[发明专利]一种用于制备无裂纹YBCO液相外延膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温超导材料的制备方法，尤其涉及一种用于制备无裂纹YBCO液相外延膜的方法。

背景技术

超导体最早是在1911年的时候被发现的，它具有两个主要特性：零电阻以及完全抗磁性。这些奇特的性质使它在很多领域具有应用潜力，例如，在电力工业中用超导电缆可实现无损耗输电，超导电机可突破常规发电机的极限容量；用超导线圈制成的超导磁体不仅体积小、重量轻，而且损耗小、所需的励磁功率小，可获得强磁场。但是其极低的温度使其应用受到了极大的限制，因此研制具有较高临界温度的超导体成为热点。

临界温度在液氮温度(77K)以上的超导体被称为高温超导体。液氮温度以上的超导体的发现，使得普通的物理实验室具备了进行超导实验的条件。目前，高温超导体包括四大类：90K的稀土系、110K的铋系、125K的铊系和135K的汞系。

其中，由于YBa₂Cu₃O_x(简称YBCO、Y123、钇钡铜氧)具有高于液氮温度的超导转变温度Tc，其在低于转变温度Tc的温度环境下表现出迈斯纳效应和零电阻效应等特性。YBCO超导膜在诸如限流器、带通滤波器等超导器件方面具有许多潜在的应用。液相外延(Liquid Phase Epitaxy，LPE)被普遍认为是一种极具潜力的YBCO超导膜的制备方法。在液相外延生长YBCO超导膜的过程中，籽晶被固定在连接杆上缓慢靠近饱和溶液表面，作为唯一的形核点诱导YBCO超导膜的生长。由于LPE的生长条件接近平衡态，使用薄膜材料作为籽晶诱导生长得到的膜具有低缺陷、高平整度、高结晶性能等特点。另外，由于LPE在非真空条件下进行，因而这种方法具有制备成本低等优点。并且与一般的成膜技术相比，LPE具有较快的生长速度。

在液相外延生长REBCO超导膜时，YBCO/MgO和NGO是两种被广泛选用的种膜(籽晶)。但是，对于YBCO/MgO种膜，其MgO基板与YBCO薄膜很大的失配度；对于NGO种膜，其诱导生长的YBCO超导膜通常具有密集的裂纹，非常不利于超导器件的设计与研发。以往的液相外延方法中，由于很难获得极低的生长驱动力，在YBCO/LAO上外延出的YBCO超导膜都具有非常明显的裂纹。可见，探索用于液相外延生长无裂纹的YBCO超导膜的相关方法显得至关重要。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种液相外延生长无裂纹的YBCO超导膜的制备方法，以用于相关的器件研发。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种使用沉积于铝酸镧(LaAlO₃，LAO)基板上的YBCO薄膜作为籽晶，在空气中采用顶部籽晶提拉法液相外延生长无裂纹YBCO超导膜的方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于无裂纹YBCO液相外延膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)将BaCO₃粉末和CuO粉末进行配料，获得BaCO₃+CuO粉料，所述BaCO₃+CuO粉料中的Ba和Cu的摩尔比为0.4-0.7；

b)对BaCO₃+CuO粉料进行预处理，然后通过烧结制得Ba-Cu-O粉末；；

c)将Ba-Cu-O粉末加入到Y₂O₃材料的坩埚中加热至第一温度，并继续保温，之后获得Y-Ba-Cu-O溶液；

d)向Y-Ba-Cu-O溶液中加入30-40克步骤b)制得的Ba-Cu-O粉末，并在第一温度继续保温，之后将所得的Y-Ba-Cu-O溶液冷却至第二温度；

e)使用YBCO/LAO薄膜作为籽晶，将YBCO/LAO薄膜垂直插入步骤d)冷却所得的Y-Ba-Cu-O溶液，采用顶部籽晶提拉法液相外延生长YBCO超导膜。

进一步地，步骤b)的预处理包括以下工序：

(i)对BaCO₃+CuO粉料进行湿磨以获得BaCO₃+CuO浆料，湿磨时间为2-4小时；

(ii)烘干所得的BaCO₃+CuO浆料。

进一步地，工序(i)所述的湿磨时，在BaCO₃+CuO粉料中加入的液体选自无水乙醇和水中的一种。

进一步地，步骤b)的烧结为将经过所述预处理的BaCO₃+CuO粉料在890-910℃保温40-50小时。