CN105272203B - 一种LaAlO3掺杂的复合YBCO薄膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种LaAlO3掺杂的复合YBCO薄膜的制备方法属于高温超导材料制备领域。本发明通过以有机镧盐和铝盐为前驱盐，采用化学溶液方法制备前驱液后，经过旋涂的方法将前驱液涂敷到LAO单晶基板上，再经过热处理工艺在单晶表面复合薄膜，本发明所提供的LAO掺杂的复合薄膜，其掺杂相LAO可与YBCO共格界面，引入钉扎缺陷的同时，保证了YBCO结构不被破坏。本发明制无需外加溶剂，体系简单，经济节约，烧结工艺时间较短，形成LAO相同时保证YBCO的外延生长不被阻碍。本发明所制备的复合薄膜5％LAO掺杂样品自场下Je约为纯YBCO薄膜的3倍，外场下77K，1.5T下约为纯YBCO薄膜的6倍。

Description

一种LaAlO3掺杂的复合YBCO薄膜的制备方法
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纳米颗粒掺杂的复合薄膜的制备技术。
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。但是超导材料大都应用于外加磁场的环境下，而其工程临界电流密度(Je)又是随着外加磁场的增加而急剧下降的。其中磁场与Je存在一定的关系：Je＝H－α。α值表示Je在外加磁场下的下降趋势，其值越小，Je的下降趋势越小。因此要真正实现其实用化，就不仅要提高涂层导体在自场下的载流能力，而且要求它在较高的外加磁场下也具有较大的载流能力。而纳米颗粒掺杂是一个很好的方法来同时提高自场和外场下的Je，提高YBCO的载流能力。
Je降低的主要原因除了自身的各向异性和热量的波动，另一重要原因是缺乏有效的钉扎中心。在薄膜内部人为地引入适量的缺陷作为钉扎中心，可以在保持超导相的转变温度和织构性能基本没受到大的破坏的同时，很好的提高薄膜在高场下的Je值。目前常用的方法是有稀土元素的取代或替换；过渡层表面修饰；纳米颗粒的掺杂；重离子辐射。然而重离子辐射因其具有辐射性已逐渐被人们所抛弃，而稀土元素的取代或替换和过渡层表面修饰在YBCO内部引入的钉扎缺陷有限，因而在提高YBCO载流能力方面远不如纳米颗粒掺杂更有效。
现有的纳米颗粒的掺杂容易引起YBCO织构的破坏，虽然使得高磁场下的载流能力得以提高，但却会大大降低低磁场下的载流能力，因此，寻找一种能同时提高YBCO薄膜在高磁场和低磁场下的载流能力的掺杂物至关重要，并且这种掺杂相的形成工艺必须在YBCO的形成工艺区间内，以确保YBCO的取向生长不被阻碍。
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， 提供一种新类型的LaAlO3(LAO)掺杂的复合YBCO薄膜
本发明所提供的LAO掺杂的复合薄膜，其掺杂相LAO可与YBCO共格界面，引入钉扎缺陷的同时，保证了YBCO结构不被破坏。
本发明通过以有机镧盐和铝盐为前驱盐，采用化学溶液方法制备前驱液后，经过旋涂的方法将前驱液涂敷到LAO单晶基板上，再经过热处理工艺在单晶表面复合薄膜，具体步骤如下：
1)制备前驱液：按照LAO化学计量比称量的乙酰丙酮镧和乙酰丙酮铝和按照YBCO化学计量比称量的醋酸钇和醋酸钡四种粉末一起溶解到去离子水中，然后加三氟乙酸酐，在50℃下搅拌2～8h，得到前驱液A，其中LAO掺杂含量为摩尔掺杂量2.5％～7.5％；所述掺杂含量为LAO与YBCO的含量摩尔百分比；
按照YBCO的化学计量比将所需含量的醋酸铜溶解到去离子水中，加化学计量比的丙烯酸，在80℃水浴下搅拌1～3h，得到前驱液B；全部混合A和B，在60℃下蒸馏；把水分蒸馏干净后加无水甲醇，反复蒸馏3遍，最后用无水甲醇定容，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的方式涂敷到LAO单晶基板上，旋转涂敷的转数为4000～6000rpm，旋涂时间为60～120s得到前驱膜；
3)低温分解：在通干燥氧气的条件下，将前驱膜于室温下以5～10℃/min的速率升到180℃，其中在100摄氏度时氧气换成相对湿度为40％的湿氧，然后以3～5℃/min的速率升到400℃，并保温10min。得到低温分解膜
4)高温烧结：在Ar/O2混合气氛下以20～40℃/min的速率升到810℃，保温2～3h。其中O2含量不超过200PPM；在400摄氏度下气氛由干燥气氛换成相对湿度为80％的湿气；在保温的最后30min把相对湿度为80％的湿气换回干燥气氛。在保温完毕后，样品随炉冷却到450℃时，气氛由干燥Ar/O2混合气换成干燥纯O2，使YBCO吸氧，由四方相转变为超导相。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
1)本发明是一种新型复合超导薄膜，为世界首例，其掺杂相颗粒能有效的起到钉扎作用，提高YBCO外场下的载流能力。
2)本发明的掺杂相是LAO与基板同相，在YBCO内部产生共格界面，为外延生长，有效的提高了弱钉扎的同时，极大的降低了对YBCO织构的破坏，因此除了提高YBCO外场下的载流能力的同时，提高了YBCO自场下的载流能力。
3)本发明制备的LAO是与在制备YBCO时与钇和钡混合制备，无需外加溶剂，体系简单，经济节约。
4)本发明所用烧结工艺时间较短，形成LAO相同时保证YBCO的外延生长不被阻碍。
5)本发明所制备的复合薄膜5％LAO掺杂样品自场下Je约为纯YBCO薄膜的3倍，外场下77K，1.5T下约为纯YBCO薄膜的6倍。
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中制备的复合薄膜的Je曲线与纯YBCO曲线的对比图.
图2、实施例2中制备的复合薄膜内部的掺杂颗粒与YBCO的TEM衍射图。
图3、实施例3中制备的复合薄膜的XRD图。
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行具体的描述。
具体实施方式
实施例1
1)按照LAO掺杂量为5％的含量(摩尔掺杂量)，将0.127g乙酰丙酮镧和0.046g乙酰丙酮铝以及1.69g醋酸钇和2.55g醋酸钡按溶解到去离子水中，然后加入4ml三氟乙酸酐，在50℃下搅拌2h，得到前驱液A；将3g醋酸铜溶解到去离子水中，加入6ml丙烯酸，在80℃水浴下搅拌1h，得到前驱液B；全部混合A和B，在60℃下蒸馏；把水分蒸馏干净后加无水甲醇，反复蒸馏3遍，最后用无水甲醇定容到20ml，得到LAO摩尔掺杂量为5％的复合YBCO溶液。
2)将前驱液用旋涂法涂敷到(00l)的LAO单晶基板上，转数为6000rpm，时间为60s，得到前驱膜；
3)在通干燥氧气的条件下，将前驱膜于室温下以5℃/min的速率升到 180℃，其中在100摄氏度时氧气换成相对湿度40％的湿氧，然后以3℃/min的速率升到400℃，并保温10min。得到低温分解膜
4)高温烧结：在Ar/O2混合干燥气氛下以30℃/min的速率迅速升到810℃，保温2h。其中O2含量为200PPM；在400摄氏度下气氛由干燥气氛换成相对湿度为80％的湿气；在保温的最后30min把80％湿气换成干燥气氛。在保温完毕后，样品随炉冷却到450℃时，气氛由干燥Ar/O2混合气换成干燥纯O2，使YBCO吸氧，由四方相转变为超导相。得到5％掺杂的复合薄膜。
5％LAO掺杂的复合薄膜的Jc图如图1所示，由此图可见自场下临界电流密度为6.6MA/cm2，约为纯YBCO的3倍；外场下77K，1.5T下约为纯YBCO薄膜的6倍。
实施例2
1)按照LAO掺杂量为7.5％的含量，将0.191g乙酰丙酮镧和0.122g乙酰丙酮铝以及1.69g醋酸钇和2.55g醋酸钡溶解到去离子水中，然后加入4ml三氟乙酸酐，在50℃下搅拌8h，得到前驱液A；将3g醋酸铜溶解到去离子水中，加入6ml丙烯酸，在80℃水浴下搅拌3h，得到前驱液B；全部混合A和B，在60℃下蒸馏；把水分蒸馏干净后加无水甲醇，反复蒸馏3遍，最后用无水甲醇定容到20ml，得到LAO摩尔掺杂量为7.5％的复合YBCO溶液。
2)将前驱液用旋涂法涂敷到(00l)的LAO单晶基板上，转数为4000rpm，时间为120s，得到前驱膜；
3)在通干燥氧气的条件下，将前驱膜于室温下以10℃/min的速率升到180℃，其中在100摄氏度时氧气换成相对湿度为40％的湿氧，然后以5℃/min的速率升到400℃，并保温10min。得到低温分解膜
4)高温烧结：在Ar/O2混合气氛下以40℃/min的速率迅速升到810℃，保温3h。其中O2含量为200PPM；在400摄氏度下气氛由干燥气氛换成相对湿度为80％的湿气；在保温的最后30min把相对湿度为80％的湿气换回干燥气氛。在保温完毕后，样品随炉冷却到450℃时，气氛由干燥Ar/O2混合气换成干燥纯O2，使YBCO吸氧，由四方相转变为超导相。得到7.5％掺杂的复 合薄膜。
7.5％LAO掺杂的复合薄膜的衍射图如图2所示，由此图可见YBCO与LAO颗粒界面为共格界面。
实施例3
1)按照LAO掺杂量为2.5％的含量，将0.064g乙酰丙酮镧和0.041g乙酰丙酮铝以及1.69g醋酸钇和2.55g醋酸钡溶解到去离子水中，然后加入4ml三氟乙酸酐，在50℃下搅拌4h，得到前驱液A；将3g醋酸铜溶解到去离子水中，加入6ml丙烯酸，在80℃水浴下搅拌2h，得到前驱液B；全部混合A和B，在60℃下蒸馏；把水分蒸馏干净后加无水甲醇，反复蒸馏3遍，最后用无水甲醇定容到20ml，得到LAO摩尔掺杂量为2.5％的复合YBCO溶液。
2)将前驱液用旋涂法涂敷到(00l)的LAO单晶基板上，转数为5000rpm，时间为100s，得到前驱膜；
3)在通干燥氧气的条件下，将前驱膜于室温下以8℃/min的速率升到180℃，其中在100摄氏度时氧气换成相对湿度为40％的湿氧，然后以4℃/min的速率升到400℃，并保温10min。得到低温分解膜
4)高温烧结：在Ar/O2混合气氛下以20℃/min的速率迅速升到810℃，保温2.5h。其中O2含量为200PPM；在400摄氏度下气氛由干燥气氛换成相对湿度为80％的湿气；在保温的最后30min把湿气换回干燥气氛。在保温完毕后，样品随炉冷却到450℃时，气氛由干燥Ar/O2混合气换成干燥纯O2，使YBCO吸氧，由四方相转变为超导相。得到2.5％掺杂的复合薄膜。
2.5％LAO掺杂的复合薄膜的XRD图如图3所示，由此图可见只有LAO和YBCO的(00l)的峰，可见掺杂的LAO颗粒与YBCO均取向生长，侧面证明其共格特性。

Claims (1)

1.一种LaAlO3掺杂的复合YBCO薄膜的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：
1)制备前驱液：按照LAO化学计量比称量的乙酰丙酮镧和乙酰丙酮铝和按照YBCO化学计量比称量的醋酸钇和醋酸钡四种粉末一起溶解到去离子水中，然后加三氟乙酸酐，在50℃下搅拌2～8h,得到前驱液A,其中LAO掺杂含量为摩尔掺杂量2.5％～7.5％，所述掺杂含量为LAO与YBCO的含量摩尔百分比；
按照YBCO的化学计量比将所需含量的醋酸铜溶解到去离子水中，加化学计量比的丙烯酸，加入量按照3g醋酸铜加入6ml丙烯酸；在80℃水浴下搅拌1～3h，得到前驱液B；全部混合A和B,在60℃下蒸馏；把水分蒸馏干净后加无水甲醇，反复蒸馏3遍，最后用无水甲醇定容，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的方式涂敷到LAO单晶基板上，旋转涂敷的转数为4000～6000rpm，旋涂时间为60～120s得到前驱膜；
3)低温分解：在通干燥氧气的条件下，将前驱膜于室温下以5～10℃/min的速率升到180℃，其中在100摄氏度时氧气换成相对湿度为40％的湿氧，然后以3～5℃/min的速率升到400℃，并保温10min；得到低温分解膜；
4)高温烧结：在Ar/O2混合气氛下以20～40℃/min的速率升到810℃，保温2～3h；其中O2含量不超过200PPM；在400摄氏度下气氛由干燥气氛换成相对湿度为80％的湿气；在保温的最后30min把相对湿度为80％的湿气换回干燥气氛；在保温完毕后，样品随炉冷却到450℃时，气氛由干燥Ar/O2混合气换成干燥纯O2，使YBCO吸氧，由四方相转变为超导相。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101320604B (zh) * 2008-07-04 2010-06-30 北京工业大学 一种SrZrO3掺杂的YBCO薄膜及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Influence of deposition conditions of La-doped YbBa2Cu3Oy upper layers on electrical properties of interface-modified ramp-edge junction;H.Wakana et al.;《PHYSICA C》;20021231;第1353-1356页 *
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