[发明专利]钇钡铜氧超导薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超导材料技术领域，涉及一种钇钡铜氧超导薄膜的制备方法。

背景技术

钇钡铜氧（YBa₂Cu₃O_7-δ）简称YBCO，是一种可在液氮温区实现超导电性应用的高温超导材料。YBCO超导薄膜凭借其优异的电学性能在弱电（如制作超导量子干涉仪、超导耦合天线、超导滤波器等）和强电领域（如制备第二代高温超导带—YBCO涂层导体）均展现出了诱人的应用前景。

目前制备YBCO超导薄膜最简单易行且价格低廉的方法是化学溶液沉积法，其根据起始原料中是否含有氟元素可分为含氟和无氟两种工艺。其中，无氟工艺不仅可避免传统含氟工艺热处理过程中腐蚀性氢氟酸气体的释放，有效保护了环境，而且薄膜的热处理时间仅约为传统含氟工艺的三分之一，大幅度提高薄膜制备效率的同时节约了能源。然而，无氟工艺热处理过程中会产生较难分解的碳酸钡相，使得YBCO的超导性能显著下降。此外，薄膜热处理过程中氢氧化钡和碳酸钡之间的转化也较为复杂，过多的熔融态的氢氧化钡会使薄膜表面变得粗糙。

发明内容

本发明的目的是提供一种钇钡铜氧超导薄膜的制备方法，解决了现有化学溶液沉积法的无氟工艺热处理过程中存在的过多熔融态的氢氧化钡使钇钡铜氧超导薄膜表面变得粗糙的问题。

本发明所采用的技术方案是，钇钡铜氧超导薄膜的制备方法，首先在单晶铝酸镧基片上将无氟钇钡铜氧溶胶制得钇钡铜氧凝胶膜，然后将钇钡铜氧凝胶膜干燥后依次经过热处理、结晶和渗氧处理，冷却后得到钇钡铜氧超导薄膜。

本发明的特点还在于，

无氟钇钡铜氧溶胶是通过将醋酸钇、醋酸钡和醋酸铜分别用二乙烯二胺、乳酸和丙烯酸溶解于甲醇中形成三种溶液，然后再将上述三种溶液混合搅拌得到的，醋酸钇、醋酸钡和醋酸铜中钇、钡和铜的摩尔比为1～1.5：2：3～4。

钇钡铜氧凝胶膜干燥在空气、高纯氮气或高纯氩气中进行，温度为80～150℃，时间为15～30min。

干燥的钇钡铜氧凝胶膜的热处理在预设温度为100℃的水平石英管式气氛烧结炉中进行，具体步骤为：首先在由0.1～5%vol氧气、1～10%vol水蒸气和余量氮气组成的混合气氛中升温至350～420℃，然后在由0.1～5%vol氧气、0.1～10%vol二氧化碳和余量氮气组成的混合气氛中升温至450～600℃，再在由0.1～5%vol氧气和余量氮气组成混合气氛中升温至650～700℃。

热处理后的钇钡铜氧凝胶膜的结晶是在由0.01～5%vol氧气、1～10%vol水蒸气和余量氮气组成的混合气氛中进行，温度为750～850℃，时间为1～3h。

结晶后的钇钡铜氧凝胶膜的渗氧处理是在纯氧气氛中进行，温度为400～500℃，保温时间为1～3h。

本发明的有益效果是，

1.本发明钇钡铜氧超导薄膜的制备方法，通过在低温热处理过程中引入适量二氧化碳气体来控制含钡相的转化，使得可逆反应：Ba(OH)₂+CO₂＝BaCO₃+H₂O始终朝着生成碳酸钡的方向进行，避免了因氢氧化钡高温熔化造成钇钡铜氧超导薄膜表面粗糙的问题；然后通过高温热处理过程引入足量的水蒸气使得上述可逆反应朝着生成氢氧化钡的方向进行，使碳酸钡完全转变为氢氧化钡，同时氢氧化钡又与氧化钇、氧化铜进一步反应生成钇钡铜氧相，从而获得表面质量良好且超导性能优异的钇钡铜氧薄膜。

2.本发明钇钡铜氧超导薄膜的制备方法简单易行，制备效率高，且不污染环境，可用于制备高质量大面积钇系或稀土系钡铜氧薄膜和高性能钇系或稀土系钡铜氧涂层导体。

附图说明

图1是本发明制备方法中热处理过程未引入二氧化碳气氛时制得的钇钡铜氧超导薄膜的光学显微镜扫描图；

图2是本发明实施例1制得的钇钡铜氧超导薄膜的光学显微镜扫描图；

图3是本发明实施例1、2和3制得的钇钡铜氧超导薄膜的J_c-H曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明钇钡铜氧超导薄膜的制备方法，首先在单晶铝酸镧基片上将无氟钇钡铜氧溶胶制得钇钡铜氧凝胶膜，将钇钡铜氧凝胶膜干燥后依次经过热处理、结晶和渗氧处理，冷却后得到钇钡铜氧超导薄膜。

具体步骤如下：