[发明专利]金属基带上外延CeO2厚膜的电化学沉积方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超导材料的制备方法，特别是涉及一种第二代高温超导涂层导体缓冲层制备方法，应用于高温超导涂层导体技术领域。

背景技术

超导材料的发展经过了一个从简单金属到复杂化合物的过程。导致铜氧化物超导体发现后，掀起了氧化物超导研究的热潮，之后一系列高于液氮温度的铜氧超导体被发现。由于各自不同的本征特性、合成技术及其环境污染等因素，各类铜氧超导体的实用化水平相差很大，有的仅适于基础研究，而较实用的集中在Y123、Bi2212和Bi2223三大体系。第二代高温超导带材是基于双轴织构技术及薄膜外延涂层技术发展起来的。它是在金属基底上辅以缓冲层生长双轴织构的REBa₂Cu₃O_7-d（REBCO）超导层，由于其克服了晶界间的弱连接和岛状生长机制而产生的大量位错钉扎中心，相比于第一代Bi系超导材料具有更高的不可逆场及更大的临界电流密度。这些优势使得第二代高温超导体在电力、能源、电网中的广泛应用变为可能。第二代高温超导带材的突破将会推动超导技术在工业上的大规模应用。美国、韩国、日本等发达国家纷纷从本国电力能源工业的革新需求和长远利益考虑，积极实施了旨在促进第二代超导体的商业化和电力应用的战略计划。我国虽然起步较晚，但也开始加大投资并将该领域的研究作为重要攻关项目。

涂层导体缓冲层既是超导层外延生长的织构基底，也是克服金属基底与超导层金属原子扩散及氧原子扩散的阻挡层。由于缓冲层质量对REBCO超导薄膜外延生长的性能有着至关重要的影响，使缓冲层结构及制备方法成为涂层导体研究的关键性技术部分。目前应用较多的缓冲层结构都是缓冲氧化物材料组成多层薄膜结构，在IBAD技术路线中缓冲层是一种复杂多层的薄膜结构，如，LaMnO₃/epi-MgO/IBAD-MgO/Hastelloy，而在RABiTS技术路线人们常用的也是CeO₂/YSZ/Y₂O₃/NiW型的三层膜结构。缓冲层的多层膜结构增加了薄膜制备过程中的工序，而且两种技术路线均需要真空环境，进而增加了制备成本及潜在的薄膜质量问题。所以寻求一种低成本的制备路线及简单的新型缓冲层结构，是简化第二代高温超导带材制备工艺和降低制造成本的关键问题。

为了简化缓冲层结构，首先要考虑到材料的选取。由于CeO₂具有良好的热稳定性、化学稳定性以及与YBCO有比较低的晶格失配度0.62%，被认为是缓冲层的最佳选择之一。由于CeO₂相对于NiO吉布斯自由能较低，作为种子层在金属基带上沉积可充当还原剂，减少NiO的形成，而且形成CeO₂所消耗的能量也很低，在还原性气氛下可很好的外延生长，所以CeO₂常作为涂层导体缓冲层中的种子层与帽子层。然而CeO₂有个严重的缺陷，即当其在金属基底上薄膜厚度超过一定值时（约为70 nm）就会有微裂纹出现。因此，CeO₂通常与其它缓冲层材料结合，组成多层膜结构，来满足作为高温超导涂层导体缓冲层的需要，这直接导致成本增加。鉴于此，寻求一种低成本方法制备涂层导体缓冲层的方法及解决CeO₂厚膜裂纹问题进而简化缓冲层结构具有重要意义，并成为亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种金属基带上外延CeO₂厚膜的电化学沉积方法，以无机铈盐、二甲基亚砜或含有1~10%无水乙醇的二甲基亚砜试剂为原料，利用非真空电化学沉积技术，FTO导电玻璃作为辅助电极，在金属基带上成功外延了均一、致密的高度双轴织构且无裂纹的单层缓冲层CeO₂厚膜，为第二代高温超导涂层导体缓冲层提供了关键技术及简单的缓冲层结构。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种金属基带上外延CeO₂厚膜的电化学沉积方法，具体工艺步骤为：

a．配置溶液过程：首先称取定量的无机铈盐作为溶质，然后用二甲基亚砜或含有1~10%无水乙醇的二甲基亚砜试剂作为溶剂，将无机铈盐稀释溶解，通过密封搅拌接近10个小时，形成铈离子浓度为1~5 mmol/L的铈盐溶液；原料无机铈盐优选采用氯化铈；