[发明专利]高温超导体

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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YBa₂Cu₃O_7-δ(在此称为以及学术文献中表示为YBCO)是一种在低于临界温度T_c的温度下的超导体，此临界温度T_c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YBCO薄膜中BaZrO₃(BZO)颗粒的形成。使用5mol％的BaZrO₃。相比于类似的无BaZrO₃而形成的YBCO薄膜，混合BaZrO₃的YBCO薄膜提供了磁场强度(μ₀H)显著改进的J_c，在75.5K下高达7T。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YBCO-BZO薄膜。该文献证实，基于沿外加电场方向的J_c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T_c降低。

参考文献13公开了在CeO₂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ErBa₂Cu₃O_y薄膜里。ErBa₂Cu₃O_y与YBCO结构相关。BNO混合到ErBa₂Cu₃O_y中的浓度为0.5至1.5wt％。自场J_c在77K随着BNO浓度的增加而降低，但J_c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(Er_0.5Nb_0.5)O₃。

发明内容

本发明人意识到，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_c(典型地降低T_c)，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_c的情况下限制可加入的钉扎添加物的总量(参考文献12)。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)。

本发明人进一步认为，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。

本发明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，本发明提供一种组合物，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，本发明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，本发明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。