[发明专利]一种基于无氟化学溶液氧压切换法制备超导薄膜的方法

说明书

本发明提供了一种基于无氟化学溶液氧压切换法制备超导薄膜的方法，包括前驱液制备、涂覆、低温热解处理、高温晶化和氧化五个步骤。在高温晶化过程中先利用低氧压去除BaCOsubgt;3/subgt;，再切换为高氧压，利用氧压的变化来促使BaCOsubgt;3/subgt;与CuO反应，产生瞬态液相，从而辅助YBCO生长，提高生长速率。本发明制备的超导薄膜，利用氧压切换法成功实现了金属基底上YBCO薄膜的快速外延生长，生长速率最高可达1800nm/min，远超常规FF‑MOD方法。采用本发明的制备方法，能得到具有较高临界电流密度的YBCO超导薄膜，用于金属有机物沉积法制备第二代高温超导带材。

技术领域

本发明属于超导材料领域，具体涉及一种基于无氟化学溶液氧压切换法制备超导薄膜的方法。

背景技术

超导薄膜的化学制备方法包括等离子体化学气相沉积(PCVD)、金属有机物化学气相沉积(MOCVD)、金属有机溶液沉积(MOD)、溶胶-凝胶等方法，这些方法成本低廉，沉积速率快。其中，金属有机溶液沉积法(MOD)被各国科学家广泛采用。

传统的无氟化学溶液法(FF-MOD)在制备YBCO薄膜热处理过程中乙酸钡分解生成BaCO₃，但BaCO₃不能通过简单的氧化或水解去除，且在1000℃以上才能分解成BaO，进而转化为YBCO相，所以，BaCO₃的残留常导致制备的超导薄膜临界电流密度较低，超导性能偏低。通过BaCO₃与反应过程中生成的CuO反应可以消除BaCO₃，利用固相反应生长YBCO超导层，但生长速率较为缓慢。因此，制备YBCO薄膜过程中如何有效消除BaCO₃，提高材料生长速率是十分重要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于无氟化学溶液氧压切换法制备超导薄膜的方法，该方法成功实现了金属基底上YBCO薄膜的快速外延生长，生长速率得到提高，制备的YBCO超导薄膜具有较高的临界电流密度，主要用于金属有机物沉积法(MOD法)制备第二代高温超导带材。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于无氟化学溶液氧压切换法制备超导薄膜的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、YBCO前驱液制备：将Y(CH₃COO)₃·4H₂O、Ba(CH₃COO)₂、Cu(CH₃COO)₂·H₂O在60℃的温度下去除水分，降至室温；然后在干燥的环境下，混合后溶解于丙酸中，升温至50℃～70℃，恒温搅拌至完全溶解；冷却至室温后，依次添加无水甲醇和体积分数为78％的三乙醇胺溶液，搅拌6h，完全溶解后得到YBCO前驱液；

其中，三乙醇胺作为添加剂，目的是增加溶液粘稠度及均匀性，控制薄膜开裂。

S2、YBCO胶体膜制备：将S1制备的YBCO前驱液涂覆在柔性金属基底上，得到YBCO胶体膜；

此步骤中柔性金属基底是具有双轴织构的金属层，能够诱导薄膜定向结晶。

S3、YBCO前驱膜制备：将S2得到的YBCO胶体膜进行热解处理，促使溶剂挥发，金属有机物分解，得到YBCO前驱膜；所述热解处理的方法为：在湿氧的气氛下，从室温以25℃/min的速率升温至400℃～500℃，然后恒温处理2h；所述湿氧是氧气以0.6L/min的气流量通过35℃去离子水获得的；

S4、YBCO薄膜制备：将S3得到的YBCO前驱膜在氮氧混合气中采用氧压切换的方法进行晶化，以20℃/min的速率升温至780℃～850℃，晶化后得到YBCO薄膜；