一种YBCO超导复合膜的制备方法技术

一种YBa2Cu3O7-x(YBCO)超导复合膜的制备方法。首先把乙酸钇Y(CH3COO)3、乙酸钡Ba(CH3COO)2和乙酸铜Cu(CH3COO)2按照Y∶Ba∶Cu＝1.5∶2∶3的摩尔比混合溶于三氟乙酸的水溶液中；搅拌均匀后真空蒸干溶剂得到凝胶；再加入甲醇搅拌均匀后蒸干溶剂得到凝胶；随后加入甲醇，制成Y、Ba和Cu三种金属离子总浓度为1.5-3.0mol/L的前驱液；然后将前驱液涂覆在基片上；涂覆好的薄膜先经历低温热处理过程，分解三氟乙酸盐；然后进行高温热处理获得具有四方相的YBCO薄膜；将乙酰丙酮铈的前驱液涂覆在YBCO薄膜上，进行1000℃-1100℃的高温热处理；再依次重复涂覆Y、Ba和Cu的前驱液和乙酰丙酮铈的前驱液并进行相应的热处理，制备出结构为YBCO/CeO2/YBCO/CeO2/YBCO五层厚度为1.5微米的YBCO超导膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种高温超导涂层导体的制备方法，特别涉及ー种YBCO超导复合膜的制备方法。
技术介绍
以YBa2Cu3CVx(YBCO)超导涂层为导体的第二代高温超导带材由于其优异的本征性能(77K下不可逆场达到7T、临界电流密度达106A/cm2)，吸引着人们不断探索和研究其实用成材技木。第二代高温超导带材是目前超导材料的重要发展方向，具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力，可广泛用于能源、军事エ业、医疗、交通及科学研究等方面。因此，高温超导材料及制备技术被列为国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)的前沿技术。 目前国际上至少有五家単位制备出了长度超过500m、临界电流(Ic)超过250A的YBCO超导带材。国内最近几年也取得了突破性进展，上海交通大学2011年初报道了研制成功载流能力达到194安培、百米级的第二代高温超导带材。然而，目前制备YBCO带材的成本极高。由世界最好的ニ代制造商家美国SuperPower公司制备的YBCO超导带材的价格为400美元/千安 米，是铜线的50倍以上，要想它的应用领域更加具有竞争力，必须进一步提高它的性能进而提高性价比才能满足广泛的需求。YBCO作为涂层导体能够在强电领域应用主要是由于它具有能够负载电流且不损耗的特性。对超导带材来说，在临界电流密度(Jc)保持不变增加它的厚度也就提高了它的载流能力。因此，如何制备具有高临界电流密度的厚膜就成为当前YBCO高温超导涂层应用过程中亟待解决的关键问题。美国空军实验室T. Haugan研究小组在Nature上报道了脉冲激光沉积(PLD)法,该方法采用两个不同的靶交替沉积YBCO薄膜和非超导相Y2BaCu05(211)。沉积的“211”纳米颗粒尺寸为O. 5 I.5nm，密度为5 6X 10n/cm2。这些高密度的点缺陷起到了磁通钉扎的作用，使得临界电流密度由纯YBCO薄膜的2-3MA/cm2提高到4MA/cm2以上。他们最终通过用多层膜叠加的方式制备了高性能的YBCO涂层，提高了其载流能力。尽管美国空军实验室采用PLD法通过多层叠加的方式制备了 YBCO厚膜，但是该法采用的脉冲激光沉积需要昂贵的真空系统，沉积速率比较低，エ艺比较复杂、成本很高。目前国内只有中国专利CN 101719399A提及了厚膜的制备。该专利采用化学溶液法用丙烯酸铜代替三氟こ酸铜，并且在前驱液中添加こニ醇胺制备了厚度为I微米的YBCO厚膜。尽管该专利制备了 YBCO厚膜，但厚度仅为I个微米，对提高YBCO涂层的载流能力有限。更重要的是对于评价超导材料的两个最重要的指标临界电流和临界电流密度在该专利中都没有涉及，无法评价其超导性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术制备的YBCO超导薄膜载流能力较弱的缺点，提供ー种具有高载流能力的多层YBCO膜的制备方法。本专利技术采用全化学溶液法在基体上交替沉积YBCO膜和CeO2膜，即制备结构为多层的YBC0/Ce02膜，厚度达到I. 5微米的YBCO超导膜。本专利技术所制备的多层膜，特别是YBC0/Ce02/YBC0/Ce02/YBC0五层膜，其结构为在基体上首先沉积的是YBCO膜，即第一层膜为YBCO膜，在第一层YBCO膜上沉积的CeO2膜为第二层膜，依次类推，在第二层CeO2膜上沉积的第三层为YBCO膜，第四层为CeO2膜，第五层为YBCO膜。本专利技术的具体步骤顺序如下(I)按照 Y : Ba : Cu = I. 5 : 2 : 3 的摩尔比把 Y(CH3COO)3、Ba(CH3COO)2 和Cu(CH3COO)2三种粉末混合，于室温下溶于含有10-30mol%的三氟こ酸的去离子水中，配成溶液，所述的溶液中溶质与溶剂的摩尔比为I : 100;(2)将步骤(I)配制的所述的溶液经磁力搅拌器搅拌l_3h，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到凝胶；(3)将所述步骤(2)制得的凝胶加入甲醇中，此步骤中所述的凝胶与甲醇的摩尔比为I : 50。经磁力搅拌器搅拌0.5-1. 5h后，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂，以进一歩去除水分等杂质，得到纯净的凝胶；(4)将所述步骤(3)制得的凝胶加入到甲醇中，制成Y、Ba和Cu三种金属总离子浓度为I. 5-3. Omol/L的前驱液；(5)将所述步骤(4)制成的前驱液采用旋涂或提拉方法涂覆在基片上；(6)将经步骤(5)涂覆后的基片置于高温管式石英炉中，在300°C-50(TC温度下进行IOh的低温热处理，分解三氟こ酸盐；该步骤的升温速率为40°C /h ；(7)将经过步骤(6)处理的基片置于750°C -850°C的高温下热处理2_4h，生成四方相YBCO膜；此步骤的升温速度为400°C /h ；(8)将こ酰丙酮铈于室温下溶于甲醇中，配制得到金属铈离子浓度为O. I O. 5mol/L的前驱液；将该前驱液旋涂在经过步骤(7)烧结的YBCO薄膜上；(9)将经过步骤(8)处理的样品置于1000°C -1100°C的高温下热处理l_2h，生成CeO2膜；此步骤的升温速度为400°C /h ；(10)在经过步骤(9)处理的样品上依次按照步骤(5)-(7)和步骤(8)-(9)交替沉积YBCO膜和CeO2膜，最后在氧气氛围中进行热处理，制备出结构为YBC0/Ce02/YBC0/Ce02/YBCO五层，厚度为I. 5微米的YBCO超导厚膜。步骤(5)中所述基片为铝酸镧、钛酸锶或氧化镁单晶基片。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果本专利技术在三氟こ酸盐-金属有机沉积YBCO膜的基础上，采用化学溶液法制备超薄的具有外延结构的CeO2膜。这层CeO2薄膜不仅能起到传递双轴织构的作用，还能作为YBCO膜有效钉扎中心，并且还能松弛YBCO厚膜中的应力，避免产生裂纹。采用该方法制备的YBCO厚膜临界电流密度没有迅速衰减，在零场下临界电流密度达到3. 8MA/cm2，大大提高了 YBCO厚膜的载流能力，降低了涂层导体的生产成本，拓宽了 YBCO涂层导体的应用范围。附图说明 图I是实施例I制备的YBCO厚膜的场发射扫描电子显微镜图片；图2是实施例2制备的YBCO厚膜(005)面的X射线衍射半高宽图谱；图3是实施例3制备的YBCO厚膜(005)面的X射线衍射半高宽图谱；图4是实施例4制备的YBCO厚膜的场发射扫描电子显微镜图片；图5是实施例4制备的YBCO厚膜(005)面的X射线衍射半高宽图谱；图6是实施例4制备的YBCO厚膜的临界电流密度(77K，0T)。具体实施例方式实施例I(I)称取こ酸钇、こ酸钡和こ酸铜分别为O. 005mol、0. Olmol和O. 015mol，将こ酸钇、こ酸钡和こ酸铜混合后溶于含IOmol%的三氟こ酸的IOOml去离子水中配成溶液；(2)将步骤(I)制得的溶液经磁力搅拌器搅拌Ih后，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到凝胶； (3)将30mL的甲醇加入所述步骤⑵制得的凝胶中，再经磁力搅拌器搅拌O. 5h后再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂以进一歩去除水分等杂质而得到非常纯净的凝胶；(4)将步骤(3)制得的凝胶加入到20ml甲醇中，制成Y、Ba和Cu三种金属总离子浓度为I. 5mol/L的前驱液；(5)将步骤(4)制得的前驱液以1500转/分的速度旋涂在钛酸锶单晶基片上，旋涂时间为90s ；(6)涂敷好的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种YBCO超导复合膜的制备方法，其特征在于，所述的制备YBCO超导厚膜方法包括如下步骤(1)按照Y Ba Cu = I. 5 2 3 的摩尔比将 Y (CH3COO) 3、Ba (CH3COO) 2 和Cu(CH3COO)2混合，于室温下溶于含有10-30mol%的三氟こ酸的去离子水中，配成三氟こ酸盐的溶液，所述三氟こ酸盐溶液中溶质与溶剂的摩尔比为I : 100; (2)将步骤(I)配制的三氟こ酸盐溶液经磁力搅拌器搅拌l_3h，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到凝胶； (3)将所述步骤(2)制得的凝胶加入甲醇中，此步骤中的凝胶与甲醇的摩尔比为I 50，经磁力搅拌器搅拌0.5-1. 5h后，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂，以进一歩去除水分等杂质，得到纯净的凝胶； (4)将所述步骤(3)制得的凝胶加入到甲醇中，制成Y、Ba和Cu三种金属总离子浓度为I. 5-3. OmoI/L的前驱液； (5)将上述步骤(4)制成的所述前驱液采用旋涂或提拉方法涂覆在基片上； (6)将经步骤(5)涂覆后的基片置于高温管...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁发柱，古宏伟，张腾，王洪艳，屈飞，戴少涛，邱清泉，蔡渊，贺昱旻，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，苏州新材料研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：