CN101597162B - 一种Gd掺杂CeO2过渡层薄膜及其制备方法 - Google Patents
一种Gd掺杂CeO2过渡层薄膜及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101597162B CN101597162B CN2009100885288A CN200910088528A CN101597162B CN 101597162 B CN101597162 B CN 101597162B CN 2009100885288 A CN2009100885288 A CN 2009100885288A CN 200910088528 A CN200910088528 A CN 200910088528A CN 101597162 B CN101597162 B CN 101597162B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- transition layer
- film
- layer film
- preparation
- precursor liquid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
一种Gd掺杂CeO2过渡层薄膜及其制备方法属于高温超导材料制备技术领域。本发明所提供的Gd掺杂CeO2过渡层薄膜由Ce1-xGdxO2复合氧化物固溶体组成，其中，0.1≤x≤0.5；过渡层薄膜的厚度为30～250nm。本发明通过以醋酸铈为前驱盐，以醋酸钆为钆源，采用化学溶液方法制备前驱液后，经过旋涂或者浸涂的方法将前驱液涂敷到金属基带上，再经过热处理工艺制得Gd掺杂CeO2过渡层薄膜。本发明具有制备工艺简单，成本低，所得薄膜厚度大而且没有裂纹，同时薄膜可以外延基底的织构，表面平整致密，起到隔离超导层与基底材料之间相互反应的作用等优点。
Description
技术领域
本发明属于高温超导材料制备技术领域，具体涉及高温超导涂层导体过渡层的制备技术。
背景技术
以YBCO为主的稀土类钡铜氧化物第二代涂层超导体，由于具有高的不可逆场，高的载流能力、低的交流损失，潜在的价格优势，早在上世纪80年代末就被预测将有非常广泛的应用前景。但是由于YBCO材料本征的特点：在制备过程中需引入充足的氧气使其转化为超导相；临界电流密度强烈地依赖晶界夹角；与大多数金属材料都会发生化学反应，导致其很难象第一代Bi系超导材料那样采用粉末套管法(PIT)制备成高性能的超导线带材。经过科学家们多年的研究发现将YBCO薄膜涂覆于带有过渡层的织构金属基带上是制备YBCO涂层超导线带材以实现其应用的唯一可行之路。
作为涂层导体多层结构中的过渡层部分起着承上启下的关键作用：阻止金属基板与超导层间的扩散反应；防止金属基底被氧化；改善基底与超导层间的晶格匹配；传递金属基带的“取向”外延生长获得双轴织构的YBCO薄膜。基于这样的作用，要求过渡层材料具有高度稳定的化学和物理性质，与基底或超导层间良好的晶格匹配程度，与基底和超导层元素有良好的兼容性，有较小的热膨胀系数，较强的抗氧化性，具有良好的导电性，提高涂层超导带材的工程临界电流密度(Je)的同时，在失超时也能够承担一部分电流，保护超导薄膜不被破坏。然而很难有一种材料能够同时符合过渡层所有的要求，通常都是将几种材料组合在一起作为涂层导体的过渡层材料，目前比较成熟的结构是：CeO2/YSZ/Y2O3。但是，这三层过渡层目前均是采用物理沉积技术制备的，该方法不仅制备过程复杂、缓慢，而且制备成本也非常高，不利于未来大规模的商业化应用。最近也有一些采用化学溶液方法制备过渡层的报道，但是所配置的前驱液体系较复杂，造成前驱液不稳定，容易出现沉淀，寿命短。
如果能开发出一种单一的过渡层材料，并采用成本低廉的化学溶液方法制备，那将会大大简化过渡层的制备过程，提高制备效率，降低制备成本，更利于推进涂层导体商业化的进程。
发明内容
本发明的目的在于解决现有涂层导体过渡层制备过程中存在的问题，提供一种工艺简单、高效，且成本低廉的Gd掺杂CeO2单一过渡层薄膜及其制备方法。
本发明所提供的一种Gd掺杂CeO2过渡层薄膜由Ce1-xGdxO2复合氧化物固溶体组成，其中，0.1≤x≤0.5；过渡层薄膜的厚度为30～250nm。
本发明通过以有机铈盐为前驱盐，以醋酸钆为钆源，采用化学溶液方法制备前驱液后，经过旋涂或者浸涂的方法将前驱液涂敷到金属基带上，再经过热处理工艺制得Gd掺杂CeO2过渡层薄膜，具体步骤如下：
1)制备前驱液：将醋酸铈和醋酸钆，按铈离子与钆离子的摩尔比为1-x∶x，其中，0.1≤x≤0.5，铈离子与钆离子的总浓度为0.1～1.0mol/L，溶解到正丙酸中，得到前驱液；
2)涂敷前驱液：将步骤1)制备的前驱液采用旋涂或者浸涂的方式涂敷到金属基带上，得到前驱膜；
3)高温烧结：在通保护气体的条件下，将前驱膜于950～1200℃烧结15～120分钟，得到厚度为30～70nm的Gd掺杂CeO2过渡层薄膜；
4)重复步骤2)中的涂敷前驱液和步骤3)中的高温烧结操作0～4次时，得到厚度为30～250nm的Gd掺杂CeO2过渡层薄膜。
步骤2)中采用旋涂方式将前驱液涂敷到金属基带上时，旋转涂敷的转数为2000～5000rpm，旋涂时间为30～120s。步骤2)中采用浸涂方式将前驱液涂敷到金属基带上时，垂直提拉金属基带的速度为10～150毫米/分钟。
步骤3)中所述的保护气体为H2气、N2气或Ar气的一种或几种的混合。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
1)本发明以醋酸盐为前驱盐，丙酸为溶剂配置前驱液，相比采用其他前驱盐和溶剂的方法，不仅采用的化学药品廉价易得，而且配置的前驱液非常稳定，在空气条件下保存数月都不出现沉淀，前驱液寿命长，可长期重复使用，制备工艺简单，成本低廉。
2)本发明所制备的Gd掺杂CeO2过渡层薄膜的厚度可以达到30～250nm，但薄膜中没有出现裂纹，同时该种薄膜可以外延基底的织构，表面平整致密，起到隔离超导层与基底材料之间相互反应的作用。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
附图说明
图1、实施例1中的NiW金属基带的(111)面phi扫描。
图2、实施例1中制备的Ce0.9Gd0.1O2单层过渡层薄膜的(111)面phi扫描。
图3、实施例2中制备的Ce0.8Gd0.2O2单层过渡层薄膜的AFM照片。
图4、实施例3中制备的Ce0.5Gd0.5O2五层过渡层薄膜的XRD图谱。
图5、实施例4中制备的Ce0.8Gd0.2O2单层过渡层薄膜的(200)面摇摆曲线。
图6、实施例4中制备的Ce0.8Gd0.2O2单层过渡层薄膜的(111)面phi扫描。
图7、实施例5中制备的Ce0.7Gd0.3O2单层过渡层薄膜的XRD图谱。
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行具体的描述。
具体实施方法
实施例1
1)将醋酸铈和醋酸钆按铈离子与钆离子的摩尔比为0.9∶0.1，铈离子与钆离子的总浓度为0.1mol/L，加入正丙酸中加热搅拌至溶解，得到前驱液；
2)将前驱液用旋涂法涂敷到NiW金属基带上，转数为2000rpm，时间为30s，得到前驱膜；
3)在H2气保护条件下，将前驱膜于950℃烧结120分钟，得到得到30nm厚的具有立方织构的Ce0.9Gd0.1O2单层过渡层薄膜。
图1为所用NiW合金基带(111)面phi扫描图，图2为Ce0.9Gd0.1O2过渡层薄膜的(111)面phi扫描图，其FWHM(半高宽度)为6.22，比NiW基带的FWHM小0.81，表明Ce0.9Gd0.1O2过渡层薄膜不仅外延了NiW合金基带的立方织构，而且织构比金属基带有所改善。
实施例2
1)将醋酸铈和醋酸钆按铈离子与钆离子的摩尔比为0.8∶0.2，铈离子与钆离子的总浓度为0.4mol/L，加入到正丙酸中加热搅拌至溶解，得到前驱液；
2)将前驱液用旋涂法涂敷到NiW金属基带上，转数为5000rpm，时间为120s，得到前驱膜；
3)在H2与Ar的混合(H2与Ar的体积百分比分别为5％和95％)气保护条件下，将前驱膜于1200℃烧结15分钟，得到60nm厚的具有立方织构的Ce0.8Gd0.2O2单层过渡层薄膜。
Ce0.8Gd0.2O2单层过渡层薄膜的表面形貌如图3所示，由此AFM照片可见过渡层表面平整致密，晶粒细小均匀，没有裂纹。
实施例3
1)将醋酸铈和醋酸钆按铈离子与钆离子的摩尔比为0.5∶0.5，铈离子与钆离子的总浓度为0.3mol/L，加入到正丙酸中加热搅拌至溶解，得到前驱液；
2)将前驱液用浸渍法涂敷到NiW金属基带上，提拉NiW金属基带的速度为150毫米/分钟，得到前驱膜；
3)在N2气保护条件下，将前驱膜于1150℃烧结60分钟，得到50nm厚的具有立方织构的Ce0.5Gd0.5O2单层过渡层薄膜；
4)多层涂敷：重复进行步骤2)和3)4次，得到厚度为250nm的Ce0.5Gd0.5O25层过渡层薄膜。
Ce0.5Gd0.5O2五层过渡层薄膜的XRD图谱如图4所示，由图可见，薄膜中没有杂质相生成，薄膜成分单一。
实施例4
1)将醋酸铈和醋酸钆按铈离子与钆离子的摩尔比为0.8∶0.2，铈离子与钆离子的总浓度为0.4mol/L，加入到正丙酸中加热搅拌至溶解，得到前驱液；
2)将前驱液用旋涂法涂敷到NiW金属基带上，转数为4000rpm，时间为60s，得到前驱膜；
3)在Ar气保护条件下，将前驱膜于1100℃烧结60分钟，得到厚度为60nm的具有立方织构的Ce0.8Gd0.2O2单层过渡层薄膜。
图5为Ce0.8Gd0.2O2单层过渡层薄膜的(200)面的摇摆曲线，图6为Ce0.8Gd0.2O2单层过渡层薄膜的(111)面phi扫描图，其FWHM分别为4.18和6.19，表明过渡层具有锐利的面外和面外双轴取向。
实施例5
1)将醋酸铈和醋酸钆按铈离子与钆离子的摩尔比为0.7∶0.3，铈离子与钆离子的总浓度为1.0mol/L，加入到正丙酸中加热搅拌至溶解，得到前驱液；
2)将前驱液用浸涂法涂敷到NiW金属基带上，提拉NiW金属基带的速度10毫米/分钟，得到前驱膜；
3)在N2与H2的混合(N2与H2的体积百分比分别为95％和5％)气条件下，将前驱膜于1000℃烧结90分钟，得到厚度为100nm的具有立方织构的Ce0.7Gd0.3O2单层过渡层薄膜。
Ce0.7Gd0.3O2单层过渡层薄膜的XRD图谱如图7所示，由图可见，薄膜中没有杂质相生成，薄膜成分单一。
Claims (4)
1.一种Gd掺杂CeO2过渡层薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备前驱液：将醋酸铈和醋酸钆，按铈离子与钆离子的摩尔比为1-x∶x，其中，0.1≤x≤0.5，铈离子与钆离子的总浓度为0.1～1.0mol/L，溶解到正丙酸中，得到前驱液；
2)涂敷前驱液：将步骤1)制备的前驱液采用旋涂或者浸涂的方式涂敷到金属基带上，得到前驱膜；
3)高温烧结：在通保护气体的条件下，将前驱膜于950～1200℃烧结15～120分钟，得到厚度为30～70nm的Gd掺杂CeO2过渡层薄膜；
4)重复步骤2)中的涂敷前驱液和步骤3)中的高温烧结操作0～4次，得到厚度为30～250nm的Gd掺杂CeO2过渡层薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中采用旋涂方式将前驱液涂敷到金属基带上时，旋转涂敷的转数为2000～5000rpm，旋涂时间为30～120s。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中采用浸涂方式将前驱液涂敷到金属基带上时，垂直提拉金属基带的速度为10～150毫米/分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中所述的保护气体为H2气、N2气或Ar气的一种或几种的混合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100885288A CN101597162B (zh) | 2009-07-03 | 2009-07-03 | 一种Gd掺杂CeO2过渡层薄膜及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2009100885288A CN101597162B (zh) | 2009-07-03 | 2009-07-03 | 一种Gd掺杂CeO2过渡层薄膜及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101597162A CN101597162A (zh) | 2009-12-09 |
| CN101597162B true CN101597162B (zh) | 2011-11-16 |
Family
ID=41418787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2009100885288A Expired - Fee Related CN101597162B (zh) | 2009-07-03 | 2009-07-03 | 一种Gd掺杂CeO2过渡层薄膜及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101597162B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102173801B (zh) * | 2011-01-20 | 2012-10-31 | 北京工业大学 | 一种Ta掺杂的CeO2过渡层薄膜及其制备方法 |
| CN102603298B (zh) * | 2012-03-21 | 2013-09-11 | 北京科技大学 | 一种高透氧率双相致密透氧材料的制备方法 |
| CN103498140B (zh) * | 2013-09-16 | 2015-08-26 | 西北有色金属研究院 | 一种纳米银掺杂氧化铈涂层的制备方法 |
| CN105063578B (zh) * | 2015-08-14 | 2018-02-13 | 西北有色金属研究院 | 一种双离子掺杂氧化铈缓冲层及其制备方法 |
| CN113684511B (zh) * | 2021-09-23 | 2022-08-16 | 中国计量大学 | 一种高温自修复涂层的电化学制备方法及其产品 |
-
2009
- 2009-07-03 CN CN2009100885288A patent/CN101597162B/zh not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| L. Chen et al..Electrical properties of a highly oriented, textured thin film of the ionic conductor Gd:CeO2- |
| L. Chen et al..Electrical properties of a highly oriented, textured thin film of the ionic conductor Gd:CeO2-on(001)MgO.《APPLIED PHYSICS LETTERS》.2003,第83卷(第23期),4737-4739. * |
| on(001)MgO.《APPLIED PHYSICS LETTERS》.2003,第83卷(第23期),4737-4739. |
| Toshio Suzuki et al..Microstructure–electrical conductivity relationships in nanocrystalline ceria thin films.《Solid State Ionics》.2002,第151卷111-121. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101597162A (zh) | 2009-12-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101597162B (zh) | 一种Gd掺杂CeO2过渡层薄膜及其制备方法 | |
| CN1719553A (zh) | 一种高温超导覆膜导体及其制备方法 | |
| CN101333655A (zh) | 高温超导涂层导体La2Zr2O7缓冲层薄膜制备工艺 | |
| CN102875141B (zh) | 一种Nb掺杂的YBCO超导薄膜及制备方法 | |
| CN101320604B (zh) | 一种SrZrO3掺杂的YBCO薄膜及其制备方法 | |
| US7683010B2 (en) | Doped LZO buffer layers for laminated conductors | |
| CN102931338B (zh) | 一种具有多层复合结构的ybco超导膜及其制备方法 | |
| CN102173820B (zh) | 一种ybco高温超导厚膜的制备方法 | |
| CN106242553B (zh) | 一种高温超导rebco薄膜的制备方法 | |
| CN101624286B (zh) | 一种La掺杂CeO2过渡层薄膜及其制备方法 | |
| CN101178954A (zh) | 一种导电型阻隔层LaNiO3的制备方法 | |
| CN101178955B (zh) | 提高涂层导体用CeO2薄膜厚度的方法 | |
| CN101219896B (zh) | 一种Zr掺杂CeO2过渡层薄膜及其制备方法 | |
| CN101188152B (zh) | 涂层导体用CeO2薄膜的制备方法 | |
| CN105198401B (zh) | 一种双错配多元掺杂的复合ybco薄膜的制备方法 | |
| CN104928660B (zh) | 超导涂层用YxCe1‑xO2/La2Zr2O7复合过渡层薄膜的制备方法 | |
| CN102173801B (zh) | 一种Ta掺杂的CeO2过渡层薄膜及其制备方法 | |
| CN105272203A (zh) | 一种LaAlO3掺杂的复合YBCO薄膜的制备方法 | |
| CN202871869U (zh) | 一种具有多层复合结构的ybco超导膜 | |
| CN102690114B (zh) | 一种ybco超导复合膜的制备方法 | |
| CN102299251B (zh) | 一种钙钛矿型缓冲层的制备方法 | |
| CN105063578B (zh) | 一种双离子掺杂氧化铈缓冲层及其制备方法 | |
| CN103274682B (zh) | 一种高温超导薄膜的制备方法 | |
| CN102157675B (zh) | 一种制备高温超导涂层导体BaZrO3缓冲层薄膜的方法 | |
| AU2021102202A4 (en) | Multilayer structure for high-temperature superconductor-coated conductors and method for preparing thick films |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111116 Termination date: 20160703 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |