[发明专利]用于制造稀土金属-Ba2Cu3O7-δ薄膜的组合物和方法

说明书

关于联邦资助研究或开发的声明

本发明在Sandia Corporation和美国能源部之间的第DE-AC04-94AL85000号合同下开发。美国政府拥有本发明的某些权利。

此处所用的章节标题仅出于组织的目的，无论如何不应将其视为对此处所述的主题的限制。

技术领域

本申请主要涉及制造稀土金属氧化物的膜的方法。

背景技术

虽然如Cu或Ag等金属导体的电阻很小，但是美国总发电量至少有20％在到达消费者之前即已损失。一个可能的解决方案是开发可编织成高功率传输电缆的薄超导带材。YBa₂Cu₃O_7-δ(YBCO)是一种潜在的可使用的材料。对于c-轴外延YBCO薄膜而言，YBCO在单晶和缓冲金属基板上于77°K时具有高于10⁶A/cm²的传输电流密度(J_c)。

化学溶液沉积(CSD)是一种以低成本制造高长度YBCO带材的技术。非原位CSD法可容易地适用于经过浸涂、网涂或喷涂的连续加工(McIntyre等，Appl.Phys.，1990，68，4183-4187；Nonaka等，Jpn.J.Appl.Phys.Pt.2，1988，27，L867-L869；Manabe等，Physica C，1997，276，160-166；和Yamagaiwa等，J.Cryst.Growth，2001，229，353-357)。McIntyre等已经开发了用于通过CSD制造高品质YBCO薄膜的标准方法。该方法涉及将碳酸Ba、碳酸Y和碳酸Cu溶解在三氟乙酸中。干燥溶液，然后使用甲醇稀释至所需摩尔浓度。通过该方法，已经制造了77K时电流密度(J_c)值大于3×10⁶A/cm²的高品质纯相(phase-pure)YBCO膜。

在McIntyre等所述的方法和其他类似变体中，金属三氟乙酸盐、特别是Cu-三氟乙酸盐在空气或O₂中的分解是非常放热的。如果加热过于迅速，则将出现膜中有机物的逸出分解，这会破坏膜的完整性。结果，需要非常缓慢的热解阶段(通常需要8小时～12小时)来控制分解。通常向炉气中加入水蒸汽来帮助阻止热解过程中Cu的损失，以使适当的阳离子化学计量能够得到保持。已显示的是，低pO₂(0.2％～1％O₂)热解在仅需要为时1.5小时的热解阶段可有效地控制CSD YBCO薄膜的有机分解和合成(Dawley等，J.Mater.Res.，2001，16，13-16和Dawley等，IEEE Trans.Appl.Superconductivity，2001，2873-2876)。此处将热解阶段定义为下述热处理步骤，其中沉积至基板上之后膜中存在的有机物种通过热方式而至少部分分解。通过此方法制造的膜具有与在空气或O₂中热解的那些膜相当的电性质。但是，发现通过此方法加工的膜的膜形态具有“棒触迷宫(pencil maze)”图案，不同于McIntyre等的平整的薄膜(sheer film)。由于具有此棒触迷宫图案的膜的结构中峰高比谷深大若干倍，因此棒触迷宫结构的形成防止了额外的连续层的沉积，从而成为了通过多层合成来制造较厚膜的几乎不可克服的障碍。对于大多数电力应用而言，需要约10层～20层来制造足够厚的超导层。

因此，对于能够在较短的加工时间内制造出平整、纯相的如YBCO等稀土金属氧化物的外延膜的化学溶液沉积法存在需求。

发明内容

提供了一种组合物，所述组合物包含：

钡金属-有机化合物；

一种或多种稀土金属-有机化合物；

铜金属-有机化合物；

在大气压下沸点高于230℃的高沸点溶剂；

其中所述组合物还包含卤代有机溶剂，和/或其中一种或多种钡金属-有机化合物、一种或多种稀土金属-有机化合物和铜金属-有机化合物包含卤素；

其中高沸点溶剂与稀土金属在组合物中的摩尔比为1～10∶1；并且

其中钡与稀土金属在组合物中的摩尔比小于2.1∶1，并且其中铜与钡在组合物中的摩尔比大于3∶2。

还提供了一种制造稀土金属Ba₂Cu₃O_7-δ膜的方法，其中δ为0～1，所述方法包括：

a)将如上所述的组合物涂布在基板上；