[发明专利]一种YBCO超导复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温超导涂层导体的制备方法，特别涉及一种YBCO超导复合膜的制备方法。

背景技术

以YBa₂Cu₃O_7-x(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术。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、军事工业、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单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。由世界最好的二代制造商家美国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Y₂BaCuO₅(211)。沉积的“211”纳米颗粒尺寸为0.5～1.5nm，密度为5～6×10¹¹/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，工艺比较复杂、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乙酸铜，并且在前驱液中添加乙二醇胺制备了厚度为1微米的YBCO厚膜。尽管该专利制备了YBCO厚膜，但厚度仅为1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。

发明内容

本发明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，提供一种具有高载流能力的多层YBCO膜的制备方法。

本发明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YBCO/CeO₂膜，厚度达到1.5微米的YBCO超导膜。本发明所制备的多层膜，特别是YBCO/CeO₂/YBCO/CeO₂/YBCO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。

本发明的具体步骤顺序如下：

(1)按照Y∶Ba∶Cu＝1.5∶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％的三氟乙酸的去离子水中，配成溶液，所述的溶液中溶质与溶剂的摩尔比为1∶100；

(2)将步骤(1)配制的所述的溶液经磁力搅拌器搅拌1-3h，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到凝胶；