[发明专利]一种La2Zr2O7过渡层梯度薄膜结构、制备及应用

说明书

技术领域

本发明属于高温超导材料制技术领域，具体涉及高温超导涂层导体过渡层的制备技术。

背景技术

由于高温超导材料YBCO具有极强的各向异性，其载流能力对晶格失配极为敏感，大的晶格失配角将会形成弱连接，严重影响其超导性能。因此，需要将YBCO沉积在具有双轴织构的金属基板上。由于YBCO具有陶瓷脆性，近几年来，人们采用多晶韧性NiW金属基带上沉积超导薄膜，使其外延基板织构以获得高取向性的YBCO超导薄膜。

但是由于NiW合金和YBCO超导材料存在一定的晶格失配，此外，NiW合金也会与YBCO有较强的扩散和化学反应，严重影响YBCO层超导性能。因此在NiW合金和超导层中间添加一层或多层过渡层薄膜，起到传递织构和阻隔元素扩散的作用。

然而很难有一种材料能够满足过渡层的所有要求，通常都是几种材料组合到一起作为涂层导体的过渡层结构，目前比较成熟的结构是：CeO₂/La₂Zr₂O₇、CeO₂/Gd₂Zr₂O₇、CeO₂/YSZ/Y₂O₃等（如图1）。这些过渡层结构包含帽子层（CeO₂）、阻隔层（La₂Zr₂O₇、Gd₂Zr₂O₇）、种子层（Y₂O₃）的两种或三种物质，并且这些物质与Ni、YBCO均有不同程度的错配度。Ni的晶格常数是，La₂Zr₂O₇与之对应的晶格长度为，而YBCO的晶格常数。由于La₂Zr₂O₇的晶格常数大于Ni的晶格常数，种子层的加入是为了使之作为La₂Zr₂O₇的形核中心，提高La₂Zr₂O₇过渡层的织构度。又因CeO₂具有高的化学稳定性，与YBCO的错配度较小（仅为-0.12%），有利于YBCO外延生长，而成为沉积YBCO超导层的顶部过渡层。但是多层材料也无法很好地调整Ni与YBCO的错配，起到传递织构的作用；并且，过渡层之间也会发生一定的元素扩散反应，如La₂Zr₂O₇与CeO₂，造成织构降低；同时，这些过渡层结构均为多层薄膜，制备过程较复杂，成本较高，且生产效率低，不利于未来大规模商业化的应用。

综上所述，开发单一过渡层材料，并采用成本低廉的化学溶液法制备，是涂层导体材料研究领域的热点和挑战。这将大大简化过渡层的制备过程，提高生产效率，降低制备成本，利于推进涂层导体商业化的进程。

发明内容

本发明的目的在于解决现有涂层导体过渡层制备过程中存在的问题，提供一种工艺简单、高效，且成本低廉的以Ti、Y掺杂的La₂Zr₂O₇为单一基体过渡层的梯度薄膜结构（如图2）。