CN101419855A - 一种涂层导体用双钙钛矿型缓冲层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涂层导体用双钙钛矿型缓冲层的制备方法，制备过程为：将金属盐固体按一定摩尔比称量、混合、溶解以配制前驱液，将前驱液旋涂于YSZ和钛酸锶SrTiO3单晶基片上；将旋涂好的基片置于管式炉中，从室温以不低于5℃/分钟的升温速率加热，在400－500℃下恒温1－3小时，以形成无定形的前驱膜；然后以不低于5℃/分钟的升温速率加热，900－1100℃下恒温1－3小时，再以不低于2℃/分钟的降温速率冷却至室温，即制得双钙钛矿型缓冲层。本发明方法工艺简单、成本低，所制备的双钙钛矿型缓冲层具有很好的c轴织构、表面粗糙度小且无微裂纹和孔洞，双钙钛矿型缓冲层与涂层导体的超导层之间晶格匹配良好。

Description

一种涂层导体用双钙钛矿型缓冲层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种涂层导体用双钙钛矿型缓冲层的制备方法，具体涉及一种涂层导体用La2NiMnO6和Nd2NiMnO6两种双钙钛矿型缓冲层的制备方法。
背景技术
第二代高温超导带材即涂层导体，以其77K下优越的高场性能引起了材料科学界广泛的兴趣。涂层导体是由基带/缓冲层/超导层/保护层组成的多层结构，其中缓冲层结构与沉积技术对于发展实用化高温超导涂层导体尤为重要。
缓冲层的首要任务就是阻止基带中金属原子扩散进入超导层，同时防止由于氧的扩散导致金属基带被氧化。除化学阻隔作用外，缓冲层还应具备织构传递和减少金属基带与超导层之间的晶格不匹配的功能。目前的缓冲层材料大多选择一元或者二元简单氧化物材料，为实现缓冲层的化学阻隔和织构传递功能，通常需要叠加涂敷3-5层缓冲层，因此造成了缓冲层制备技术的复杂性。开发单一多功能复杂氧化物缓冲层就成为涂层导体技术的努力方向之一。双钙钛矿氧化物的通式可以表示为A2B′B″O6，其中A原子占据立方晶胞的顶点，B原子占据体心位置，O占据面心位置并处在氧八面体的中央位置。典型的A2B′B″O6型氧化物可以看作是由两种不同的BO6八面体规则地相间排列所构成。双钙钛矿氧化物在结构上与超导层具有很多相似性，因此双钙钛矿型缓冲层可以有效地控制超导层的取向生长，并且可以为简化缓冲层制备技术提供新的途径。
目前涂层导体缓冲层的制备方法一般采用真空物理气相沉积(PVD)和非真空化学溶液沉积(CSD)技术。PVD技术特点是容易获得高质量薄膜，而CSD技术的特点是工艺简单，可以精确地控制金属组元的配比，并且能够在复杂形状表面均匀成膜，设备成本低，容易实现连续制备。但是，利用化学溶液法制备复杂氧化物缓冲层仍然存在诸如前驱溶液稳定性较差、前驱膜预分解和成相过程不易控制等缺陷，需要发展新型缓冲层材料以及相应的制备技术。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种制备工艺简单、成本低、并适宜于规模化生产的涂层导体用La2NiMnO6和Nd2NiMnO6两种双钙钛矿型缓冲层的制备方法。该方法制备的双钙钛矿型缓冲层与涂层导体的超导层之间晶格匹配良好。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种涂层导体用双钙钛矿型缓冲层的制备方法，其特征在于制备过程为：
(1)将结晶水含量确定的有机或无机金属盐固体按照化学计量比La2NiMnO6和Nd2NiMnO6中阳离子的摩尔比为2∶1∶1的比例称取，混合后加入有机溶剂加热搅拌使所述金属盐固体全部溶解，配制成总摩尔浓度为c的稳定的前驱液，其中0.2mol/L≤c≤0.6mol/L；
(2)将步骤(1)中的前驱液旋涂于已用丙酮超声清洗过的钇稳定的氧化锆YSZ和钛酸锶SrTiO3单晶基片上，以3000转/分钟的速率旋涂30秒钟；
(3)将步骤(2)中旋涂好的基片置于管式炉中，从室温以不低于5℃/分钟的升温速率加热，在温度400-500℃下恒温1-3小时，以形成无定形的前驱膜；然后以不低于5℃/分钟的升温速率加热，在温度900-1100℃下恒温1-3小时，最后以不低于2℃/分钟的降温速率冷却至室温，即制得双钙钛矿型缓冲层。
上述步骤(1)中所述有机溶剂为冰乙酸、丙酸和醇类中的一种或它们的组合物。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明制备的双钙钛矿型缓冲层薄膜具有良好c轴织构和平整表面，有效拓展了缓冲层材料的选择范围及其制备工艺，同时也使最终缓冲层的晶粒尺寸明显减小，从而降低了表面粗糙度；本发明可实现双钙钛矿型缓冲层的低成本、大规模制备。
下面通过实施例，对本发明做进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
将La(CH3COO)3·1.5 H2O、Ni(NO3)2·6H2O、Mn(CH3COO)2·4H2O按照化学计量比La2NiMnO6中阳离子的摩尔比2:1:1的计量比称量、混合，加冰乙酸、甲醇加热搅拌20分钟使固体全部溶解，配制成总摩尔浓度为0.2mol/L的前驱液；将前驱液以3000转/分钟的速率在已用丙酮超声清洗过的YSZ(钇稳定的氧化锆)和SrTiO3(钛酸锶)单晶基片上旋涂30秒钟；将涂好的基片置于管式炉中，从室温以5℃/分钟的升温速率加热，在400℃的温度下恒温3小时，以形成无定形的前驱膜；再继续以5℃/分钟的升温速率加热，在900℃下恒温3小时，最后以2℃/分钟的降温速率冷却至室温，即制得了具有良好c轴织构和较小表面粗糙度(rms小于5nm)的La2NiMnO6缓冲层。
实施例2
将Nd(NO3)2·3H2O、Ni(NO3)2·6H2O、Mn(CH3COO)2·4H2O按照名义化学计量比Nd2NiMnO6中阳离子摩尔比2:1:1的一定的计量比称量、混合，以冰乙酸、甲醇为溶剂配制成总摩尔浓度为0.4mol/L的前驱液；将前驱液以3000转/分钟的速率旋涂在已用丙酮超声清洗过的YSZ(钇稳定的氧化锆)和SrTiO3(钛酸锶)单晶基片上30秒钟；将涂好的基片置于管式炉中，从室温以5℃/分钟的升温速率加热，在450℃的温度下恒温2小时，以形成无定形的前驱膜；再继续以5℃/分钟的升温速率加热，在1000℃下恒温2小时，最后以2℃/分钟的降温速率冷却至室温，即制得了具有良好c轴织构和较小表面粗糙度(rms小于5nm)的Nd2NiMnO6缓冲层。
实施例3
将La(CH3COO)3·1.5H2O、Ni(NO3)2·6H2O、Mn(CH3COO)2·4H2O按照化学计量比La2NiMnO6中阳离子的摩尔比2:1:1的计量比称量、混合，加冰乙酸、甲醇加热搅拌20分钟使固体全部溶解，配制成总摩尔浓度为0.6mol/L的前驱液；将前驱液以3000转/分钟的速率在已用丙酮超声清洗过的YSZ(钇稳定的氧化锆)和SrTiO3(钛酸锶)单晶基片上旋涂30秒钟；将涂好的基片置于管式炉中，从室温以5℃/分钟的升温速率加热，在500℃的温度下恒温1小时，以形成无定形的前驱膜；再继续以5℃/分钟的升温速率加热，在1100℃下恒温1小时，最后以2℃/分钟的降温速率冷却至室温，即制得了具有良好c轴织构和较小表面粗糙度(rms小于5nm)的La2NiMnO6缓冲层。
实施例4
将Nd(NO3)2·3H2O、Ni(NO3)2·6H2O、Mn(CH3COO)2·4H2O按照化学计量比Nd2NiMnO6中阳离子摩尔比2:1:1的一定的计量比称量、混合，以冰乙酸、甲醇为溶剂配制成总摩尔浓度为0.4mol/L的前驱液；将前驱液以3000转/分钟的速率在已用丙酮超声清洗过的YSZ(钇稳定的氧化锆)和SrTiO3(钛酸锶)单晶基片上旋涂30秒钟；将涂好的基片置于管式炉中，从室温以5℃/分钟的升温速率加热，在500℃的温度下恒温1小时，以形成无定形的前驱膜；再继续以5℃/分钟的升温速率加热，在1000℃下恒温2小时，最后以2℃/分钟的降温速率冷却至室温，即制得了具有良好c轴织构和较小表面粗糙度(rms小于5nm)的Nd2NiMnO6缓冲层。
以上实例制得的涂层导体中双钙钛矿型La2NiMnO6和Nd2NiMnO6缓冲层，经X射线衍射分析表明，这些缓冲层均具有很好的c轴织构，原子力显微镜(AFM)观察结果表明，这些缓冲层表面粗糙度小，且无微裂纹和孔洞。

Claims (2)

1.一种涂层导体用双钙钛矿型缓冲层的制备方法，其特征在于制备过程为：
(1)将结晶水含量确定的有机或无机金属盐固体按照化学计量比La2Ni MnO6和Nd2Ni MnO6中阳离子的摩尔比为2∶1∶1的比例称取，混合后加入有机溶剂加热搅拌使所述金属盐固体全部溶解，配制成总摩尔浓度为c的稳定的前驱液，其中0.2mol/L≤c≤0.6mol/L；
(2)将步骤(1)中的前驱液旋涂于已用丙酮超声清洗过的钇稳定的氧化锆YSZ和钛酸锶SrTiO3单晶基片上，以3000转/分钟的速率旋涂30秒钟；
(3)将步骤(2)中旋涂好的基片置于管式炉中，从室温以不低于5℃/分钟的升温速率加热，在温度400-500℃下恒温1-3小时，以形成无定形的前驱膜；然后以不低于5℃/分钟的升温速率加热，在温度900-1100℃下恒温1-3小时，最后以不低于2℃/分钟的降温速率冷却至室温，即制得双钙钛矿型缓冲层。
2.根据权利要求1所述的一种涂层导体用双钙钛矿型缓冲层的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述有机溶剂为冰乙酸、丙酸和醇类中的一种或它们的组合物。
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