CN108179464A - 一种制备高温超导膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备高温超导膜的方法，该方法包括以下步骤：a.制备Ba‑Cu‑O粉料；b.对步骤a得到的粉料进行预处理；c.烧结步骤b得到的粉料，制得Ba‑Cu‑O粉末；d.将步骤c得到的粉末加入到Y2O3材料的坩埚中加热至第一温度，并继续保温，获得Y‑Ba‑Cu‑O溶液；e.将步骤d所得的溶液冷却至第二温度；f.使用LaAlO3单晶基板作为籽晶，将其插入步骤e所得的溶液中，采用顶部籽晶提拉法液相外延生长YBCO超导膜。本发明采用LAO单晶基板作为籽晶，通过控制降温速度和第二温度生长YBCO超导膜，对高温超导器件研发具有重要意义。

Description

一种制备高温超导膜的方法

技术领域

本发明涉及一种高温超导材料的制备方法，尤其涉及一种利用液相外延制备高温超导膜的方法。

背景技术

高温超导材料在液氮温度具有优异的超导性能，因此在超导储能、超导电机、核磁共振、器件研发等领域拥有极其重要的应用价值。高品质膜的基础应用研究吸引了大批材料物理学家的广泛关注。

液相外延(Liquid Phase Epitaxy，LPE)被普遍认为是一种极具潜力的YBCO 超导膜的制备方法。在液相外延生长YBCO超导膜的过程中，籽晶被固定在连接杆上缓慢靠近饱和溶液表面，作为唯一的形核点诱导YBCO超导膜的生长。由于 LPE的生长条件接近平衡态，使用薄膜材料作为籽晶诱导生长得到的膜具有低缺陷、高平整度、高结晶性能等特点。另外，由于LPE在非真空条件下进行，因而这种方法具有制备成本低等优点。并且与一般的成膜技术相比，LPE具有较快的生长速度。

在液相外延生长REBCO超导膜时，YBCO/MgO和NGO是两种被广泛选用的种膜(籽晶)。但是，对于YBCO/MgO种膜，其MgO基板与YBCO薄膜很大的失配度；对于NGO种膜，其诱导生长的YBCO超导膜通常具有密集的裂纹，非常不利于超导器件的设计与研发。以往的液相外延方法中，由于很难获得极低的生长驱动力，在LAO上只能获得随机分散的晶粒，无法获得成片的超导膜。可见，探索利用新型籽晶进行液相外延生长YBCO超导膜的方法显得至关重要。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种利用新型籽晶材料采取液相外延制备高温超导膜的方法，以促进相关的超导器件研发。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是通过采用新型籽晶，克服传统籽晶与薄膜的失配及生成的超导膜具有裂纹等缺陷；同时通过工艺优化，克服传统方法中的生长驱动力过大或者高温小驱动力导致基板腐蚀严重等问题，提出了一种用铝酸镧(LaAlO3或LAO)基板作为籽晶，在空气中采用顶部籽晶提拉法液相外延生长YBCO超导膜的方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种液相外延制备高温超导膜的方法，具体包括以下步骤：

a.将BaCO3粉末和CuO粉末进行配料，获得BaCO3+CuO粉料；

b.对所述步骤a所得的BaCO3+CuO粉料进行预处理；

c.烧结所述步骤b得到的BaCO3+CuO粉料，制得Ba-Cu-O粉末；

d.将所述步骤c所得的Ba-Cu-O粉末加入到Y2O3材料的坩埚中加热至第一温度，并继续保温，获得Y-Ba-Cu-O溶液；

e.将所述步骤d所得的Y-Ba-Cu-O溶液冷却至第二温度；

f.使用LaAlO3单晶基板作为籽晶，将其插入经所述步骤e处理的Y-Ba-Cu-O溶液中，采用顶部籽晶提拉法液相外延生长YBCO。

在本发明的较佳实施方式中，所述步骤a中：所述BaCO3+CuO粉料中的Ba和Cu的摩尔比为0.4～0.7超导膜。

有益效果：

本发明采用LAO单晶基板作为籽晶，通过控制降温速度和第二温度液相外延生长 YBCO超导膜，一方面，解决了传统方法中生长驱动力难以控制的问题，传统方法的驱动力通常过大，容易在LAO基板上导致不可控形核，但是传统方法的小驱动力通常在高温，导致基板腐蚀严重，从而超导膜很难成片；另一方面，通过工艺优化，在低温区域实现了获得超低高饱和度的方法，不仅形核与生长在近平衡条件下进行，而且有效抑制了基板腐蚀，在LAO新型籽晶上成功生长YBCO超导膜。

具体实施方式

一种液相外延制备高温超导膜的方法，包括以下步骤：

1.按照Ba：Cu＝0.6或0.7的摩尔比例将BaCO3粉末和CuO粉末混合，放入球磨罐，加入无水乙醇或水进行湿磨以获得BaCO3和CuO的混合浆料，湿磨时间为3小时。

2.将步骤1所得的BaCO3和CuO的混合浆料置于105℃温度下加热烘干，得到 BaCO3和CuO的混合粉料。

3.将步骤2所得的BaCO3和CuO的混合粉料在空气中以900℃烧结48小时，得到 Ba-Cu-O相的前驱粉体。

4.将Ba-Cu-O先驱粉末加入到晶体生长炉中的Y2O3材料的坩埚中，将Ba-Cu-O先驱粉加入至与坩埚上沿齐平。

5.将步骤4中的Ba-Cu-O先驱粉末和Y2O3材料的坩埚加热至1015℃(即YBCO的包晶温度以上10℃)，并保温35小时，以获得Y-Ba-Cu-O溶液；

6.将经过步骤5获得的Y-Ba-Cu-O溶液以2.5℃/min的冷却速率冷却至965℃(即 YBCO的包晶温度以下40℃)。

7.选取尺寸为3mm×10mm的LAO单晶基板作为籽晶并固定在连接杆上。

8.使用LAO单晶基板作为籽晶，将所述YBCO/LAO薄膜籽晶垂直插入经步骤6 冷却后的Y-Ba-Cu-O溶液，采用顶部籽晶提拉法液相外延生长YBCO超导膜。本实施例中，生长过程中具体工艺参数为：籽晶的旋转速度为15rpm，下降速度为0.5mm/s，生长时间为30s。

Claims (2)

1.一种制备高温超导膜的方法，其特征在于，所述方法包括以下步 骤： a.将BaCO3粉末和CuO粉末进行配料，获得BaCO3+CuO粉料； b.对所述步骤a所得的BaCO3+CuO粉料进行预处理； c.烧结所述步骤b得到的BaCO3+CuO粉料，制得Ba-Cu-O粉末； d.将所述步骤c所得的Ba-Cu-O粉末加入到Y2O3材料的坩埚中加热至第一温 度，并继续保温，获得Y-Ba-Cu-O溶液； e.将所述步骤d所得的Y-Ba-Cu-O溶液冷却至第二温度 f.使用LaAlO3单晶基板作为籽晶，将其插入经所述步骤e处理后的Y-Ba-Cu-O 溶液中，采用顶部籽晶提拉法液相外延生长YBCO超导膜。

2. 如权利要求1所述的一种制备高温超导膜的方法，其特征在于， 所述步骤a中：所述BaCO3+CuO粉料中的Ba和Cu的摩尔比为0.4～0.7。