CN108630357A - 一种利用有机溶液浸泡提高高温超导带材性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用有机溶液浸泡提高高温超导带材性能的方法，包括如下工序：a)配制有机溶液；b)去除高温超导带材样品的保护层；c)将已去除保护层的高温超导薄膜样品浸入配置的有机溶液中，并浸泡一段时间；d)取出浸泡处理后的高温超导带材样品，并将其干燥；e)在干燥后的高温超导带材样品表面沉积保护层；f)将沉积有保护层的高温超导带材样品进行通氧退火处理。本发明在处理过程中，只需要将高温超导带材去掉保护层后浸泡在有机溶液中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。

Description

一种利用有机溶液浸泡提高高温超导带材性能的方法
技术领域
本发明涉及高温超导材料，尤其涉及一种利用有机溶液浸泡提高高温超导带材性能的方法。
背景技术
我国正处于工业化、城镇化飞速发展的时期，能源消耗强度髙。随着经济规模进一步扩大，对能源供给形成很大压力，供求矛盾将长期存在。而电能作为人们日常生活中最主要的能源之一，在传输过程中的损耗惊人，大约百分之十的电能在传输过程中以热能的方式消耗掉。这无疑使我国本来就相对短缺的能源问题雪上加霜。
高温超导直流电缆就是采用高温超导带材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。如果可利用高温超导带材取代普通的铜导线将可以大大解决我国能源短缺的问题。作为高温超导带材最主要的两个参数，超导转变温度和临界电流密度也是超导带材实用化路途上的两个主要障碍。高的超导转变温度和大的临界电流密度一直是超导研究工作者们追求的目标。
正由于高温超导带材的性能直接影响高温超导电缆的实际应用，发现简单有效的提高高温超导带材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高温超导带材性能的方法，在不改变其原有结构的基础上提高其性能。
发明内容
有鉴于现有技术对于提高高温超导带材性能的迫切需要，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高温超导带材性能的方法。通过非常简单的浸泡方法就可以提高高温超导带材的超导转变温度及临界电流密度。
为实现上述目的，本发明提供了一种利用有机溶液浸泡提高高温超导带材性能的方法，包括如下工序：
a)配制有机溶液；
b)去除高温超导带材样品的保护层；
c)将已去除保护层的高温超导薄膜样品浸入配置的有机溶液中，并浸泡一段时间；
d)取出浸泡处理后的高温超导带材样品，并将其干燥；
e)在干燥后的高温超导带材样品表面沉积保护层；
f)将沉积有保护层的高温超导带材样品进行通氧退火处理。
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，首先将氨水和双氧水按照1：2至2：1氛围中的任意比例配置成混合溶液；然后将高温超导带材样品置于双氧水和氨水的混合溶液中，使银保护层充分溶解；接着待银保护层溶解完成后，取出已去除银保护层的高温超导带材样品，并将其干燥；其中，所述保护层为银。
可选地，高温超导带材的银保护层上还可沉积有铜保护层。一般来说，可以使用稀盐酸去除铜保护层。
进一步地，所述工序b)中的高温超导带材样品是通过磁控溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机物沉积法或金属有机物化学气相沉积法在NiW基带或不锈钢基带上生长中间层，然后利用磁控溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机物沉积法或金属有机物化学气相沉积法在所述中间层上生长REBCO高温超导层；然后利用磁控溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机物沉积法或金属有机物化学气相沉积法在所述REBCO高温超导层上沉积保护层，从而制备得到；所述中间层包括氧化铝、氧化钇、氧化镁、锰酸镧、锆酸镧或氧化铈中的一种或多种。
进一步地，所述工序c)中的浸泡时间为1s-48h，优选地为1min～24h，更优选地为1h-10h，更优选地为1h。可以根据待处理样品的尺寸和类型选择和调节浸泡时间。一般来说，待处理样品的尺寸越大，浸泡时间越长。
进一步地，所述干燥为利用电吹风吹干或置于烘箱烘干。
进一步地，所述工序e)中，利用磁控溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机物沉积法或金属有机物化学气相沉积法在干燥后的高温超导带材样品表面沉积银保护层，银保护层得沉积厚度为0.1～10微米。优选地为1～5微米，更优选地为1～2微米。保护层可以为单层银、或依次沉积的银保护层和/或铜保护层。
进一步地，所述工序e)中，退火温度为400～600摄氏度。
进一步地，所述高温超导带材为REBCO高温超导带材，其中REBCO为YBCO、GdBCO、SmBCO或NdBCO。
由此可见，本发明的利用有机溶液浸泡法来提高高温超导带材的超导性能，在处理过程中，只需要将高温超导带材去保护层后浸泡在有机溶液中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是本发明的实施例一的REBCO高温超导带材的结构示意图；
图2是根据本发明的实施例一的利用有机溶液浸泡提高REBCO高温超导带材性能的方法的流程图
图3是根据本发明的实施例一的利用有机溶液浸泡处理的REBCO高温超导带材和未经有机溶液浸泡处理的REBCO高温超导带材的性能对比图。
具体实施方式
实施例一
本实施例提供一种利用有机溶液浸泡提高REBCO高温超导带材性能的方法，其中，高温超导带材的结构示意图如图1所示，包括基底1、中间层2、REBCO高温超导层3、保护层4等。中间层2包括氧化铝、氧化钇、氧化镁、锰酸镧、锆酸镧或氧化铈中的一种或多种。保护层4包括银保护层。在其他实施例中，在银保护层上还可沉积铜保护层。
本实施例的利用有机溶液浸泡制备REBCO高温超导带材的方法，如图2所示，包括如下工序：
步骤S1：配制有机溶液；
步骤S2：去除REBCO高温超导带材样品的银保护层；
步骤S3：将已去除银保护层的REBCO高温超导薄膜样品浸入配置的有机溶液中，并浸泡一段时间；
步骤S4：取出浸泡处理后的REBCO高温超导带材样品，并将其干燥；
步骤S5：在干燥后的高温超导带材样品表面沉积银保护层；
步骤S6：将沉积有银保护层的高温超导带材样品进行通氧退火处理。
具体地，步骤S1为：将100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。
步骤S2为：将氨水和双氧水各30毫升，倒入另一烧杯中混合均匀，用锡纸封住烧杯口，放在通风干燥处备用；接着，取10厘米YBCO高温超导带材作为样品，并将该样品完全浸入盛有混合均匀的氨水和双氧水的烧杯中，至表面银全部溶解。其中，该YBCO高温超导带材是通过脉冲激光沉积法在C276/Al2O3/Y2O3/MgO/CeO2基底之上沉积YBCO高温超导层，并利用磁控溅射法在YBCO高温超导层上蒸镀银保护层而制得。
步骤S3为：将步骤S3去除银保护层的样品取出，并迅速利用电吹风吹干样品表面；接着，将该样品放置于丙酮溶液中分别浸泡1分钟、5分钟、10分钟、30分钟。
步骤S4为：将步骤S3中的样品取出，并迅速利用电吹风吹干样品表面，得到干燥的样品。
步骤S5为：利用磁控溅射在步骤S4干燥后的样品表面蒸镀2微米厚的银保护层。
步骤S6为：将蒸镀有银保护层的样品，放入箱式马弗炉中退火处理，退火温度为400摄氏度。同时将氧气通入炉体内，使样品处于氧气氛围中。退火处理时间为2h-24h。
退火处理后即得到所需的样品。
图3为利用同样工艺制备的YBCO高温超导带材，经不同时间浸泡处理和未浸泡处理后的超导转变温度对比图。可见，经过本实施例的浸泡处理后的YBCO高温超导带材的超导转变温度明显提高，且其中，当浸泡时间为5分钟时，得到的YBCO高温超导带材的超导转变温度最高。换言之，本实施例的利用有机浸泡处理YBCO高温超导带材能够有效提高其超导性能。并且，在处理过程中，只需要将高温超导带材去银后浸泡在有机溶液中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。
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有机溶液浸泡法提高高温超导带材性能的方法，包括如下工序：
1、取有机试剂丙酮和甲醇各50毫升，倒入烧杯中并充分混合，用锡纸封住烧杯口，放在通风干燥处备用。
2、将氨水和双氧水各50毫升，倒入另一烧杯中混合均匀，用锡纸封住烧杯口，放在通风干燥处备用。
3、取20厘米YBCO高温超导带材作为样品，并将该样品完全浸入盛有混合均匀的氨水和双氧水的烧杯中，至表面银全部溶解。其中，该YBCO高温超导带材是通过脉冲激光沉积法依次在NiW基带上沉积氧化铈中间层、YBCO高温超导层，并利用磁控溅射法在YBCO高温超导层上蒸镀银保护层而制得。
4、将步骤3的去除银保护层的样品取出，并迅速利用电吹风吹干样品表面；接着，将该样品放置于丙酮和甲醇混合溶液中浸泡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，得到处理的样品。
6、利用磁控溅射在步骤5干燥后的样品表面蒸镀2微米厚的银保护层。
7、将蒸镀有银保护层的样品，放入箱式马弗炉中退火处理，退火温度为600摄氏度。同时将氧气通入炉体内，使样品处于氧气氛围中。
退火处理后即得到所需的样品。
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，浸泡时间为1s-48h，优选地为1min～24h，更优选地为1h-10h，更优选地为1h。可以根据待处理样品的尺寸和类型选择和调节浸泡时间。一般来说，待处理样品的尺寸越大，浸泡时间越长。
可选地，干燥从有机溶液中取出的YBCO高温超导带材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，氨水和双氧水按照1：2至2：1范围中的任意比例配置成混合均匀溶液。优选地，氨水和双氧水以1：1的比例配置成混合均匀溶液。
可选地，YBCO高温超导带材样品是通过磁控溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机物沉积法或金属有机物化学气相沉积法在NiW基带或不锈钢基带上生长中间层，然后利用磁控溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机物沉积法或金属有机物化学气相沉积法在所述中间层上生长REBCO高温超导层；然后利用磁控溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机物沉积法或金属有机物化学气相沉积法在所述REBCO高温超导层上沉积银保护层，从而制备得到；所述中间层包括氧化铝、氧化钇、氧化镁、锰酸镧、锆酸镧或氧化铈中的一种或多种。
可选地，利用磁控溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机物沉积法或金属有机物化学气相沉积法在干燥后的高温超导带材样品表面沉积银保护层，银保护层得沉积厚度为0.1～10微米。
可选地，退火处理的设备为马弗炉，退火温度为400～600摄氏度，优选地为500摄氏度。
可选地，高温超导薄膜还可为GdBCO、SmBCO或NdBCO等。
由此可见，本发明的实施例采用有机溶液浸泡法来提高高温超导带材的超导性能，在处理过程中，只需要将高温超导带材去银后浸泡在有机溶液中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)

1.一种利用有机溶液浸泡提高高温超导带材性能的方法，其特征在于，包括如下工序：
a)配制有机溶液；
b)去除高温超导带材样品的保护层；
c)将已去除保护层的高温超导薄膜样品浸入配置的有机溶液中，并浸泡一段时间；
d)取出浸泡处理后的高温超导带材样品，并将其干燥；
e)在干燥后的高温超导带材样品表面沉积保护层；
f)将沉积有保护层的高温超导带材样品进行通氧退火处理。
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，首先将氨水和双氧水按照1：2至2：1范围中的任意比例配置成混合溶液；然后将高温超导带材样品置于配置好的双氧水和氨水的混合溶液中，使保护层充分溶解；接着待保护层溶解完成后，取出已去除保护层的高温超导带材样品，并将其干燥；
其中，所述银保护层为银保护层。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工序b)中的高温超导带材样品是通过磁控溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机物沉积法或金属有机物化学气相沉积法在NiW基带或不锈钢基带上生长中间层，然后利用磁控溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机物沉积法或金属有机物化学气相沉积法在所述中间层上生长高温超导层；然后利用磁控溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机物沉积法或金属有机物化学气相沉积法在所述高温超导层上沉积保护层，从而制备得到；所述中间层包括氧化铝、氧化钇、氧化镁、锰酸镧、锆酸镧或氧化铈中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工序c)中的浸泡时间为1s-48h。
7.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，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，所述工序e)中，利用磁控溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机物沉积法或金属有机物化学气相沉积法在干燥后的高温超导带材样品表面沉积保护层，所述保护层为单层银、或依次沉积的银保护层和/或铜保护层，保护层的沉积厚度为0.1～10微米。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工序e)中，退火温度为400～600摄氏度。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工序e)中，所述高温超导带材为REBCO高温超导带材，其中REBCO为YBCO、GdBCO、SmBCO或NdBCO。
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