[发明专利]一种SrZrO3掺杂的YBCO薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高温超导材料制备技术领域，具体涉及高温超导涂层导体超导薄膜的制备技术。

背景技术

随着实验室研究的不断深入，YBCO超导材料的实用化日趋临近。然而要真正达到实用化，不仅要求其在低温无磁场下具有高的载流能力(I_c)，而且在高温高场也尽可能地维持高的超导性能。目前，通过制备多层膜方法，人们已经可以制备出I_c高达1200A/cm-Width的YBCO厚膜，足以满足在零场下应用的要求。但是随着磁场的增加，磁通蠕动也逐渐加剧，YBCO薄膜的J_c呈指数降低，因此仅靠提高薄膜厚度还不能满足在磁场下应用的要求。如何提高薄膜在磁场下性能，成为当前研究的关键。其中通过纳米颗粒的掺杂，在YBCO薄膜中引入钉扎中心，是减少磁通蠕动改善YBCO超导薄膜场性能最常用的方法。很多研究小组已经成功地采用PLD方法制备了钙钛矿结构材料和稀土氧化物纳米颗粒掺杂的YBCO薄膜，尽管在磁场下薄膜的性能大大高于不掺杂的YBCO薄膜，但是PLD方法掺杂需要高真空，不仅设备复杂，成本高，最重要的是其无法灵活改变掺杂物配比，而且不适合开发实用化的高温超导长带。相比PLD物理方法，MOD方法镀膜设备简单，无需真空，沉积速度快，很容易制成长带，目前已经被广泛用来制备纯的高性能的YBCO薄膜，但采用MOD方法制备掺杂的YBCO薄膜的研究并不多见。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种设备简单、成本低的SrZrO₃掺杂的YBCO薄膜及其制备方法。

本发明所提供的SrZrO₃掺杂的YBCO薄膜，由SrZrO₃和YBCO组成，其中，SrZrO₃的摩尔百分比为1-15％，YBCO的摩尔百分比为85-99％。

本发明采用成本低廉的MOD化学方法，通过在YBCO前驱液中加入掺杂物前驱液、再经过涂膜、低温和高温烧结得到SrZrO₃掺杂的YBCO薄膜，具体步骤如下：

1)SrZrO₃掺杂的YBCO前驱溶液的配制：

A、将醋酸钇、醋酸钡和醋酸铜按摩尔比1∶2∶3溶解在去离子水中，再加入高于化学计量比10％的三氟乙酸络合后，于50℃下蒸发浓缩得到蓝色透明胶状液体，用甲醇稀释，得到1.0-2.0mol/L的YBCO前驱溶液；

B、将醋酸锶和乙酰丙酮锆按摩尔比1∶1溶解于丙酸中，得到金属离子总浓度为0.1-1.0mol/L的SrZrO₃前驱溶液；

C、将SrZrO₃前驱溶液与YBCO前驱溶液混合，得到SrZrO₃掺杂的YBCO前驱溶液，其中，SrZrO₃的摩尔百分比为1-15％，YBCO的摩尔百分比为85-99％；

2)薄膜的涂覆：将SrZrO₃掺杂的YBCO前驱溶液通过旋涂或浸涂的方式涂覆到基底上得到凝胶湿膜；

3)低温预烧：将涂覆好的凝胶湿膜在低于400℃的湿氧气中预烧得到前驱非晶膜，其中，室温至190℃的升温速度为135℃/小时，190℃-250℃间的升温速度为5-10℃/小时，250℃-300℃间的升温速度为30℃/小时，300℃-400℃间的升温速度为300℃/小时；

4)高温烧结：将前驱非晶膜于750-850℃下烧结1-4小时，烧结过程中，前2/3的时间段内，通入氧含量为100-10000ppm的湿Ar/O₂混合气，后1/3时间段内，通入氧含量为100-10000ppm的干Ar/O₂混合气，烧结结束后在继续通入氧含量为100-10000ppm的干Ar/O₂混合气条件下降温，当温度降到500℃时换成纯氧气，并保温2-4小时，随炉冷却得到SrZrO₃掺杂的YBCO薄膜。

其中，当步骤2)中采用旋涂方式将SrZrO₃掺杂的YBCO前驱溶液涂覆到基底上时，涂膜转数为3000-6000转/分钟，涂膜时间为1-3分钟；采用浸涂的方式时，涂膜提拉速度为5-80毫米/分钟。

步骤3)中所述的湿氧气是通过将氧气通入水浴加热的装有蒸馏水的容器实现的，水浴温度为20-50℃，氧气流量为0.2-1.0升/分钟；