CN104134495A - 一种涂层导体超导层的室温电化学氧化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高温超导涂层导体超导层的室温退火氧化方法，大大降低能源消耗、节约成本并提高生产效率。采用电化学氧化的方法，以碱溶液或者NaClO溶液为电解液，通过阳极氧化的手段向涂层导体超导层渗氧，使其转变为超导相从而获得涂层导体。先对涂层导体超导层进行清洁处理；然后以NaOH、KOH溶液或者NaClO溶液为电解液，涂层导体超导层为工作电极，以饱和甘汞电极为参比电极，铂丝作对电极，对涂层导体超导层进行阳极氧化，其中电解液的浓度为1-5mol/L，阳极氧化电流为10-50mA，阳极氧化时间为5-30分钟，从而得到涂层导体。该方法在室温进行，无需氩气、氧气气氛，渗氧速度快。

Description

一种涂层导体超导层的室温电化学氧化方法
技术领域
本发明涉及高温超导涂层导体超导层制备技术领域，尤其涉及一种高温超导涂层导体超导层的室温电化学氧化方法。
背景技术
当前，电力供应日趋紧张，然而大量电能却被浪费在传统电缆上。据统计，我国电网的电能损耗约占总发电量的8-10％，其中90％左右是由电缆损耗的，相当于2－3个三峡电站的发电量。如果使用超导带材，不仅这些损耗完全可以避免，而且可以节约大量的金属材料。
基于钇钡铜氧(YBCO)体系的超导带材被称为第二代高温超导带材，它拥有高的上临界磁场、高临界电流密度Jc、低交流损耗等优点。与第一代Bi系高温超导带材相比有高的不可逆场，在高场下仍能保持高的临界电流密度，因此成为了当今超导带材研究的热点。此外，由于采用廉价的金属作为基带，其成本大大降低。
目前制备第二代Y系高温超导带材的主要方法是涂层导体的方法。涂层导体的最底层为金属基带层，由于Y系超导材料是硬、脆的氧化物，要制造长的超导带材，必须将超导材料沉积在柔性的金属基带上。为了避免超导层与金属基带之间的互扩散，并提供具有高临界电流密度的YBCO双轴织构生长所需的模板，需要在超导层与金属基带之间加入过渡层。过渡层一般是由单层或多层氧化物组成，其作用主要为:一，阻止基带与超导层之间会产生互扩散，这种互扩散会严重影响带材的超导性能；二，要在过渡层上实现高Jc的超导层，需要过渡层具有连续、平整、无裂纹、致密，高温下化学性能稳定的表面；三，为了克服大角晶界间的弱连接以获得Jc的超导带材，过渡层需将基带的双轴织构顺延到超导层。超导层之上是稳定层，一般是Ag或者Au，厚度为约为1μm。除了保护超导层表面不被破坏以外，还起着与引线的连接以及失超保护作用。
目前涂层导体的超导层主要通过真空或者化学方法生长ReBCO(Re＝Y、Dy、Sm、Gd)薄膜而得到。无论是真空或者化学方法生长的超导层都需要通过退火氧化的方法渗氧，使其转变为超导相，从而得到涂层导体。目前渗氧方法均需要氩气/氧气气氛下在一定温度(如500-800度)较长时间退火氧化，这需要消耗大量的能源且效率不高。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明采用以下技术方案：
一种高温超导涂层导体超导层的室温电化学氧化方法，其步骤如下：
步骤一：对涂层导体超导层进行清洁处理；
步骤二：以碱溶液或者NaClO溶液为电解液，涂层导体超导层为工作电极，以饱和甘汞电极为参比电极，铂片作对电极，对涂层导体超导层进行阳极氧化，使其转变为超导相，从而得到涂层导体。
所述超导层为ReBCO超导薄膜，ReBCO超导薄膜为YBCO、DyBCO、SmBCO或GdBCO中任一种。
在所述的步骤一中对涂层导体超导层进行清洁处理，依顺序采用99.99％的丙酮、酒精以及去离子水进行超声处理，要求清洁处理的表面不留水迹、污渍。
在所述步骤二中，所述电解液为KOH、NaOH或者NaClO水溶液任一种。
在所述步骤二中，所述电解液的浓度为1-5mol/L。
在所述步骤二中，所述阳极氧化电流为10-50mA。
在所述步骤二中，所述阳极氧化时间为5-30分钟。
本发明其优点在于：电化学氧化在室温进行，无需高温退火渗氧，大大节约能源，降低生产成本；电化学氧化无需氩气、氧气气氛，降低成本并简化生产工艺；电化学氧化渗氧速度快，节省时间，提高生产效率。
附图说明
图1是利用本发明的方法，利用电化学氧化得到的厚度为0.2μm的涂层导体YBCO超导层的电阻曲线。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种高温超导涂层导体超导层的室温退火氧化方法，大大降低能源消耗、节约成本并提高生产效率。采用电化学氧化的方法，以碱溶液或者NaClO溶液为电解液，通过阳极氧化的手段向涂层导体超导层渗氧，使其转变为超导相从而获得涂层导体。一种高温超导涂层导体超导层的室温电化学氧化方法，其步骤如下：
步骤一：对涂层导体超导层进行清洁处理；
步骤二：以碱溶液或者NaClO溶液为电解液，涂层导体超导层为工作电极，以饱和甘汞电极为参比电极，铂片作对电极，对涂层导体超导层进行阳极氧化，使其转变为超导相，从而得到涂层导体。
所述超导层为ReBCO超导薄膜，ReBCO超导薄膜包括YBCO、DyBCO、SmBCO、GdBCO。
在所述的步骤一中对涂层导体超导层进行清洁处理，依顺序采用99.99％的丙酮、酒精以及去离子水进行超声处理，要求清洁处理的表面不留水迹、污渍。
在所述步骤二中，所述电解液为KOH、NaOH或者NaClO水溶液。
在所述步骤二中，所述电解液的浓度为1-5mol/L。
在所述步骤二中，所述阳极氧化电流为10-50mA。
在所述步骤二中，所述阳极氧化时间为5-30分钟。
以下结合电化学氧化方法，对本发明的高温超导涂层导体超导层室温电化学氧化进行详细说明。
实施例1
本实施例为高温超导涂层导体YBCO超导层室温电化学氧化,其中YBCO超导层厚度约为0.2μm。具体工艺如下：
步骤一、依顺序采用99.99％的丙酮、酒精以及去离子水对高温超导涂层导体YBCO超导层进行超声清洗；
步骤二、以NaOH溶液为电解液，其中溶液浓度为1mol/L，涂层导体YBCO超导层为工作电极，以饱和甘汞电极为参比电极，铂片作对电极，对涂层导体超导层进行阳极氧化。其中氧化电流为10mA，氧化时间为5分钟。
实施例2
本实施例为高温超导涂层导体YBCO超导层室温电化学氧化,其中YBCO超导层厚度约为0.5μm。具体工艺如下：
步骤一、重复实施例1中的步骤一；
步骤二、以NaOH溶液为电解液，其中溶液浓度为1mol/L，涂层导体YBCO超导层为工作电极，以饱和甘汞电极为参比电极，铂片作对电极，对涂层导体超导层进行阳极氧化。其中氧化电流为30mA，氧化时间为10分钟。氧化结束后得到YBCO涂层导体。
实施例3
本实施例为高温超导涂层导体YBCO超导层室温电化学氧化,其中YBCO超导层厚度约为1.0μm。具体工艺如下：
步骤一、重复实施例1中的步骤一；
步骤二、以KOH溶液为电解液，其中溶液浓度为1.5mol/L，涂层导体YBCO超导层为工作电极，以饱和甘汞电极为参比电极，铂片作对电极，对涂层导体超导层进行阳极氧化。其中氧化电流为50mA，氧化时间为20分钟。氧化结束后得到YBCO涂层导体。
实施例4
本实施例为高温超导涂层导体YBCO超导层室温电化学氧化,其中YBCO超导层厚度约为1.5μm。具体工艺如下：
步骤一、重复实施例1中的步骤一；
步骤二、以NaClO溶液为电解液，其中溶液浓度为1.5mol/L，涂层导体YBCO超导层为工作电极，以饱和甘汞电极为参比电极，铂片作对电极，对涂层导体超导层进行阳极氧化。其中氧化电流为50mA，氧化时间为30分钟。氧化结束后得到YBCO涂层导体。
实施例5
本实施例为高温超导涂层导体DyBCO超导层室温电化学氧化,其中DyBCO超导层厚度约为1.0μm。具体工艺如下：
步骤一重复实施例1中的步骤一；
步骤二以KOH溶液为电解液，其中溶液浓度为1.0mol/L，涂层导体DyBCO超导层为工作电极，以饱和甘汞电极为参比电极，铂片作对电极，对涂层导体超导层进行阳极氧化。其中氧化电流为40mA，氧化时间为20分钟。氧化结束后得到DyBCO涂层导体。
实施例6
本实施例为高温超导涂层导体SmBCO超导层室温电化学氧化,其中SmBCO超导层厚度约为1.5μm。具体工艺如下：
步骤一重复实施例1中的步骤一；
步骤二以NaOH溶液为电解液，其中溶液浓度为2.0mol/L，涂层导体SmBCO超导层为工作电极，以饱和甘汞电极为参比电极，铂片作对电极，对涂层导体超导层进行阳极氧化。其中氧化电流为30mA，氧化时间为30分钟。氧化结束后得到DyBCO涂层导体。
实施例7
本实施例为高温超导涂层导体GdBCO超导层室温电化学氧化,其中GdBCO超导层厚度约为1.0μm。具体工艺如下：
步骤一、重复实施例1中的步骤一；
步骤二、以NaOH溶液为电解液，其中溶液浓度为1.0mol/L，涂层导体GdBCO超导层为工作电极，以饱和甘汞电极为参比电极，铂片作对电极，对涂层导体超导层进行阳极氧化。其中氧化电流为40mA，氧化时间为20分钟。氧化结束后得到GdBCO涂层导体。
实施例8
本实施例为高温超导涂层导体DyBCO超导层室温电化学氧化,其中DyBCO超导层厚度约为3.0μm。具体工艺如下：
步骤一、重复实施例1中的步骤一；
步骤二、以NaOH溶液为电解液，其中溶液浓度为5.0mol/L，涂层导体GdBCO超导层为工作电极，以饱和甘汞电极为参比电极，铂片作对电极，对涂层导体超导层进行阳极氧化。其中氧化电流为50mA，氧化时间为30分钟。氧化结束后得到GdBCO涂层导体。
上述实施例1氧化结束后得到YBCO涂层导体，氧化前后的电阻曲线如图1所示，可以看出YBCO涂层导体经氧化后转变为超导相，转变温度约为89.0K。

Claims (7)

1.一种高温超导涂层导体超导层的室温电化学氧化方法，其步骤如下：
步骤一：对涂层导体超导层进行清洁处理；
步骤二：以碱溶液或者NaClO溶液为电解液，涂层导体超导层为工作电极，以饱和甘汞电极为参比电极，铂片作对电极，对涂层导体超导层进行阳极氧化，使其转变为超导相，从而得到涂层导体。
2.根据权利要求1所述的一种高温超导涂层导体超导层的室温电化学氧化方法，所述超导层为ReBCO超导薄膜，ReBCO超导薄膜为YBCO、DyBCO、SmBCO或GdBCO中任一种。
3.根据权利要求1所述的一种高温超导涂层导体超导层的室温电化学氧化方法，所述的步骤一中对涂层导体超导层进行清洁处理，依顺序采用99.99％的丙酮、酒精以及去离子水进行超声处理，要求清洁处理的表面不留水迹、污渍。
4.根据权利要求1所述的一种高温超导涂层导体超导层的室温电化学氧化方法，所述步骤二中电解液为KOH、NaOH或者NaClO水溶液任一种。
5.根据权利要求1所述的一种高温超导涂层导体超导层的室温电化学氧化方法，所述步骤二中电解液的浓度为1-5mol/L。
6.根据权利要求1所述的一种高温超导涂层导体超导层的室温电化学氧化方法，所述步骤二中阳极氧化电流为10-50mA。
7.根据权利要求1所述的一种高温超导涂层导体超导层的室温电化学氧化方法，所述步骤二中阳极氧化时间为5-30分钟。
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