[发明专利]一种采用溶胶-凝胶法合成Tl-2212超导薄膜的制备方法

摘要

本发明公开了一种采用溶胶-凝胶法合成Tl-2212超导薄膜的制备方法。该方法以乙酸铊、乙酸钡、乙酸钙、乙酸铜为起始原料，以乳酸、α-甲基丙烯酸、二乙烯三胺、三乙烯四胺、甲醇为络合剂及溶剂，制得粘度合适的溶胶。该溶胶具有用料少、制备过程简单，成分易于精确控制等特点,采用该溶胶制备的Tl-2212高温超导膜具有平整的表面形貌、以及良好的超导特性。

主权项

一种采用溶胶‑凝胶法合成Tl‑2212超导薄膜的制备方法，其特征在于，方法包括TBCCO溶胶的制备、凝胶膜的热分解和先驱膜的后退火三个步骤；1）TBCCO溶胶的制备，方法包括下列步骤：（1）以乙酸铊、乙酸钡、乙酸钙、乙酸铜为起始原料，以乳酸、α‑甲基丙烯酸、二乙烯三胺、三乙烯四胺、甲醇为络合剂及溶剂来制备溶胶，其金属化合物的有效成分和摩尔比为：乙酸铊∶乙酸钡∶乙酸钙∶乙酸铜=2.6～3.5∶2∶1∶2.5～2.7；（2）在乙酸铊中加入乳酸、二乙烯三胺以及甲醇，各成分摩尔比为乙酸铊∶乳酸∶二乙烯三胺∶甲醇=1∶2.5～3.5∶2.5～3.5∶70～85，经过70℃搅拌得到溶液A；（3）在乙酸钡中加入乳酸和甲醇，各成分摩尔比为乙酸钡∶乳酸∶甲醇=1∶2.5～3.5∶40～60，经过80℃搅拌得到溶液B；（4）在乙酸钙中加入乳酸和甲醇，各成分摩尔比为乙酸钙∶乳酸∶甲醇=1∶2～4∶60～70，经过80℃搅拌得到溶液C；（5）在乙酸铜中加入α‑甲基丙烯酸、三乙烯四胺和甲醇，各成分摩尔比为乙酸铜∶α‑甲基丙烯酸∶三乙烯四胺∶甲醇=1∶3～4.5∶2～3.5∶50～70，经过70℃搅拌得到溶液D；（6）将上述步骤（2）、（3）、（4）、（5）得到的溶液A、B、C、D混合，加入甲酰胺，使乙酸钡∶甲酰胺=1∶10～40，经过80℃搅拌得到所需TBCCO溶胶；2）凝胶膜热分解，方法包括下列步骤：（1）用步骤1）溶胶制备的TBCCO溶胶，在铝酸镧LAO等单晶衬底材料上，采用旋转涂层和浸涂层方法获得凝胶膜；把凝胶膜放入真空干燥箱在60℃下干燥2小时，然后在空气或其他气体中在120℃下干燥2小时；（2）将干燥好的凝胶膜进行热分解处理。把样品放入石英管中，通入流动的湿氩气，同时，高温炉以0.5℃/min～2℃/min的速率升至400℃，恒温30min～50min；热分解程序执行结束后，自然降温至室温，取出样品就得到先驱膜；3）先驱膜的后退火，方法包括下列步骤：（1）含铊源陪烧靶的制备首先用BaO2、CaO和CuO按照原子比Ba∶Ca∶Cu=2∶2∶3的比例配合研磨后，在流动氧气氛中和940℃温度下灼烧6小时，冷却后再研磨，在同样条件下再灼烧8小时，制成BaCaCuO粉末；然后，将BaCaCuO粉末与Tl2O3粉末混合研磨后压片，用坩堝密封后在流动氧气氛中和850℃温度下灼烧2小时；冷却后再研磨、压片，用同样条件再灼烧2小时，制成陪烧靶材；（2）先驱膜的烧结在105Pa的氧气环境下，把先驱膜放在含有铊源陪烧靶的坩堝内进行高温热处理，使Tl‑Ba‑Ca‑Cu‑O非晶先驱薄膜转变为超导薄膜；其中，退火温度为830～870℃，退火时间为1～5h；自然降温后，即可得到临界温度为103K～106K的Tl‑2212超导薄膜。