[发明专利]一种高温超导纳米复合薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大面积高温超导纳米复合薄膜及其制备方法，特别是利用三 氟乙酸盐-金属有机沉积法(TFA-MOD)制备钇钡铜氧-锆酸钡纳米复合薄膜。

背景技术

第二代高温超导带材是指以YBCO-123系超导材料为主的稀土类钡铜氧化物 超导涂层导体。与第一代Bi系高温超导带材相比，第二代高温超导带材在高磁场 下有负载高电流的能力，可以在较高的温度和磁场下应用，是各国在高温超导领 域竞相研究开发的焦点。目前，包括通过物理的和化学的很多方法都可以用来制 备YBCO超导涂层。与这些方法相比，三氟酸盐-金属有机沉积法(TFA-MOD)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(PLD)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 精确控制金属组成的配比。因此，TFA-MOD法制备YBCO薄膜近年来引起了国内 外的广泛关注。

高温超导材料在强电应用领域中最关键的参数之一是临界电流密度Jc。目前， 普遍认为高温强场下高温超导体的临界电流密度Jc主要受两个因素制约：晶间弱连 接与弱的磁通钉扎能力。经过世界各国科学家的努力，已基本解决YBCO高温超导 体块材或带材中各种织构工艺存在的晶间弱连接问题。为了推动高温超导体在强 电领域的实用化进程，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扎能力，从而提高其磁场下的临界电流密度Jc。

能否提高YBCO薄膜的临界电流密度与薄膜中的钉扎缺陷的尺寸有很大关系， 在薄膜中需引入具有纳米尺度的缺陷。早期引入钉扎中心的方法，主要采取重离 子轰击及高能粒子辐照，在YBCO单晶中注入粒子可以使它的Jc提高一到两个数量 级，这些高能粒子包括重离子、电子、质子和快中子等。但这种方法在涉及到实 际应用时，便遇到了重重困难，辐照过的材料具有放射性，并且从经济角度考虑 也行不通。因此，必须寻找新的、简单可行的磁通钉扎引入途径以提高YBCO涂层 的临界电流密度。

发明内容

本发明目的是提供一种大面积高温超导纳米复合薄膜及其制备方法，其是通 过三氟乙酸盐-金属有机沉积法，在YBCO薄膜中引入纳米级锆酸钡粒子作为钉扎 中心，从而制备具有提高的电流密度的大面积高温超导纳米复合薄膜材料。

该方法包括以下步骤：

第一步骤，按照Y∶Ba∶Cu＝1∶1.5～2∶3的摩尔比例把Y(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 该去离子水溶液中含20-30摩尔％的三氟乙酸；

第二步骤，将上述溶液搅拌均匀后，蒸除溶剂得到凝胶；

第三步骤，将上述凝胶加入甲醇至凝胶完全溶解，再经磁力搅拌器搅拌均匀 后再蒸除溶剂以进一步去除水分等杂质而得到非常纯净的凝胶；

第四步骤，将上述凝胶再次加入甲醇，制成Y、Ba和Cu三种金属离子总浓 度为0.8-3.0mol/L的溶液，搅拌均匀后再加入三种金属总离子浓度的5％～8％mol 的乙酰丙酮锆，制备成前驱液；

第五步骤，将上述前驱液涂覆在基片上，涂层的直径可以达2英寸，厚度可以 为200-500nm，其中，该涂覆方法可以是旋涂(spin-coating)或提拉(dipping)方法， 可以采用匀胶机以3000转/分-6000转/分的速度涂覆，该基片可以是单晶氧化物或 其它适于制备高温超导薄膜的基片，如铝酸镧、钛酸锶或氧化镁单晶基体；

第六步骤，在400℃～410℃条件下进行10小时的低温热处理，分解三氟乙酸 盐；该步骤的升温速度可以为40℃/h；可以在氧气和水汽的气氛中，在水汽压为 100hPa-170hPa的条件下进行；

第七步骤，在800℃～850℃保温3-4小时，生成含有纳米锆酸钡的四方相YBCO 薄膜；该步骤的升温速度可以为400℃/h；可以在湿润的氧气和氩气的气氛中，在 水汽压为170hPa-240hPa的条件下进行；