3Oy中的浓度为0. 5至1. 5wt%。自场J。在77K随着BNO浓度的增加而降低，但J。在大于0. 5T时在77K随着BNO浓度的增加而增加。TEM分析表明BNO颗粒形成为C-轴排列的纳米棒。参考文献22指出纳米棒的组成是 Ba (Era5Nba5) O3。
技术实现思路
本专利技术人意识到，对于现有可用的钉扎方法，获得的超导体的性能通常对于工艺条件有很强的敏感性。一些钉扎方法影响超导体的转变温度T。(典型地降低T。)，认为是由于钉扎添加物引起超导体相的无序化或者损害(poisoning)，并由此在不严重地损害在特定工作温度下的J。的情况下限制可加入的钉扎添加物的总量(参考文献1 。在某些情况下，认为钉扎添加物可偏析为晶界。此外，转变钉扎的形式以便在外加电场宽的角度范围内工作可能是困难的(参考文献3，10，12，13)。本专利技术人进一步认为，到此为止，具有来自IV族B位离子的含钡钙钛矿和简单二元稀土氧化物表现出在纳米颗粒磁通钉扎方面有用性能的良好迹象。本专利技术的优选目标是解决上述缺点的至少一个。相应地，在第一优选方面，本专利技术提供一种组合物，包括高温超导氧化物的基质， 和分布在该基质中的非超导性颗粒，所述颗粒的至少一些包含至少一种稀土元素(RE)以及钽(Ta)和铌(Nb)的至少一种。在第二优选的方面，本专利技术提供一种包含第一方面的组合物层的电导体。典型地， 该层形成在衬底上。然而，该层也可形成在外壳内。该层典型地具有厚度小于该层的宽度或长度的尺寸。在第三优选的方面，本专利技术提供一种或一组用于薄膜沉积工艺的靶材，该靶材 (或靶材组)具有第一方面的组合物或者与形成第一方面的组合物所需的元素比例一致的组合物。在第四优选的方面，本专利技术提供一种制造电导体的方法，包括在衬底上沉积材料层，该材料包括高温超导性氧化物或其前体形成的基质，该材料进一步包括，除形成该高温超导性氧化物所需的化学计量组成外，至少一种稀土元素(RE)以及钽(Ta)和铌(Nb)的至少一种。在第五优选的方面，本专利技术提供一种组合物，包括(i) Y，Nd，Sm, Eu、Gd的至少一种或其混合物，总量为6_9原子百分比；(ii)含量为13-17原子百分比的Ba ；(iii)含量为19-26原子百分比的Cu ；(iv)至少一种稀土元素(RE)，其任选添加到(i)，总量为0.005-4原子百分比；(ν)总量为0. 001-1原子百分比的Ta和Nb的一种或两种；(vi)附带的和/或微量的杂质；以及(vii)余量的氧。优选地，该组合物包括i) Y，Nd，Sm, Eu,Gd的至少一种或其混合物，总量为6. 5 (更优选7)到8. 5 (更优选 8，或更进一步优选7. 7)原子百分比；(ii)含量为13. 5 (更优选14)到16. 5 (更优选16，或者更进一步优选15. 5)原子百分比的Ba;(iii)含量为19. 5 (更优选20，或者20. 5或者更进一步优选21)到25. 5 (更优选 25，24. 5，M或更进一步优选23. 5)原子百分比的Cu ；(iv)至少一种稀土元素(RE)，其任选添加到⑴，总量为0.01到3.5(更优选3或者更进一步优选2. 5)原子百分比；(ν)总量为0. 001到0. 7原子百分比的Ta和Nb的一种或两种；(vi)附带的和/或微量的杂质；以及(vii)余量的氧。据设想本专利技术的任何方面的任何特征可相互组合以获得本专利技术的其它方面。进一步优选的和/或任选的本专利技术的特征如下所述。这些特征可独立地应用或者任意组合本专利技术的任何方面来应用，除非上下文有另外的需要。优选地，稀土元素(RE)选自钪(Sc)，钇(Y)，镧(La)，铈(Ce)，镨(Pr)，钕(Nd)，钐 (Sm)，铕(Eu)，钆(Gd)，铽(Tb)，镝(Dy)，钬(Ho)，铒(Er)，铥(Tu)，镱(Yb)和镥(Lu)中的一种或多种。该稀土元素(RE)可选自该元素组的任意子集。更优选地，该稀土元素(RE) 选自镱( )，铒(Er)，钆(Gd)，和钐(Sm)中的一种或多种。该非超导性颗粒典型地是氧化物颗粒。优选钉扎中心内的稀土元素提供的浓度相比于整个组合物为至少0. 01原子百分比。更优选地，稀土元素提供的浓度相比于整个组合物为至少0. 1原子百分比或至少1原子百分比。该范围的上限可以是例如约4原子百分比。优选地钉扎中心内的Ta和/或Nb提供的浓度相比于整个组合物为至少0. 001原子百分比。更优选地，Ta和/或Nb提供的浓度相比于整个组合物为至少0. 01原子百分比或至少0. 1原子百分比。该范围的上限可以是例如约1原子百分比。优选地在零外加磁场、77K时该超导性氧化物是超导体。优选地非超导性颗粒在 77K时不是超导性的。优选地非超导性颗粒的大多数(例如按体积)符合AaBbOJH，其中A是RE且B是 Ta或Nb。优选地a是3或约3。优选地b是1或约1。优选地ζ是7或约7。该AaBbOz相具有选自立方缺陷萤石(例如烧绿石型)和斜方氟铝镁钠石的晶体结构。这种晶体结构描述于参考文献23，其全部内容通过引用并入本文。优选地该高温超导性氧化物是铜氧化物。更优选地，该高温超导性氧化物是钡铜氧化物。在一种优选的实施方式中，该高温超导性氧化物是钇钡铜氧化物(YBC0， 也就是YBei2CU3CVs但也可以是Y2BEI4CU7014_x或者YBEI2CU4O8本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种组合物，包括高温超导性氧化物基质，和分布于该基质中的非超导性颗粒，所述颗粒的至少一些包括至少一种稀土元素（ＲＥ）以及钽（Ｔａ）和铌（Ｎｂ）的至少一种。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：索菲安·哈林顿，
申请(专利权)人：剑桥企业有限公司，
类型：发明
国别省市：GB