[发明专利]一种三氟酸盐-金属有机沉积制备高温超导薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温超导薄膜的制备方法，特别是利用三氟酸盐-金属有机法(TFA-MOD)制备钇钡铜氧(YBCO)薄膜。

背景技术

YBa₂Cu₃O_7-δ(YBCO)和Bi-Sr-Ca-Cu-O(简称Bi系)带材的应用基础研究一直是超导研究的主要内容之一。目前高温超导带材能否商业化面临的主要挑战是如何在保证应用性能的基础上降低制备成本和如何制备长的超导带材。第一代Bi系带材已达到商业化的水平，但是在技术方面，磁通蠕动使这类带材在高磁场下不能负载较高的超导电流，并且就商业化而言，由于Bi系带材一般是用Ag作为包套材料，成本也较高。而第二代超导带材YBCO不可逆场高，可以在较高的温度和磁场下应用，并且在Ni基体上可以沉积YBCO带材，成本比较低。因此，在发展第二代超导带材的过程中，选择一种有效的制备YBCO带材工艺是关键因素。目前有数种方法，包括通过物理的和化学的方法都可以用来制备YBCO带材。与这些方法相比，金属有机沉积法有众多优点。第一，溶液涂层技术能够满足工业上对涂层的宽度和长度要求。第二，与磁控溅射、金属有机化学气相沉积和脉冲激光沉积(PLD)需要使用真空系统和昂贵的设备相比，金属有机沉积成本低，沉积速率高。第三，成份容易控制，可以精确控制金属组员的配比。

尽管TFA-MOD法有上述优点，但是传统的TFA-MOD法制备YBCO薄膜分解时间非常长，约为20小时，难以满足工业化的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效率、低温分解时间短的三氟酸盐-金属有机沉积制备高温超导薄膜的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案达到的：

1、一种三氟酸盐-金属有机沉积制备高温超导薄膜的方法，该方法包括以下步骤：

第一步骤，按照Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3的摩尔比例把Y(CH₃COO)₃、Ba(CH₃COO)₂和Cu(CH₃COO)₂混合，室温溶于含20-30摩尔％的三氟乙酸的去离子水中配成溶液；

第二步骤，将上述溶液经回流均匀后，于空气中自然蒸发为凝胶；

第三步骤，将上述凝胶加入甲醇和松油醇的混合液中形成前驱液，制成Y、Ba和Cu三种金属离子浓度为1.0mol/L～1.5mol/L的前驱液，其中，甲醇和松油醇的摩尔比为0.9-1.1∶0.9-1.1；

第四步骤，将上述前驱液涂覆在单晶氧化物或其它适于制备高温超导薄膜的基片上；

第五步骤，在400℃～410℃条件下进行4.0-4.2小时的低温热处理，分解三氟乙酸盐；

第六步骤，进行750～800℃的高温热处理，合成四方相YBCO薄膜；

第七步骤，490℃～510℃、纯氧条件下对薄膜进行退火热处理，制备成YBCO高温超导薄膜。

本发明的方法和传统的利用三氟酸盐-金属有机法(TFA-MOD)制备钇钡铜氧(YBCO)薄膜的方法中的步骤一样，首先配备前驱液。把Y(CH₃COO)₃、Ba(CH₃COO)₂和Cu(CH₃COO)₂混合溶于三氟乙酸和水中配成溶液，然后溶液在空气中自然蒸发为蓝色的溶胶，最后把溶胶制成前驱液。与传统方法不一样的地方是，传统方法是把溶胶溶于甲醇中制成前驱液；而本方明的方法是把溶胶溶于甲醇和松油醇的混合液中制成前驱液。

然后，将前驱液经旋涂(spin-coating)或提拉(dipping)方法，涂覆在单晶氧化物基体上。涂覆好的薄膜先经历低温热处理过程，分解三氟乙酸盐。最后经历高温热处理过程形成具有c轴排列取向的YBCO薄膜。本发明的方法和传统方法还有一个不一样的地方是，由于本发明在配置前驱液时加入了松油醇，因而在低温热分解的温度不变的情况下，在整个低温热分解过程的时间由原来的约20小时缩短为4-4.2小时，能够大大缩短工艺时间。

本发明的优点是：本发明的方法能在保持材料性能的前提下，能够大大缩短工艺时间至4小时，则可大幅度降低工艺成本。制备薄膜的性能可与传统方法制备的薄膜性能基本相同。

附图说明