[发明专利]一种涂层导体超导膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜材料技术领域，具体涉及一种涂层导体超导膜及其制备方法。

背景技术

涂层导体中超导层的晶体结构具有双轴取向特征，造成了超导层的临界电流对外场取向的依赖性，人工引入微观缺陷结构作为有效钉扎中心是提高涂层导体在磁场下的超导性能的重要途径，也是涂层导体获得实际应用的前提。在超导层引入钉扎中心的种类繁多，根据缺陷结构的形貌纬度特征可以大致分为：点钉扎、线钉扎、面钉扎和体钉扎。目前研究的热点主要集中于采用物理沉积方法或者采用化学沉积方法制备具有体钉扎（引入第二相）或者点钉扎（引入离子缺陷）的超导层。美国橡树岭国家实验室采用脉冲激光沉积方法在YBCO超导层中引入第二相BaZrO₃，发现锆酸钡在c轴方向形成了竹节状的关联缺陷，提高了超导层的临界电流密度，在c轴方向存在联合钉扎效应。另一方面，通过改变阳离子化学计量比在超导层中引入纳米点缺陷，也能形成点钉扎。日本SRL-ISTEC采用化学溶液沉积方法在YBCO超导层中引入稀土离子钐，改变钇位的化学计量比制备出Y_1-xSm_xBa₂Cu₃O_y超导层，其中形成尺寸较小的点缺陷，能够优化超导层的磁通钉扎性能。然而这些研究仅从某一特定方式引入缺陷结构方面进行研究，没有实现超导层的c轴方向与ab面内的整体钉扎，也没有实现超导层的同质外延生长。

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，提供一种涂层导体超导膜。该超导膜具有多种类型的缺陷结构，第一层引入第二相铪酸钡；第二层改变稀土离子化学计量比引入离子缺陷；第一层表面的纳米点柱状缺陷可以诱导第二层膜形成界面诱导钉扎，这些缺陷结构形成的钉扎中心提高了超导膜的性能。该超导膜以YHf_xBa_2+xCu₃O_z超导层为基础提供良好的界面，可以促进化学溶液沉积制备第二层膜的同质外延生长，获得具有双轴织构的超导膜，增加了超导膜的厚度。与传统制备的纯YBCO膜相比，本发明中的超导膜具有锐利的c轴取向，厚度达到600nm～800nm，表现出良好的超导性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种涂层导体超导膜，其特征在于，该超导膜由YHf_xBa_2+xCu₃O_z超导层和覆着于YHf_xBa_2+xCu₃O_z超导层表面的Y_0.9Gd_0.1Ba₂Cu₃O_y膜层组成，其中x为0.02～0.04。

上述的一种涂层导体超导膜，所述y为6.8～7，z=y+3x。

另外，本发明还提供了上述涂层导体超导膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、采用脉冲激光沉积法将YBCO和BaHfO₃的混合靶材沉积到铝酸镧单晶衬底或NiW/CeO₂/YSZ/CeO₂缓冲层衬底上，得到厚度为200nm～300nm的YHf_xBa_2+xCu₃O_z超导层；

步骤二、将氧化钇、氧化钆和氧化钡按Y∶Gd∶Ba=0.9∶0.1∶1.8的原子比溶解于三氟乙酸中，蒸馏得到三氟乙酸盐混合胶体；向所述三氟乙酸盐混合胶体中加入有机铜盐，将加入有机铜盐的三氟乙酸盐混合胶体溶解于乙醇和丙酸的混合溶剂中，得到金属离子浓度为2.0mol/L～2.5mol/L的前驱液；所述有机铜盐为苯甲酸铜或丙酸铜，有机铜盐的加入量为钇元素摩尔量的3.3～3.4倍；所述混合溶剂中乙醇和丙酸的体积比为（5～20）∶1；

步骤三、采用浸涂法或旋涂法将步骤二中所述前驱液涂覆于步骤一中所述YHf_xBa_2+xCu₃O_z超导层上，然后置于热解炉中进行热解反应，得到热解膜；