[发明专利]一种化学溶液法制备高温超导薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温超导薄膜的化学溶液制备方法，特别是利用三氟乙酸盐-金属有机法(TFA-MOD)制备掺杂稀土元素的钇钡铜氧(YBCO)薄膜。

背景技术

超导材料根据应用领域的不同可以制备成不同的形态：膜材、块材、线材(带材)。对于超导薄膜，在当前最主要的高温超导体系中，BiSrCaCuO(BSCCO)、TlBa₂CaCuO(TBCCO)及HgBaCaCuO(HBCCO)体系的T_C(转换温度)虽然较高(Tc≥110K)，但由于BSCCO、TBCCO及HBCCO高温超导薄膜的原位生长研究进展缓慢，目前，Tc≥110K的BSCCO、TBCCO及HBCCO超导薄膜仍主要采用后处理方法制备。后处理方法制备的高温超导薄膜一般为多晶薄膜，Jc较低，表面也较粗糙，不能满足制作高温超导电子器件的要求。YBa₂Cu₃O_7-x(YBCO)的Tc虽然较低(T_C＝90K)，但YBCO薄膜的微波表面电阻Rs比常规金属材料小几个数量级，可以用来设计高性能的无源微波器件，例如滤波器、谐振器、延迟线等。并且YBCO薄膜的原位生长研究已取得了长足进展，已能采用多种方法原位生长高质量的YBCO薄膜。在包括脉冲激光沉积法(PLD)、溅射法(Sputtering)、多元共蒸发法(Co-evaporation)、金属有机化学气相沉积法(MOCVD)等这些物理的和化学的方法中，三氟乙酸盐-金属有机沉积(TFA-MOD)法有众多优点。第一，溶液涂层技术能够满足工业上对涂层的宽度和长度要求。第二，与磁控溅射、金属有机化学气相沉积和脉冲激光沉积需要使用真空系统和昂贵的设备相比，金属有机沉积成本低，沉积速率高。第三，成份容易控制，可以精确控制金属组员的配比。因此，TFA-MOD法制备YBCO薄膜近年来引起了国内外科学家的关注。

随着对YBCO薄膜研究的深入以及扩大它的使用范围，还必须设法向高温超导体中引入强的磁通钉扎中心，克服高温下由于弱的磁通钉扎能力而导致的热激活磁通蠕动，磁通流变等现象，提高高温超导体的磁通钉轧能力，从而进一步提高其磁场下的临界电流密度(Jc)。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本的制备高性能的高温超导薄膜的方法。

为实现上述目的，本发明提供一种化学溶液法制备高温超导薄膜的方法，包括如下步骤：

第一步骤，按照(Y+RE)∶Ba∶Cu＝1∶2∶3的摩尔比例把Y(CH₃COO)₃、RE(CH₃COO)₃、Ba(CH₃COO)₂和Cu(CH₃COO)₂混合，室温溶于含等当量三氟乙酸的去离子水中配成溶液，其中，RE为Nd、Sm、Eu、Gd或Dy中的一种或几种，RE(CH₃COO)₃占Y(CH₃COO)₃的摩尔含量为1-10％；

第二步骤，将上述溶液搅拌均匀后，真空蒸发溶剂得到凝胶；

第三步骤，将上述凝胶加入甲醇，制成Y、RE、Ba和Cu金属离子总浓度为0.8-3.0mol/L的溶液，搅拌均匀，制备成前驱液；

第四步骤，将上述前驱液采用旋涂或提拉的方法涂覆在基片上；优选采用匀胶机以3000转/分-6000转/分的速度涂覆在基片上；

第五步骤，在400℃～410℃条件下进行约10小时的热处理，以分解三氟乙酸盐；

第六步骤，在800℃～850℃保温3-4小时生成掺杂稀土元素的四方相YBCO薄膜；

第七步骤，在490℃～510℃及纯氧条件下对薄膜进行保温0.5-1.5小时退火热处理，制备成掺杂稀土元素的YBCO高温超导薄膜。

上述的化学溶液法制备高温超导薄膜的方法，其中，在进行第三步骤操作之前还可包括在凝胶中加入甲醇使之溶解后，减压蒸除溶剂以去除水分等杂质的纯化步骤。

上述的化学溶液法制备高温超导薄膜的方法，其中，第一步骤中所述的三氟乙酸去离子水溶液浓度可以为20～30摩尔％。

上述的化学溶液法制备高温超导薄膜的方法，其中，第二步骤中的搅拌时间优选为1-5小时。

上述的化学溶液法制备高温超导薄膜的方法，其中，第四步骤中的基片可以是铝酸镧、钛酸锶或氧化镁单晶基体。