[发明专利]一种利用快速热处理制备钇钡铜氧高温超导薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种利用快速热处理制备钇钡铜氧高温超导薄膜的方法，包括以下步骤：前驱液：基于无氟工艺，配制出性能稳定的YBCO溶胶；凝胶膜制备：采用浸渍提拉法或旋转涂覆法在铝酸镧单晶基板上制备YBCO薄膜；低温热分解：采用滑轨式管式炉，在管式炉的加热端将其加热至400‑500℃的稳定状态，并通入特定的保护气氛。对样品进行150～200℃/秒的极其快速的升温，即处于室温的样品在气氛保护下通过滑轨移动的方式迅速移至管式炉的400‑500℃温区，并保温30min；高温晶化：采用滑轨式管式炉，在管式炉的加热端将其加热至780‑830℃的稳定状态。对样品进行150～200℃/秒的极其快速的升温，即处于室温的样品在气氛保护下通过滑轨移动的方式迅速移至管式炉的780‑830℃温区，并保温30min。本发明显著缩短反应时间，工艺流程简单，制备能耗低，成本低，适用于工业化生产。

技术领域

本发明属于高温超导薄膜的制备技术领域，特别涉及一种利用快速热处理制备钇钡铜氧高温超导薄膜的方法。

背景技术

超导材料及其电力应用器件具有常规导体及器件所不能比拟的体积小、效率高、能耗低和大容量等优点，可以广泛应用强电、弱电、强磁等多种领域。低温超导材料如Nb₃Sn、Nb₃Al等具有较低的临界转变温度Tc，仅可在价格昂贵的液氦和超低温的工作环境中应用。高温超导材料的发现克服了这一应用壁垒，冷却媒介由液氦变为液氮，实现人们在液氮温区(77K)应用超导电性的愿望，在相继发现的高温超导材料中，如YBa₂Cu₃O_7-x(YBCO)、Bi₂Sr₂CaCu₂O₈(BSCCO)、Tl₂Ba₂CaCu₂O₈(TBCCO)、HgBa₂CaCu₂O₆(HBCCO)，Bi系超导带材各向异性较大，强磁场下难以获得高临界电流密度且银套管制备技术提高了工业成本；铊系和汞系均含有有毒元素，相较而言，YBCO具有优异的上临界场，高的载流能力，以及较低的电流损耗，是目前77K下可获得强磁场的实用化超导材料。

第二代高温超导材料YBCO有非常广阔的应用前景，虽对其基础物性和成材机理的研究取得一系列进展，但探索高性能、高产能和低成本的制备技术是YBCO实用化过程中亟待解决的关键问题。以磁控溅射法，脉冲激光沉积法为主流技术的物理制膜方法需要昂贵的真空系统，成本居高不下，且制备过程中的高温和氧气氛使设备损耗严重。化学溶液沉积法制备的薄膜成本低、结构与成分均匀、利于大面积成膜和批量生产。

目前，化学法制备超导薄膜工艺周期耗时较长，在制备多层膜和器件时界面反应复杂易引起扩散，且前驱液挥发较快、孔隙率高、碳残留等使得薄膜的均匀性和致密性较差，获得微观形貌平整致密、性能稳定的超导薄膜所需的热分解和晶化时间较长，制备工艺十分繁杂，效率低，对氧分压和水分压的可控性差，难以实现大规模低成本生产。利用快速热处理方法可显著提高钇钡铜氧超导薄膜的制备效率，且胺类和不饱和羧酸等络合剂的加入可分别与钇、钡、铜形成大分子交联结构，提高溶胶稳定性，使得薄膜在迅速升温过程中不会造成表面粗糙，大分子交联结构的存在有利于提高前驱液中有机物热分解温度，改善薄膜表面形貌。该发明快速制备工艺有利于抑制a轴生长趋势，促进c轴取向形成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用快速热处理制备钇钡铜氧高温超导薄膜的方法，缩短化学法制备超导薄膜的周期，为发展低成本、低能耗、高性能的超导技术提供支持。

为实现上述目的，本发明所采用以下技术方案：

一种利用快速热处理制备钇钡铜氧高温超导薄膜的方法，包括以下步骤：

1)、前驱液：配制出性能稳定的YBCO溶胶；