CN108546155A - 一种利用电化学法提高rebco高温超导薄膜性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用电化学法提高REBCO高温超导薄膜性能的方法，包括如下工序：a)配制有机溶液；b)利用配置的有机溶液电化学处理REBCO高温超导薄膜样品；c)取出电化学法处理后的REBCO高温超导薄膜样品，并将其烘干。本发明采用电化学法来提高REBCO高温超导薄膜材料的超导转变温度、临界电流密度等性能。同时该方法简单、易于操作、完全重复可控。

Description

一种利用电化学法提高REBCO高温超导薄膜性能的方法
技术领域
本发明涉及高温超导薄膜材料，尤其涉及一种利用电化学法提高REBCO高温超导薄膜性能的方法。
背景技术
自REBa2Cu3Ox(简称REBCO、RE123、稀土钡铜氧，其中RE＝Y、Gd、Sm、Nd等)超导材料被发现以来，因其具有高的超导转变温度，成功突破了液氦的限制，引起了广泛的关注。同时，REBCO超导体还具有高临界电流密度和高冻结磁场等性质，这无疑带来了巨大的商业潜能，具有非常好的实用前景。然而不同于REBCO高温超导单晶体和块材，REBCO高温超导薄膜材料可实现大规模长带的生长。这主要是由于其依托于基底材料生长，我们可以通过增加基底的长度来实现100米量级甚至千米量级的生长。这对于REBCO薄膜材料的实际应用具有极其重要的意义。
随着高温超导薄膜材料的发展，与之相关的超导应用也逐渐展开，根据高温超导薄膜的特性，其应用一般分为两类：强电应用和弱电应用。例如，高温超导直流电缆既是采用高温超导薄膜材料制作而成的用于直流传输的电缆，它适合长距离输电而且具有输电损耗小、传输稳定等功能。另外，高温超导电机的研究也日渐成熟。高温超导电机包括高温超导同步电机、高温超导直流电机、高温超导直线电机和高温超导永磁电机等。使用高温超导电机不仅可以大大减小电机的体积和重量，而且可以大幅度增加电机的功率。高温超导薄膜材料在弱电方面的很多应用也正在逐步产业化，其中，超导量子干涉仪(SQUID)就是比较典型的应用之一。SQUID是磁测量灵敏度最高的传感器，主要被用于生物磁场、地磁场和无损检测等领域。
正由于REBCO高温超导薄膜材料具有如此广泛的应用前景，发现简单有效的提高REBCO薄膜材料性能的方法变得尤其重要。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种简单有效的提高REBCO高温超导薄膜材料性能的方法，在不改变其原有结构的基础上提高其性能。
发明内容
有鉴于现有技术中对于高性能REBCO高温超导薄膜材料的迫切需要，及现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种提高REBCO高温超导薄膜性能的方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种利用电化学法提高REBCO高温超导薄膜性能的方法，包括如下工序：
a)配制有机溶液；
b)利用配置的有机溶液电化学处理REBCO高温超导薄膜样品；
c)取出电化学法处理后的REBCO高温超导薄膜样品，并将其干燥。
进一步地，所述工序a)中，所述有机溶液选取丙酮、甲醇、乙醇或乙醚等有机试剂中的任一种。
可选地，所述工序a)中，所述有机溶液为丙酮、甲醇、乙醇和乙醚中的任意两种或多种以任意比例混合均匀。
为了防止有机试剂挥发，配制好的溶液需要用锡纸密封，置于通风干燥处。其中，将密封溶液置于通风环境中，是为了避免泄露的有机气体造成密闭空间的环境污染；将密封溶液置于干燥环境中，是为了避免空气中的水分造成溶液的稀释和变质。
进一步地，所述工序b)中，所述REBCO高温超导薄膜样品通过磁控溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机物沉积法、金属有机物化学气相沉积法、液相外延法或热蒸发法制得。
进一步地，所述工序b)中，所述电化学处理为：
将REBCO高温超导薄膜样品与电源的一极连接，电源的另一极与银电极连接；
接着，将REBCO高温超导薄膜样品和银电极一起放入所述有机溶液中进行通电处理。
进一步地，通电处理过程中，通电电压可为0.1～200伏，通电时间可为1s～24h。优选地，通电电压可为1～100伏，通电时间可为10s～10h。优选地，通电电压可为10伏，通电时间可为5min。
可以根据待处理样品的尺寸和类型选择和调节电源电压和通电时间。一般来说，通电时间可随通电电压的升高而减少。
进一步地，所述工序c)中，所述干燥为利用电吹风吹干或置于烘箱烘干。
进一步地，所述REBCO高温超导薄膜样品生长于MgO、LaAlO3或SrTiO3基底上。
可选地，所述REBCO高温超导薄膜样品生长于蒸镀有中间缓冲层的NiW合金或不锈钢基底上。
进一步地，所述REBCO为YBCO、GdBCO、SmBCO或NdBCO。
本发明提出一种利用电化学法提高REBCO薄膜材料超导性能的方法，在电化学处理过程中，只需要将REBCO薄膜材料浸泡在有机溶液中进行通电处理即可有效的提高其超导转变温度和临界电流密度，方法简单、易于操作、完全重复可控。
附图说明
图1是根据本发明的实施例一的利用电化学法处理的REBCO高温超导薄膜样品的示意图。
图2是根据本发明的实施例一的利用电化学法处理的REBCO高温超导薄膜和未经电化学法处理的REBCO高温超导薄膜的性能对比图。
具体实施方式
实施例一
本实施例为一种利用电化学法提高YBa2Cu3O7-y高温超导薄膜材料性能的方法，包括如下工序：
1、将500毫升丙酮倒入烧杯中，用锡纸封住烧杯口，放在通风干燥处备用。
2、取10厘米YBa2Cu3O7-y薄膜材料作为样品，此薄膜材料通过脉冲激光沉积技术制备，并且生长于C276/Al2O3/Y2O3/IBAD-MgO/CeO2基底上。
3、将步骤2的YBa2Cu3O7-y薄膜样品1连接电源负极，电源正极采用银电极2，将YBa2Cu3O7-y薄膜样品和银电极同时放置于步骤1所述的丙酮溶液3进行通电处理，如图1所示。通电电压为10伏，通电时间为5分钟。
4、将步骤3中的YBa2Cu3O7-y薄膜样品取出，并迅速利用电吹风吹干样品表面，得到处理的YBa2Cu3O7-y薄膜样品。
可选地，将烘干后的YBa2Cu3O7-y薄膜样品进行通氧并在氧气中进行退火处理。
图2为利用同样工艺制备的YBa2Cu3O7-y薄膜材料，经电化学法处理和未经电化学法处理后的超导转变温度对比图。可见，经过本实施例的电化学法处理后的YBa2Cu3O7-y薄膜的超导转变温度明显提高，换言之，本实施例的利用电化学法制备YBa2Cu3O7-y高温超导薄膜能够有效提高其超导性能。并且，在处理过程中，只需要将YBa2Cu3O7-y高温超导薄膜材料浸泡在有机溶液中进行通电处理即可有效的提高薄膜材料的超导性能，方法简单、易于操作且操作完全重复可控。
可选地，有机溶液可选取为甲醇、乙醇或乙醚的任一种。
实施例二
本实施例为一种利用丙酮和甲醇的混合溶液进行电化学处理YBa2Cu3O7-y高温超导薄膜材料的方法，包括如下工序：
1、取有机试剂丙酮和甲醇各200毫升，倒入烧杯中并充分混合。
2、用锡纸封住烧杯口，放在通风干燥处备用。
3、取10厘米YBa2Cu3O7-y薄膜材料作为样品，此薄膜材料为通过脉冲激光沉积技术制备，并且生长于NiW合金基底之上。
4、将步骤3所述样品连接电源正极，电源负极连接银电极，将两电极同时放置于步骤1所述的溶液进行通电处理，通电电压为0.1伏，通电时间为24小时。
5、将步骤4中的样品取出，并迅速利用电吹风吹干样品表面，得到处理后的样品。
可选地，有机溶液可选取丙酮、甲醇、乙醇和乙醚中的任意两种或多种，以任意比例进行混合。
在上述任意实施例中，可选地，通电电压可为0.1～200伏，通电时间可为1s～48h。优选地，通电电压可为0.1～100伏，通电时间可为5s～24h。优选地，通电电压可为1～10伏，通电时间可为1min～2h。其中通电时间可随通电电压的升高而减少。
可选地，YBa2Cu3O7-y高温超导薄膜样品连接电源正(负)极，电源负(正)极连接银电极。
可选地，干燥从有机溶液(例如丙酮溶液3)中取出的YBa2Cu3O7-y薄膜样品的方法还可以采用烘箱烘干等。在某些情况下，也可以采用自然晾干的方式。
可选地，制备YBa2Cu3O7-y高温超导薄膜的方法还可为磁控溅射、脉冲激光沉积、金属有机物沉积、金属有机物化学气相沉积、液相外延或热蒸发中的任一种。
可选地，YBa2Cu3O7-y高温超导薄膜生长于MgO、LaAlO3或SrTiO3基底上。
可选地，YBa2Cu3O7-y高温超导薄膜生长于蒸镀有中间缓冲层的NiW合金或不锈钢基底上。
可选地，高温超导薄膜还可为GdBCO、SmBCO或NdBCO等。
本发明采用电化学法来提高REBCO薄膜材料的超导性能，在处理过程中，只需要将REBCO薄膜材料浸泡在有机溶液中进行通电处理即可有效的提高其超导转变温度和临界电流密度，方法简单、易于操作、完全重复可控。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种利用电化学法提高REBCO高温超导薄膜性能的方法，其特征在于，包括如下工序：
a)配制有机溶液；
b)利用配置的有机溶液电化学处理REBCO高温超导薄膜样品；
c)取出电化学法处理后的REBCO高温超导薄膜样品，并将其干燥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工序a)中，所述有机溶液选取丙酮、甲醇、乙醇或乙醚有机试剂中的任一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工序a)中，所述有机溶液为丙酮、甲醇、乙醇和乙醚中的任意两种或多种以任意比例混合均匀。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工序b)中，所述REBCO高温超导薄膜样品通过磁控溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机物沉积法、金属有机物化学气相沉积法、液相外延法或热蒸发法制得。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工序b)中，所述电化学处理为：将REBCO高温超导薄膜样品与电源的一极连接，电源的另一极与银电极连接；接着，将REBCO高温超导薄膜样品和银电极一起放入所述有机溶液中进行通电处理。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通电处理过程中，通电电压可为0.1～200伏，通电时间可为1s～24h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工序c)中，所述干燥为利用电吹风吹干或置于烘箱烘干。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述REBCO高温超导薄膜样品生长于MgO、LaAlO3或SrTiO3基底上。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述REBCO高温超导薄膜样品生长于蒸镀有中间缓冲层的NiW合金或不锈钢基底上。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述REBCO为YBCO、GdBCO、SmBCO或NdBCO。
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