[发明专利]一种La掺杂CeO2过渡层薄膜及其制备方法

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过 渡层的制备技术。

背景技术

由于高温超导材料YBCO具有极强的各向异性，其载流能力对晶格失配 极为敏感，大的晶格失配角将会形成弱连接，严重影响其超导性能。因此， 采用“外延织构”的思路和相应的技术手段是其制备技术中不可或缺的工 艺过程。

将具有陶瓷脆性的高温超导材料——YBCO，制成线、带材是实现其实际 应用的重要环节。近几年来，人们采用在多晶韧性金属基带上沉积超导膜以 制备高温超导长带材的研究取得了很大的进展，已经制备出长度达到百米级 具有高临界电流的钇钡铜氧(YBa₂Cu₃O_7-δ，YBCO)超导带材，有望进行强电 应用。将YBCO超导氧化层涂敷在机械性能优良的织构NiW合金基带上，能 够起到减少或者避免加工、使用过程中的机械损伤、支撑超导层，承载一部 分电流，提高其工程电流密度等作用。但是由于NiW合金和YBCO超导材料 存在一定的晶格失配；此外，NiW合金也会与YBCO有较强的扩散和化学反 应，严重地影响YBCO层超导性能。因此在NiW合金和超导层中间添加一层 或多层过渡层薄膜，能够起到传递NiW合金基带织构，阻挡金属基带和超导 层之间的相互扩散等作用。

然而很难有一种材料能够满足过渡层的所有要求，通常都是几种材料 组合到一起作为涂层导体的过渡层结构，目前比较成熟的结构是： CeO₂/La₂Zr₂O₇，CeO₂/Gd₂Zr₂O₇，CeO₂/YSZ/Y₂O₃等。这些过渡层结构中，帽子层 (cap layer)均为纯CeO₂材料，失配晶格常数为3.8286埃，与YBCO超导材 料晶格失配度为-0.62％，无法调整与超导层的外延关系；同时，这些过渡 层结构均为多层薄膜，制备过程较复杂，成本较高，且生产效率较低，不 利于未来大规模商业化的应用。

综上所述，开发单一过渡层材料，并采用成本低廉的化学溶液方法制 备，是涂层导体材料研究领域的热点和挑战。这将会大大简化过渡层的制 备过程，提高生产效率，降低制备成本，利于推进涂层导体商业化的进程。

发明内容

本发明的目的在于解决现有涂层导体过渡层制备过程中存在的问题， 提供一种工艺简单、高效，且成本低廉的La掺杂CeO₂单一过渡层薄膜及其 制备方法。

本发明所提供的一种La掺杂CeO₂过渡层薄膜由Ce_1-xLa_xO₂复合氧化物固 溶体组成，其中，0.1≤x≤0.3，过渡层薄膜的厚度为30～250nm。

本发明通过以有机铈盐和乙酰丙酮镧为前驱盐，采用化学溶液法制备 前驱液后，经过旋涂或者浸涂，将前驱液涂敷到金属基板或单晶基板上， 再经过热处理工艺获得La掺杂CeO₂过渡层薄膜，具体步骤如下：

1)前驱液的制备：将有机铈盐和乙酰丙酮镧，按铈离子与镧离子的摩 尔比为1-x∶x，其中，0.1≤x≤0.3，铈离子(Ce³⁺)与镧离子(La³⁺)的总 浓度为0.1～1.0mol/L，溶解到正丙酸与甲醇的混合溶液或者正丙酸与乙酰 丙酮的混合溶液或者正丙酸、甲醇与乙酰丙酮的混合溶液中，得到前驱液， 三种混合溶液中正丙酸的体积百分含量均为70～100％；

2)前驱液的涂敷：将前驱液用旋涂或者浸涂的方式涂敷到金属基板或 单晶基板上，得到前驱膜；

3)高温烧结：在通保护气体的条件下，将前驱膜于950～1200℃烧结 15～120分钟，得到厚度为30～100nm的La掺杂CeO₂过渡层薄膜；

4)重复步骤2)中的涂敷前驱液和步骤3)中的高温烧结操作0～4次 时，得到厚度为30～250nm的La掺杂CeO₂过渡层薄膜。

其中，步骤1)中所述的有机铈盐为乙酰丙酮铈或醋酸铈。