[发明专利]使用NGO单晶基板制备a轴REBCO高温超导厚膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温超导材料的制备方法，尤其涉及一种使用NGO单晶基板制备a轴REBCO高温超导厚膜的方法。

背景技术

自从高温超导体发现以来，大量的晶体工作者投入到了高品质膜的基础研究和制备领域。由于REBa₂Cu₃O_x(简称REBCO、RE123、稀土钡铜氧，其中RE代表稀土元素)具有高于液氮温度的超导转变温度Tc，其在低于转变温度Tc的温度环境下表现出迈斯纳效应和零电阻效应等特性。正是由于REBCO高温超导材料的这些重要特性，REBCO超导厚膜在诸如限流器、带通滤波器等超导器件方面具有许多潜在的应用。

材料的应用取决于材料的性能，而材料的结构决定了材料的性能，进而影响了材料在实际中的应用。一般来说，由于REBCO超导晶体的晶格常数在两个方向a轴和b轴近似相等，因而REBCO超导厚膜具有两种取向，即a轴取向和c轴取向。c轴取向的REBCO高温超导厚膜在电力运输方面有重要的应用，而a轴取向的REBCO高温超导厚膜在约瑟夫森结器件方面有至关重要的应用。更确切地说，约瑟夫森结结器件的设计与开发，离不开高品质的a轴高温超导膜的制备。

液相外延(Liquid Phase Epitaxy，LPE)被普遍认为是一种极具潜力的REBCO超导厚膜的制备方法。在液相外延生长REBCO超导厚膜的过程中，籽晶被固定在连接杆上缓慢靠近饱和溶液表面，作为唯一的形核点诱导REBCO超导厚膜的生长。由于LPE的生长条件接近平衡态，使用薄膜材料作为籽晶诱导生长得到的厚膜具有低缺陷、高平整度、高结晶性能等特点。另外，由于LPE在非真空条件下进行，因而这种方法具有制备成本低等优点。并且与一般的成膜技术相比，LPE具有较快的生长速度。

c轴REBCO膜用液相外延是很容易获得的，但是a轴REBCO厚膜在空气环境下相当难以制备。主要原因是：一方面，a轴REBCO厚膜在空气环境下的生长窗口非常小，常规手段很难获得纯a轴膜的生长窗口；另一方面，a轴膜需要在很小过饱和度的条件下才能在与c轴膜竞争生长中占优势，而实际中很难达到接近平衡态那样小的过饱和度。可见，探索用于获得a轴REBCO高温超导厚膜生长窗口的方法显得至关重要。

因此，本领域的技术人员致力于探寻一种液相外延生长REBCO超导膜的方法，用于液相外延生长纯a轴取向的高品质REBCO超导厚膜。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种液相外延生长REBCO超导厚膜的方法，探索使用镓酸钕(NdGaO₃，NGO)单晶基板作为籽晶，采用顶部籽晶提拉法液相外延生长a轴取向的REBCO超导厚膜。

为实现上述目的，本发明提供了一种使用NGO单晶基板制备a轴REBCO高温超导厚膜的方法，具体步骤以下包括：

1、将BaCO₃粉末和CuO粉末进行配料，获得BaCO₃+CuO粉料，BaCO₃+CuO粉料中的Ba和Cu的摩尔比为0.3-0.8；

2、对步骤1所得的BaCO₃+CuO粉料进行预处理；

3、烧结步骤2预处理后的BaCO₃+CuO粉料，制得Ba-Cu-O粉末；

4、将步骤3所得的Ba-Cu-O粉末加入到RE₂O₃材料的坩埚中加热至第一温度，并继续保温，获得RE-Ba-Cu-O溶液；

5、步骤4所得的RE-Ba-Cu-O溶液冷却至第二温度；

6、使用NGO单晶基板作为籽晶，将所述NGO单晶基板的表面接触步骤5中冷却后RE-Ba-Cu-O溶液，采用顶部籽晶提拉法液相外延生长REBCO超导厚膜。

进一步地，步骤2所述的预处理包括以下工序：

a、对所述BaCO₃CuO粉料进行湿磨以获得BaCO₃+CuO浆料，湿磨时间为2-4小时；

b、烘干工序a所得的BaCO₃+CuO浆料。

进一步地，工序a所述的湿磨时，在所述BaCO₃+CuO粉料中加入的液体选自无水乙醇和水中的一种。

进一步地，步骤3所述的烧结为将经过所述预处理的所述BaCO₃+CuO粉料在890-910℃保温40-50小时。