[发明专利]一种化学溶液法制备钆钡铜氧高温超导薄膜的方法

摘要

本发明公开了一种化学溶液法制备钆钡铜氧高温超导薄膜的方法，先制备低氟钆钡铜氧溶液，该溶液采用氧化钆或醋酸钆、醋酸钡、醋酸铜作为起始原料，并采用络合剂，将起始原料溶于溶剂中形成钆钡铜氧低氟溶液，再进行凝胶薄膜的制备及干燥，最后对薄膜进行预处理和终处理，即得到GdBCO高温超导薄膜。利用本发明提供的方法制备的薄膜表面光滑，具有良好的超导特性，且薄膜制备成本低、工艺简单且容易控制；热处理工艺周期大大缩短，其他方法制备的少氟钆钡铜氧溶液相比，氟含量更低，使得可以通过不到2小时的快速热处理即可完成薄膜的预处理，且获得的薄膜性能也可实现高临界转变温度Tc，高临界电流密度Jc的特点。

主权项

一种化学溶液法制备钆钡铜氧高温超导薄膜的方法，其特征在于，包括以下操作步骤：1）制备低氟钆钡铜氧溶液；1.1将原料A溶解在络合剂A中，并在40～80℃的加热条件下搅拌溶解后，经过50～90℃烘干或减压蒸馏后得到白色固体A；所述原料A为氧化钆或醋酸钆；络合剂A为三氟乙酸；当原料A为氧化钆时，氧化钆：三氟乙酸的摩尔比为0.5：3～6；当原料A为醋酸钆时，醋酸钆：三氟乙酸的摩尔比为1：3～6；或是，将原料A溶解在络合剂A中，并在40～80℃的加热条件下搅拌溶解后，经过50～90℃烘干或减压蒸馏后得到白色固体A，再向白色固体A中加入溶剂A进行稀释，搅拌溶解后，得到溶液A；所述原料A为氧化钆或醋酸钆；络合剂A为三氟乙酸；溶剂A为甲醇、丙烯酸、α‑甲基丙烯酸或丙酸；当原料A为氧化钆时，氧化钆：三氟乙酸：溶剂A的摩尔比为0.5：3～6：10～30；当原料A为醋酸钆时，醋酸钆：三氟乙酸：溶剂A的摩尔比为1：3～6：10～30；1.2将原料B溶解在络合剂B和溶液B的混合溶液中，控制原料B：络合剂B：溶剂B的摩尔比为1:1.5～10：10～40，搅拌溶解后，得到溶液B；所述原料B为醋酸钡；络合剂B为丙烯酸、乳酸、丙酸或α‑甲基丙烯酸；溶剂B为甲醇、丙烯酸、丙酸或α‑甲基丙烯酸；1.3将原料C先溶解在溶剂C中，再添加络合剂C，控制原料C:络合剂C:溶剂C的摩尔比为1:2～10:10～40，经25～40℃加热搅拌溶解后形成溶液C；所述原料C为醋酸铜；络合剂C为丙烯酸、丙酸或α‑甲基丙烯酸；溶剂C为甲 醇、丙烯酸或α‑甲基丙烯酸；1.4最后将溶液B、溶液C和溶液A或固体A混合并搅拌均匀后，得到低氟钆钡铜氧溶液，控制该溶液中钆、钡、铜三种金属离子的摩尔比为：Gd3+:Ba2+:Cu2+=1:2:3～3.3，且溶液中金属离子的总浓度控制在1～1.5mol/l；2）凝胶薄膜的制备及干燥：将低氟钆钡铜氧溶液作为前驱体溶液，结合浸渍提拉法或旋转涂覆法，在铝酸镧或钛酸锶单晶基片上，或带有缓冲层的NiW合金带材上，制备钆钡铜氧凝胶薄膜，随后将得到的凝胶薄膜在空气下，以80～100℃的温度干燥5～20分钟，得到钆钡铜氧干膜；3）薄膜预处理：将获得的钆钡铜氧干膜放入石英管式烧结炉中，先通入水蒸汽压为4～8kPa的潮湿O2气，然后以任意速率将炉内温度升高到200℃，再以2～20℃/min的速率将炉内温度升高到400～500℃，并保温5～15min；最后随炉自然冷却到室温，并停止通入潮湿O2气；上述预处理过程中，烧结炉与外界相通，炉内的气压始终维持在1atm；4）薄膜的终处理：从室温开始，向石英管式烧结炉中持续通气：先向石英管式烧结炉内通入干燥的惰性气体将炉内的空气排除，然后继续通入干燥的惰性气体并以15～25℃/min的速率将炉内温度从室温升高到780～830℃，随后将气氛切换成潮湿的氧气与惰性气体的混合气体，并在780～830℃的炉温下保温1～3小时，炉内氧气的分压保持在0.1～1vol%，水蒸汽压保持在4～8kPa，然后将气氛切换成同样氧分压且干燥的氧气与惰性气体的混合气体，在780～830℃的炉温下继续保 温10～30分钟，最后随炉自然冷却，当温度冷却到400～500℃后再将气氛切换成干O2，并在此温度下保温2～5小时；保温结束后，再随炉自然冷却到室温后，关闭气氛，取出样品，即为GdBCO高温超导薄膜；上述终处理过程中，烧结炉与外界相通，炉内的气压始终维持在1atm。