[发明专利]一种促进镝钡铜氧超导膜外延生长的方法

说明书

一种促进镝钡铜氧超导膜外延生长的方法，其操作主要是：在镝钡铜氧的前驱溶液中掺入微量钴离子；将掺入微量钴离子的前驱溶液溶液涂覆于基片，热分解后形成镝钡铜氧非晶前驱膜；该非晶前驱膜在740‑750℃、55‑65分钟的条件下，或者800‑805℃、10‑30分钟的条件下，完成外延生长成相；最后通过低温氧气退火处理形成具有正交晶体结构的镝钡铜氧超导膜。获得的镝钡铜氧超导膜具有优异的织构、平整致密的微结构和高临界电流密度。该方法的外延生长成相的温度低或时间短，其制备成本低、制备效率高，有利于镝钡铜氧超导材料的批量化生产和规模化应用。且其制得的镝钡铜氧超导膜具有优异的织构、平整致密的微结构和高临界电流密度。

技术领域

本发明涉及涉及一种促进镝钡铜氧超导膜外延生长的方法。

背景技术

镝钡铜氧(DyBCO，DyBa₂Cu₃O_7-δ)涂层导体在传输电缆、变压器、磁体、超导储能装置等领域有着广泛的应用潜力。德国涂层导体生产厂家THEVA采用反应电子束共蒸发(RCE)方法在倾斜基底上制备的镝钡铜氧涂层导体成功突破了厚度效应，临界电流超过1000A/cm。

相比于昂贵的真空方法，金属有机物沉积(MOD)法作为一种制备DyBCO涂层导体的化学方法，具有成本低廉、易于操作的优势，更适合大规模工业化生产。三氟醋酸盐金属有机物沉积(TFA-MOD)法是一种典型的金属有机物沉积法，这种方法可以制备具有良好织构和高临界电流密度(J_c)的镝钡铜氧超导膜，目前已经被广泛地研究并被应用于工业生产。但由于该方法本身的特点，难以避免在成相热处理阶段产生毒性气体HF，这不仅对环境有潜在的危害，同时排氟设施的设计和制造也增加了镝钡铜氧薄膜的制备成本，制约了TFA-MOD方法的进一步发展。与此相比，无氟金属有机物沉积(FF-MOD)法具有制备过程相对简单、成相速度快且环境友好的特点，近年来持续受到人们的关注。但该方法制备织构的DyBCO膜的烧结温度普遍在800℃左右，烧结时间普遍在60分钟以上。如此长时间、高温度的烧结热处理，一方面会造成涂层导体中介质层与DyBCO超导层之间的元素扩散，导致超导性能恶化。另一方面也导致其制备成本高、制备效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种促进镝钡铜氧超导膜外延生长的方法。该方法的制备成本低、制备效率高，且制得的镝钡铜氧超导膜的性能好，临界电流密度大。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种促进镝钡铜氧超导膜外延生长的方法，其步骤是：

a、前驱溶液制备：将乙酸镝或乙酰丙酮镝、乙酸钡或乙酰丙酮钡、乙酸铜或乙酰丙酮铜和乙酸钴或乙酰丙酮钴，按镝:钡:铜：氧:钴的化学计量比1:2:3-X:X，0.0008≤X≤0.05的比例,溶解于丙酸中，得前驱溶液；

b、涂敷及干燥：将a步的前驱溶液涂敷于基片上，干燥后在基片上形成薄膜；

c、非晶前驱膜的制备：将b步的带薄膜的基片进行分解热处理得到非晶前驱膜；

d、外延生长成相：

将非晶前驱膜在740-750℃，干燥的氩氧混合气氛中外延生长成相55-65分钟得到织构的镝钡铜氧相薄膜。

或者，将非晶前驱膜在800-805℃，干燥的氩氧混合气氛中外延生长成相10-30分钟，得到织构的镝钡铜氧相薄膜；

e、退火处理：将d步的织构的镝钡铜氧相在氧气氛中进行退火处理，得到具有正交晶体结构的镝钡铜氧超导膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明方法在前驱溶液中掺入了微量Co离子。申请人发现，化学计量比为0.0008—0.05的Co离子掺杂，可有效地促进DyBCO前驱膜晶粒的外延生长，具体体现在两方面：