[发明专利]高分子辅助含氟溶液制备高温超导薄膜的方法

摘要

本发明公开了一种高分子辅助含氟溶液制备高温超导薄膜的方法，先制备高分子辅助的含氟钇钡铜氧溶液，该溶液采用醋酸钇、醋酸钡和醋酸铜为起始原料，并采用络合剂将起始原料溶解于溶剂中，并添加聚乙烯吡咯烷酮PVP或聚乙二醇PEG形成高分子辅助的含氟钇钡铜氧溶液，再进行凝胶薄膜的制备及干燥，最后对其进行预处理及终处理，即得到YBCO高温超导薄膜。本发明方法单次镀膜即可获得厚度为600nm以上的超导薄膜，减少了镀膜周期50%以上，极大地降低了工业成本。

主权项

高分子辅助含氟溶液制备高温超导薄膜的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，制备高分子辅助的含氟钇钡铜氧溶液1.1将醋酸钇溶解在三氟乙酸中，并在40～80℃的加热条件下搅拌溶解后，经过50～90℃烘干或减压蒸馏后得到白色固体A，再向白色固体A中加入甲醇或乙醇进行稀释，搅拌溶解后，得到含氟钇溶液A；醋酸钇、三氟乙酸、甲醇或乙醇的摩尔比为1：3～6：10～20；或是，将醋酸钇溶解在丙酸中，并在40～80℃的加热条件下搅拌溶解后，经过100℃烘干或减压蒸馏后得到白色固体A，再向白色固体A中加入甲醇或乙醇进行稀释，搅拌溶解后，得到无氟钇溶液A；醋酸钇、丙酸、甲醇或乙醇的摩尔比为1：3～6：10～30；1.2将醋酸钡溶解在三氟乙酸中，并在40～80℃的加热条件下搅拌溶解后，经过50～90℃烘干或减压蒸馏后得到白色固体B，再向白色固体B中加入甲醇或乙醇进行稀释，搅拌溶解后得到含氟钡溶液B；醋酸钡、三氟乙酸、甲醇或乙醇的摩尔比为1：2～4：10～20；或是，将醋酸钡溶解在丙烯酸或丙酸中，搅拌溶解后，再经过100℃烘干或减压蒸馏后得到白色固体B，再将白色固体B溶解在甲醇或乙醇中，得到无氟钡溶液B；醋酸钡、丙烯酸或丙酸、甲醇或乙醇的摩尔比为1：1.5～10：10～20；1.3将醋酸铜溶解在甲醇或乙醇中，再添加丙烯酸或丙酸，经25～40℃加热搅拌溶解后形成溶液C；醋酸铜、丙烯酸或丙酸，和甲醇或乙醇的摩尔比为1：2～10：10～40；1.4将无氟钇溶液A、含氟钡溶液B和溶液C混合，或将含氟钇溶液A、无氟钡溶液B和溶液C混合，或将含氟钇溶液A、含氟钡溶液B和溶液C混合，搅拌均匀后得到混合溶液D；控制该溶液中钇、钡和铜三种金属离子的摩尔比为Y3+：Ba2+：Cu2+=1～1.4：2：3～4，并使得溶液中金属离子总浓度控制在1.5～2.0mol/L；1.5在溶液D中添加聚乙烯吡咯烷酮PVP或聚乙二醇PEG，控制聚乙烯吡咯烷酮PVP或聚乙二醇PEG与溶液D的重量比为0.02～0.1：1，搅拌均匀后，即得到高分子辅助的含氟钇钡铜氧溶液；步骤2，钇钡铜氧干膜的制备将步骤1得到的高分子辅助的含氟钇钡铜氧溶液作为前驱体溶液，结合浸渍提拉法或旋转涂覆法，在铝酸镧、钛酸锶单晶基片上，或带有缓冲层的镍钨合金带材上，制备得到钇钡铜氧凝胶薄膜，随后将其在80～100℃的温度下干燥5～20min，得到钇钡铜氧干膜；步骤3，钇钡铜氧干膜预处理将步骤2得到的钇钡铜氧干膜放入石英管式烧结炉中，先通入水蒸汽压为4～5KPa潮湿氧气，然后以任意速率将炉内温度升高到200℃，再以1～5℃/min的速率将炉内温度升高到400～500℃并保温5～15min，最后随炉自然冷却至室温，并停止通入潮湿氧气，上述预处理过程中，烧结炉与外界相通，炉内的气压始终维持在1atm；步骤4，钇钡铜氧干膜终处理从室温开始，向石英管式烧结炉中持续通气：先向石英管式烧结炉内通入干燥的气体A将炉内的空气排除，然后继续通入干燥的气体A并以15～25℃/min的速率将炉内温度从室温升高到720～780℃，随后将气氛切换成 潮湿氧气与气体A的混合气体，并在720～780℃的炉温下保温1～3h，炉内氧气的分压保持在100～600ppm，水蒸汽压保持在4～5kPa，然后将气氛切换成同样氧分压且干燥的氧气与气体A的混合气体，在720～780℃的炉温下继续保温10～30min，最后随炉自然冷却，当温度冷却到400～500℃后再将气氛切换成干燥的氧气，并在此温度下保温2～4h；保温结束后再随炉自然冷却到室温后，关闭气氛，取出样品，即得到YBCO高温超导薄膜；上述终处理过程中，烧结炉与外界相通，炉内的气压始终维持在1atm。