[发明专利]一种制作稀土钡铜氧超导膜的方法

说明书

本发明公开了一种制作稀土钡铜氧超导膜的方法。该方法包括以下步骤：(a)配制含有稀土元素离子、钡离子、铜离子与溶剂的前驱溶液；(b)通过不高于20℃的恒温方式控制涂覆温度，控制基底和前驱溶液在同一设定温度，将前驱溶液涂覆于基底上得到前驱膜；(c)将前驱膜置入热处理炉中，通过热分解、烧结和充氧步骤获得稀土钡铜氧超导膜。通过控制涂覆温度处在特定的恒定温度，有效地增加薄膜的厚度。

技术领域

本发明涉及一种制作稀土钡铜氧超导膜的方法与恒温浸涂设备。

背景技术

稀土钡铜氧(REBa_1+xCu₃O_7-y，其中RE为稀土元素如Y、Gd、Sm等，0.5≤x≤1，0<y<0.5)高温超导膜是第二代高温超导导线(又被称为涂层导体)的核心组成部分，它在液氮温度(77K)具有极高的自场临界电流密度(一般高于1MA/cm²)，并且适合在高磁场环境下应用。目前制备高温超导膜的技术主要包括化学溶液沉积和一些真空沉积方法，其中化学溶液沉积技术由于不需要昂贵的真空设备，非常有利于降低生产成本，并且通过该技术制备的高温超导膜具有优良的性能，同时该技术化学计量比易于精细调节、成膜均匀性好、成相纯度高、沉积速率高、对基底的形状和尺寸选择范围很宽。因此，化学溶液沉积技术被认为是发展低成本、高性能的第二代高温超导导线产业化制备的核心技术之一。

为了降低第二代高温超导导线的制备成本，推进其产业化进程，能否提高高温超导导线的临界电流至关重要。提高超导导线的临界电流主要有两种方式，一是提高临界电流密度，二是提高超导层的厚度。目前国际上对第一种方式的研究已经比较完善，使用化学溶液法制备的稀土钡铜氧高温超导薄膜的Jc普遍可以达到4MA/cm²的水平甚至更高。对于第二种方式，提高薄膜厚度，现有的方法主要有：1.改变前驱溶液的离子浓度来增加膜厚2.改变涂膜速率，来增加膜厚3.在前驱溶液中加入外加剂如聚乙二醇(PEG)，聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等。

对于现有的三种提高薄膜厚度的方法，均能在一定程度上增加薄膜的厚度，此方法的引入有利于进一步改变薄膜的厚度，增加调节窗口。对于前驱溶液，当改变其浓度时，其粘度也会发生相应的变化，从而在涂覆薄膜时改变薄膜的厚度。高温超导导线的涂覆方式主要有旋涂、浸涂、模缝涂布、喷墨打印等，改变薄膜的涂覆速率同样可以改变薄膜的厚度，例如，旋涂可以改变旋涂仪的旋转速来改变薄膜厚度，浸涂可以改变薄膜的提拉速率等调节薄膜厚度。另外，在溶液中添加一定的外加剂改变溶液的粘度也可以使薄膜的厚度在一定程度上发生改变。现有的前驱溶液涂膜过程是在常温下涂布，未考虑温度对膜厚的控制因素。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种制作稀土钡铜氧超导膜的方法与恒温浸涂设备，通过控制涂覆温度处在特定的恒定温度，有效增加薄膜的厚度，可控性好。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种制作稀土钡铜氧超导膜的方法，包括以下步骤：

(a)配制含有稀土元素离子、钡离子、铜离子与溶剂的前驱溶液；

(b)通过不高于20℃的恒温方式控制涂覆温度，控制基底和前驱溶液在同一设定温度，将前驱溶液涂覆于基底上得到前驱膜；

(c)将前驱膜置入热处理炉中，通过热分解、烧结和充氧步骤获得稀土钡铜氧超导膜。

进一步地：

步骤(b)中，所述设定温度为不高于10℃的恒温，优选不高于0℃。

所述恒温方式包括恒温水浴、恒温油浴或恒温恒湿试验箱。

所述前驱溶液的涂覆方式包括旋涂、浸涂、模缝涂布或喷涂打印。