[发明专利]一种制备钇钡铜氧高温超导膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温超导薄膜的制备方法，特别涉及一种YBCO超导薄膜的制备方法。

背景技术

在众多的超导材料中，NbTi，Nb₃Sn，Bi-2223，YBCO和MgB₂是可能大规模应用的五种超导材料。在这五种超导材料中，只有Bi-2223和YBCO的临界转变温度高于液氮温区，属于高温超导材料。而Bi-2223在77K的不可逆场H*(77K)只有约0.2T，远远小于77K的上临界场H_c2(77K)(垂直于超导层Hc₂的量级为50T)，这样小的不可逆场就阻碍了Bi-2223在77K的应用。而YBCO在77K的不可逆场H*(77K)约为3-5T，远高于Bi-2223的不可逆场，是目前在液氮温区强磁场下的应用环境中首选的高温超导材料。YBCO超导材料除具有高的不可逆场外，还具有低微波表面电阻的优点。YBCO高温超导薄膜的微波表面电阻R_S比常规金属铜材料小几个数量级。用它制成的无源微波器件具有极低的插入损耗和极高的品质因子等优点。与正常导体相比，高温超导薄膜器件的性能成数量级地提高，而体积也相应地大大减小。高温超导薄膜器件的磁场穿透深度与频率无关，可以用来构造无色散的传输结构，设计出利用正常导体难以得到的器件。

YBCO薄膜的应用在很大程度上取决于薄膜的制备技术。因此，寻找合适的制备高质量的YBCO薄膜的方法是超导领域研究的热点。在包括脉冲激光沉积法、溅射法、多元共蒸发法和金属有机化学气相沉积法等多种制备YBCO薄膜的方法中，三氟乙酸盐-金属有机沉积法(TFA-MOD)是具有很多优点。与磁控溅射、金属有机化学气相沉积和脉冲激光沉积制备YBCO薄膜需要使用昂贵的真空系统相比，TFA-MOD法制备YBCO薄膜不需要真空设备，因此该法制备YBCO薄膜成本比较低。它还具有沉积速率高，成份容易控制，在复杂形状表面制备高质量的薄膜等优点。然而传统的TFA-MOD法在制备YBCO薄膜过程中会释放出腐蚀性HF气体，造成环境污染。为解决该问题，国内外科学家都在积极研究采用无氟的前驱液以替代目前的溶液。中国专利CN 1931786A通过无氟的甲酸前驱液成功制备了YBCO薄膜，但该专利中制备的YBCO薄膜只有其临界转变温度曲线，缺少评价YBCO薄膜一个非常重要的参数——临界电流密度的测量。

发明内容

本发明的目的是克服现有TFA-MOD方法制备的YBCO超导薄膜过程中释放HF腐蚀性气体的缺点，提供一种环保友好的制备YBCO超导薄膜的方法。

本发明采用无氟的金属有机盐前驱液制备YBCO超导薄膜。本发明采用乙酸钇、乙酸钡和乙酸铜，按照比例混合搅拌均匀后添加适量的甲醇和松油醇。真空蒸干后加入三乙醇胺和松油醇，随后加入适量的氨水得到碱性的前驱液。将前驱液涂覆在基片上，经过低温热处理、高温烧结和吸氧处理得到具有超导性能的YBCO薄膜。在整个制备过程中没有HF气体排放到空气中。

本发明的具体步骤顺序如下：

(1)按照Y∶Ba∶Cu＝1∶2∶3的摩尔比把Y(CH₃COO)₃、Ba(CH₃COO)₂和Cu(CH₃COO)₂混合，于室温下将Y(CH₃COO)₃、Ba(CH₃COO)₂和Cu(CH₃COO)₂的混合物溶于含有10-30mol％的乙酸的去离子水中，配成乙酸盐的溶液，所述乙酸盐溶液中溶质与溶剂的摩尔比为1∶4；

(2)将步骤(1)配制的乙酸盐溶液经磁力搅拌器搅拌1-3h，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到凝胶；

(3)将所述步骤(2)制得的凝胶加入甲醇中，此步骤中的凝胶与甲醇的摩尔比为1∶50，经磁力搅拌器搅拌0.5-1.5h后，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂，以进一步去除水分等杂质，得到纯净的凝胶；

(4)将所述步骤(3)制得的凝胶加入到三乙醇胺和松油醇的混合溶液中，制成Y、Ba和Cu三种金属总离子浓度为1.5-3.0mol/L的溶液，所述的三乙醇胺和松油醇的体积比为3∶1；

(5)将所述步骤(4)配制的溶液中添加氨水，调节溶液的pH为5-7，制备成前驱液；

(6)将上述步骤(5)制成的所述前驱液采用旋涂或提拉方法涂覆在基片上；