[发明专利]一种单一材料ZrO2纳米点、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于高温超导材料制备技术领域，涉及高温超导涂层导体过渡层表面改性的制备技术，具体涉及一种单一材料ZrO₂纳米点、制备方法及应用。

背景技术

以YBCO为主的稀土类钡铜氧化物第二代涂层超导体，由于具有高的不可逆场，高的载流能力、低的交流损失，潜在的价格优势，早在上世纪80年代末就被预测将有非常广泛的应用前景。但是超导材料大都应用于外加磁场的环境下，而其工程临界电流密度(J_e)又是随着外加磁场的增加而急剧下降的。其中磁场与J_e存在一定的关系：J_e＝H^-α。α值表示J_e在外加磁场下的下降趋势，其值越小，J_e的下降趋势越小。因此要真正实现其实用化，就不仅要提高涂层导体在自场下的载流能力，而且要求它在较高的外加磁场下也具有较大的载流能力。而过渡层表面改性是一个很好的方法来减小α值，提高YBCO场性能。

J_e降低的主要原因除了自身的各向异性和热量的波动，另一重要原因是缺乏有效的钉扎中心。在薄膜内部人为地引入适量的缺陷作为钉扎中心，可以在保持超导相的转变温度和织构性能基本没受到大的破坏的同时，很好的提高薄膜在高场下的J_e值。目前常用的方法是有稀土元素的取代或替换；纳米颗粒的掺杂；重离子辐射。然而重离子辐射因其具有辐射性已逐渐被人们所抛弃，而稀土元素的取代或替换和纳米颗粒的掺杂都是在制备YBCO的前驱液里进行操作，无法实现对膜中人工引入物的形态，分布及数目的控制，因而很难保证缺陷的适量问题。

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，提供一种在YBCO沉积以前能够对引入的纳米点的形态、数目及分布进行有效控制的工艺简单、高效的制备方法。

本发明所提供的一种ZrO₂纳米点，涂覆在单晶基板上的、不连续的、分散均匀；高度在5～50nm，直径在30～200nm，颗粒密度在10～80个/μm。与YBCO的失配度大，可提供足够的缺陷来形成钉扎中心，提高YBCO的场性能。

本发明通过以有机锆盐为前驱盐，采用化学溶液方法制备前驱液后，经过旋涂的方法将前驱液涂敷到单晶基板上，再经过热处理工艺在单晶表面获得ZrO₂纳米点，具体步骤如下：

1)制备前驱液：将乙酰丙酮锆溶解到正丙酸中，得到阳离子摩尔浓度为0.001-0.003mol/L的前驱液；

2)涂敷前驱液：将步骤1)制备的前驱液采用旋涂的方式涂敷到单晶基板上，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1000～1300℃烧结100～1000分钟，得到不连续的，高度在5～50nm，直径在30～200nm，颗粒密度在10～80个/μm的ZrO₂纳米点。

一种提高外加磁场下YBCO薄膜的超导性能的方法，其特征在于，在上述步骤3)制备的涂有纳米点的过渡层基板上用低氟MOD工艺制备YBCO膜。

步骤1)中采用的单晶基板有一定的预切割处理，角度分别为0～20度。

步骤2)中采用旋涂方式将前驱液涂敷到单晶基板上时，旋转涂敷的转数为2500～5000rpm，旋涂时间为40～120s。

步骤3)中所述的保护气体为H₂气、N₂气或Ar气的一种或几种的混合。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

1)本发明在沉积YBCO以前在过渡层基板的表面获得一层较薄的、不连续的岛状颗粒，使得YBCO在这些岛状颗粒附近形核时由于晶格上的匹配差从而产生一些缺陷，以此作为钉扎中心来提高外加磁场下YBCO薄膜的超导性能。

2)本发明对比其它提高YBCO的场性能的稀土元素的取代或替换法和纳米颗粒的掺杂法，在引入物的尺寸、数目和分布方面可预先控制。

3)本发明所制备的ZrO₂纳米点为不连续的；分散均匀的；高度在5～50nm，直径在30～200nm，颗粒密度在10～80个/μm。

4)本发明所制备的纳米点材料单一，技术简单。

5)本发明所制备的过渡层基板经过ZrO₂纳米点改性过的YBCO膜层的α值由没修饰过的样品的0.75改善到小于0.61。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。

附图说明