[发明专利]一种V掺杂的YBCO超导薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及YBCO高温超导薄膜材料及其制备方法，属于YBCO涂层超导薄膜制备技术领域。

背景技术

YBCO涂层超导材料，由于其本身的一系列优势，一经发现就引起了世界的广泛关注，被认为是最有可能被大规模应用的超导材料。随着研究的深入，YBCO超导材料的应用也日趋临近。但是，YBCO有一个缺点，即随着外加磁场的增加，其承载的临界电流密度显著下降，然而YBCO超导材料的应用绝大部分又是处于外加磁场下的，所以真正要达到实用化，不仅要求其在自场下拥有较高的载流能力，而且在高场下也应具有较大的载流能力。研究发现，在YBCO薄膜中适量引入的一些缺陷可以作为钉扎中心，有效地减少了磁通蠕动，改善了YBCO的场性能。目前，世界上已有许多小组通过掺入Zr,Ce等在薄膜中形成钙钛矿结构来改善了YBCO的场性能，也有通过掺入稀土氧化物纳米颗粒和采用其他稀土元素来部分取代YBCO中Y元素来实现场性能的提高。但是，目前主要采用的是PLD，磁控溅射等方法来实现YBCO的掺杂，这些方法虽然掺杂效果明显，但是设备复杂，需要高真空，成本昂贵，并且不易灵活地控制掺杂量，这些对于大规模的产业化是不利的。本发明提供一种掺V的方法，V在薄膜中形成双钙钛矿结构纳米颗粒，与YBCO的晶格适配度更大，能产生更大的内应力，即钉扎力，能更高的提高场性能。并且采用价格低廉的，设备简单的化学法，易于产业化。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低廉、高场下场性能好的V掺杂的YBCO超导薄膜及其制备方法。

本发明的一种V掺杂YBCO超导薄膜，其特征在于，是一种双钙钛矿结构纳米颗粒BYVO掺杂的YBCO超导薄膜。

本发明所提供的V掺杂YBCO超导薄膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）V掺杂的YBCO前驱液的配制：

1）将醋酸钇、醋酸钡按摩尔比1：2的比例溶解在去离子水中，在50-60℃下充分搅拌溶解后，按照醋酸钇和三氟乙酸的物质的量比为（3-4）：1加入三氟乙酸，在50-60℃下反应3小时后，在50-60℃下旋转蒸发，得到白色粉末，用无水甲醇溶解，得Y,Ba的前驱液；

2）将醋酸铜和α-甲基丙烯酸按摩尔比1：4的比例溶解在无水甲醇中，在80℃下回流3小时以上后，在50-60℃下旋转蒸发，得到蓝色凝胶，用无水甲醇溶解，得到Cu的前驱液；

3）将Y,Ba的前驱液和Cu的前驱液分别过滤后混合，得到蓝色透明溶液，在50-60℃下旋转蒸发，得到蓝色凝胶，再用无水甲醇稀释，控制总阳离子浓度为2.0-3.0mol/L，即为YBCO前驱液；

4）向步骤4）得到的YBCO前驱液中加入乙酰丙酮钒（C₁₅H₂₁O₆V），所加入的乙酰丙酮钒（C₁₅H₂₁O₆V）为所述的含有Y、Ba和Cu溶液中的Y、Ba和Cu三种金属总离子摩尔浓度的5%-10%，得到V掺杂的YBCO前驱液；

（2）将V掺杂的YBCO前驱液通过旋涂的方式涂覆在基片上，得到凝胶湿膜；

（3）低温烧结：室温下，将凝胶湿膜以600℃/小时的升温速度升温至100℃，再以200℃/小时的升温速度升温至400℃，得到非晶前驱膜，其中，从室温升至150℃升温过程中，通入干氧，气体流量是0.2-0.3升/分钟；在150℃至400℃升温过程中，通入湿氧；湿氧是以0.2-0.3升/分钟的气流量通入温度为25℃-35℃的蒸馏水中获得的；

（4）高温烧结：将非晶前驱膜于800-850℃烧结2-4小时，其中，前2/3的时间内通入氧含量200-500ppm的湿Ar/O₂混合气，后1/3的时间内通入氧含量为200-500ppm的干Ar/O₂混合气，并在通入氧含量为200-500ppm的干Ar/O₂混合气的条件下随炉降温至450℃-500℃后，在纯干氧的气氛中保温2-4小时，得到V掺杂YBCO超导薄膜；湿Ar/O₂混合气是将干Ar/O2混合气以0.5-1.0升/分钟的气流量通入40-60℃的蒸馏水中获得的。

在步骤3）制备YBCO前驱液时按照Y：Ba：Cu=1:2:3的摩尔比混合。

本发明具有以下收益效果：