[发明专利]一种钐掺杂的钇钡铜氧超导薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜材料技术领域，具体涉及一种钐掺杂的钇钡铜氧超导薄膜及其制备方法。

背景技术

鉴于高温超导材料在大电流(强电应用)、电子学(弱电应用)和抗磁性方面的诱人应用前景，于相对廉价的液氮温区研究实用化的超导材料一直是国内外许多研究小组努力的方向。随着实验室研究的不断深入，实用化的YBCO高温超导材料即将呼之欲出，然而要真正达到实用化，急需突破涂层导体进入商业应用的超导性能阈值，即临界电流密度(J_c)、临界电流(I_c)性能的显著提高。目前，人们采用金属有机沉积法(MOD)制备的YBCO薄膜的J_c在自场条件下高达11.4MA/cm²，通过改变旋涂参数、前驱溶液浓度及涂覆热解次数制备出的多层YBCO厚膜具备在自场条件下也有很高的载流能力，即I_c高达735A/cm-Width。但是将超导材料YBCO薄膜置于高场条件下，YBCO薄膜的J_c却急剧下降，而提高磁场环境中YBCO薄膜的J_c的重要方法就是在高温超导薄膜中引入有效的钉扎中心，以减少磁通蠕动所产生的能量损耗，改善超导材料的临界电流密度-磁场(J_c-B)特性。目前，人们主要通过引入纳米氧化物颗粒(Y₂O₃、CeO₂等)、第二相材料(Y211、BaZrO₃等)及元素掺杂替代或者各种离子辐照引入适当尺寸的缺陷，达到提高性能，降低成本的目的。而上述钉扎中心的引入大多采用物理气相沉积(PVD)的方法，该方法往往需要真空环境，且沉积效率低下，成本较高，不太适合大规模工业化生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种具有良好的c-轴织构，良好的面内面外织构，表面光滑平整，无宏观的裂纹和孔洞，晶粒尺寸基本保持一致的钐掺杂的钇钡铜氧超导薄膜。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钐掺杂的钇钡铜氧超导薄膜，其特征在于，该超导薄膜的化学组成为YSm_xBa_2-xCu₃O_y，其中0＜x≤0.5。

上述的一种钐掺杂的钇钡铜氧超导薄膜，所述y为6.5～7.0；y值不具备可控性，现有条件也很难测试出薄膜中氧的具体含量，因此一般用y来代替，本领域通常默认y为6.5～7.0。

本发明还提供了该薄膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、前驱液的制备：

101、将醋酸钇、醋酸钐、醋酸钡和醋酸铜按照钇∶钐∶钡∶铜＝1∶x∶(2-x)∶3的原子比加入去离子水中，得到悬浊液，其中0＜x≤0.5；

102、按照三氟乙酸与醋酸钇、醋酸钐、醋酸钡和醋酸铜反应的化学计量比，向101中所述混合溶液中加入体积过量30％的三氟乙酸，搅拌均匀后于80℃回流6h～8h，得到蓝色澄清溶液；反应式如下：

R(CH₃COO)_n+nCF₃COOH＝R(CF₃COO)_n+nCH₃COOH

其中R为Y、Ba、Cu或Sm；当R为Y或Sm时，n＝3；当R为Cu或Ba时，n＝2；

103、将102中所述蓝色澄清溶液在温度为80℃～100℃的条件下旋转蒸发浓缩，得到蓝色透明的胶状物质，然后用无水甲醇或无水乙醇将胶状物质反复抽滤浓缩3～5次，最后用无水甲醇溶解，得到总阳离子浓度为1.0mol/L～2.0mol/L的前马区液；

步骤二、涂覆：在环境湿度不大于40％，温度不高于25℃的条件下，采用旋涂法将103中所述前驱液均匀涂覆于基底上，然后将涂覆有前驱液的基底在温度为100℃～110℃的条件下真空干燥1h～2h；

步骤三、热解：将步骤二中经真空干燥后的基底置于管式炉中进行热解；所述热解的过程为：以175℃/h的升温速率将炉内温度从室温升至200℃，然后以3℃/h～6℃/h的升温速率将炉内温度升至260℃，接着以30℃/h的升温速率将炉内温度升至310℃，再以270℃/h的升温速率将炉内温度升至400℃，最后在氧气气氛中随炉冷却，得到前驱膜；