[发明专利]溶胶凝胶法制备(00l)方向外延的Bi2212超导薄膜

说明书

本发明涉及溶胶凝胶法制备(00l)方向外延的Bi2212超导薄膜，以金属硝酸盐为原料，乙二胺四乙酸为络合剂，羟乙基纤维素为表面活性剂，以SrTiO₃(100)或MgO(100)为基底，利用溶胶凝胶法制备高纯度、低表面粗糙度的(00l)方向外延的Bi2212超导薄膜。本发明方法制备的Bi2212超导薄膜具有较高相纯度、较小表面粗糙度，无孔洞，结构致密，原料化学计量比可精确控制，膜厚度和成分均匀，而且制备工艺简单，重复性好，生产设备少，效率高，成本低，可实现大规模的工业化生产。

技术领域

本发明涉及Bi2212超导薄膜技术领域，具体涉及溶胶凝胶法制备(00l)方向外延的Bi2212超导薄膜。

背景技术

超导技术是当代凝聚态物理中最重要的研究领域之一，是当代材料科学一个十分活跃的重要前沿，同时也是21世纪具有战略意义、广泛应用和巨大发展潜力的高新技术。

Bi2212超导体具有短相干长度，强各向异性的特点，展现出较强的二维特性。这些特点使得Bi2212超导薄膜在低表面微波阻抗、各向异性特征和本征约瑟夫森结特性等方面具有独特的性质，因而在超导激光开发、本征约瑟夫森和超导微波器件等超导电子学和超导光电子学方面具有广阔的应用前景。

溶胶凝胶法是成本低廉、快速高效、适合大规模工业生产的一种简单的制备工艺。现有少量关于铋系超导材料溶液法制备的公开专利。例如，中国专利CN105047810A公开了一种在基带上涂覆铋系超导溶液，制备Bi2212、Bi(Pb)2223高温超导材料的方法；中国专利CN105845270A公开了一种在衬底上旋涂铋系超导粉悬浊液制备铋系超导厚膜的方法。在已公开的文献中，大多数Bi2212超导薄膜采用分子束外延、脉冲激光沉积等真空物理沉积的方法，这些方法需要较复杂、昂贵的真空设备，生产成本高，生产效率低，难以实现大规模的工业化生产。相对而言，溶胶凝胶法是一种可满足工业化生产需要，低成本，高效率的生产工艺，虽然其在制备Bi2212超导薄膜方面的报道较少，但其拥有广阔的发展前景。因此，利用溶胶凝胶法制备(00l)外延取向的Bi2212超导薄膜就更具有重要意义。

常规的溶胶凝胶法本身具有一些固有的缺陷，如溶胶对基底的附着力较差等问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供溶胶凝胶法制备(00l)方向外延的Bi2212超导薄膜，以金属硝酸盐为原料，乙二胺四乙酸为络合剂，羟乙基纤维素为表面活性剂，以SrTiO₃(100)或MgO(100)为基底，利用溶胶凝胶法制备高纯度、低表面粗糙度的(00l)方向外延的Bi2212超导薄膜。先以五水硝酸铋、硝酸锶、四水硝酸钙、三水硝酸铜、乙二胺四乙酸制备前驱溶液，在前驱溶液中加入表面活性剂羟乙基纤维素制得前驱溶胶，有效提高前驱溶胶对基底的浸润性，提高了成膜质量，降低了薄膜的表面粗糙度。再利用旋涂法制得前驱薄膜，最后将前驱薄膜通过两次升温得到(00l)方向外延的Bi2212薄膜。

具体技术方案如下：

溶胶凝胶法制备(00l)方向外延的Bi2212超导薄膜，以金属硝酸盐为原料，以乙二胺四乙酸为络合剂，以羟乙基纤维素为表面活性剂，以SrTiO₃(100)或MgO(100)为基底，采用溶胶凝胶法制备(00l)方向外延的Bi2212超导薄膜，包括以下步骤：

(1)制备前驱溶液：按一定比例称取五水硝酸铋、硝酸锶、四水硝酸钙、三水硝酸铜、乙二胺四乙酸，将五水硝酸铋溶于27～31％的硝酸中，配成第一溶液；将硝酸锶、四水硝酸钙、三水硝酸铜溶于去离子水中，配成第二溶液；将乙二胺四乙酸溶于25～28％的氨水中，配成第三溶液；将第一溶液与第二溶液均匀混合后，缓慢滴加第三溶液，并用氨水调剂pH值在6～7之间，获得前驱溶液；

(2)制备前驱溶胶：向上述前驱溶液中加入羟乙基纤维素溶液，于室温搅拌5～8小时，得到第一溶胶，再将第一溶胶在80～100℃搅拌加热20～40分钟，得到前驱溶胶；