CN118308692A - 一种在金属软基带上制备(Cu,C)Ba2Can-1CunO2n+3超导薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了在金属软基带上制备(Cu,C)Ba2Can‑1CunO2n+3(n＝3,4)超导薄膜的方法.按照化学配比称取一定量的钡，钙和铜的氧化物或碳酸盐经过多次研磨压片和烧结后得到靶材；选择帽子层合适的具有缓冲层的金属软基带，利用制备的靶材通过PLD沉积技术制备出(Cu,C)Ba2Can‑1CunO2n+3(n＝3,4)薄膜；在PLD镀膜腔体中以一定流速分别通入高纯氧气和二氧化碳，维持腔体内气压恒定；调节靶材与软基带之间的距离，使得羽辉末端与软基带之间的距离合适；温度稳定后，进行薄膜的沉积生长；在合适的激光能量，脉冲频率和基带温度下，得到高临界温度和高不可逆磁场、高临界电流密度的超导薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种在金属软基带上制备实用化(Cu,C)Ba2Can-1CunO2n+3(n＝3,4)超导薄膜的技术，应用于超导材料的制备技术和应用领域。
背景技术
超导材料具有零电阻和完全抗磁性等特性。使用超导材料可以实现常规技术无法实现的无损耗大容量传输电流，制备的强磁场磁体可以在磁共振成像、磁约束核聚变、高速轨道交通、大科学工程等方面具有重要的，甚至是颠覆性应用。在高温超导材料发现之前，由于常规超导材料需要在极低温下使用，需要昂贵的液氦来维持其低温环境，对制冷技术的要求也很高，这大大限制了超导材料的应用。
自铜氧化物发现以来，人们逐渐发现了很多超导转变温度高于液氮沸点温度(77K，约为零下194℃)的高温超导体，人们一直期待铜氧化物高温超导体的大规模。铜氧化物超导体又分为Y系，Bi系，Hg系和Tl系等。然而Bi系高温超导材料各向异性极强，高温区域磁通运动剧烈，无法在液氮温区实现高磁场下的应用，目前主要是在液氦温度高场环境，或液氮温区输电电缆方面使用。Hg系和Tl系铜氧化物高温超导体则由于含有剧毒元素，限制了其应用，同时其磁通运动也很强烈。Y系(YBa2Cu3O7,简称YBCO)尽管临界温度达到91K，但其在液氮温区(65K-77K)的不可逆磁场也只有10特斯拉左右，而如果做成导线绕成磁体，可利用的磁场也不高。选择临界温度和不可逆场都更高的铜氧化物超导体作为未来高温超导应用材料的着力点，更符合人们的期望。
2018年申请人课题组利用高温高压技术合成了(Cu,C)Ba2Ca3Cu4O11多晶，并对其进行系统的测量，发现其超导转变温度达到116K，且具有迄今为止最高的不可逆磁场Hirr(YueZhang,Wenhao Liu,Xiyu Zhu,Haonan Zhao,Zheng Hu,Chengping He,and Hai-HuWen.Sci.Adv.,4(9):eaau0192,2018)。这是非常让人振奋的事情。其不可逆磁场是目前已知的所有超导体中最高的，如在86K时，不可逆场达到15T，即使到98K也有5T。这样的性质意味着它有非常大的应用前景。然而(Cu,C)Ba2Ca3Cu4O11块材目前均只能在高温高压(3万大气压)下制备，这样制备出的样品体积太小，无法实现规模化应用。如果能够利用金属软基带的制备工艺生长(Cu,C)Ba2Ca3Cu4O11薄膜及其长导线，将具有非常大的应用价值。然而以往利用激光脉冲沉积技术(PLD)生长的(Cu,C)Ba2Ca3Cu4O11薄膜，最高转变温度只到78K，是在抛光的晶体基片上面，尺寸有限；用MBE技术生长的薄膜，最高转变温度只到55K。直到2020年，申请人课题组利用激光脉冲沉积技术在LaAlO3衬底上生长了该薄膜，其零电阻转变温度达到了96K(Tianfeng Duan,Jiahao Hao,Haifeng Chu and Hai-Hu Wen,Supercond.Sci.Technol.33(2020)025009)。如果该薄膜能够生长在金属软基带上，这将是朝实际应用大大迈进了一步，能够带来巨大的市场应用。
(Cu,C)Ba2Ca2Cu3O9超导材料高压合成后，经过退火处理，超导临界温度可达到120K左右，具有高临界温度，无毒等优点。同样，该材料目前块材也只能通过高温高压合成，无法实现工业性应用。至今也没有在软基带上生长成功的报道。如果成功，将带来大规模的应用。
CN1082231公开过制备YBa2Cu3O7－δ高温超导外延薄膜的方案，主要采用基片原位转动、速度可调、辐射加热、双面同时成膜的倒筒式直流溅射装置和优化的自外延制备方法,提高了膜的质量,使所制得的YBa2Cu3O7－δ高温超导外延膜的性能优良；其Tc0均大于90k,ΔTc均小于0.3k；基片两面的双面膜性能一致；其Tc0相差小于0.5k,ΔTc相差小于0.5k,但金属软基带上制备的实用方法仍然是一重要的课题。但是该体系的最高临界温度被限制住在95K以下。液氮温区的强磁场应用受到限制。
发明内容
为了解决现有的技术问题，本发明的目的在于，提供一种利用脉冲激光沉积技术在金属软基带上制备(Cu,C)Ba2Can-1CunO2n+3(n＝3,4)薄膜的方法。使用钡，钙和铜的氧化物或碳酸盐按照化学配比烧制成靶材，再利用脉冲激光沉积技术，在沉积过程中通入氧气和二氧化碳，制备出了高临界温度的超导薄膜，具有广阔的应用前景。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：制备(Cu,C)Ba2Can-1CunO2n+3(n＝3,4)薄膜的方法，包括如下步骤：
(1)按照配比称取一定质量的钡，钙和铜的氧化物或碳酸盐混合后在研钵中粉碎并研磨，最好是研磨两个小时以上得到均匀粉末；优选原料为BaCO3，CaCO3和CuO；对于(Cu,C)Ba2Ca3Cu4O11制备所使用的靶材，其中Cu的最佳配比为4.2-4.8；对于(Cu,C)Ba2Ca2Cu3O9制备所使用的靶材，其中Cu的最佳配比为3.2-3.8；或使用制备(Cu,C)Ba2Ca3Cu4O11薄膜所用的靶材，调节薄膜生长时的条件，亦可制备出(Cu,C)Ba2Ca2Cu3O9；
薄膜生长时的条件指激光能量，频率，气压，基带组成及缓冲层、温度等。按量称取原料后，将其混合，充分研磨，使其成分均匀；
(2)将在所述步骤(1)中制备的均匀粉末置于清洁的坩埚中或刚玉片上。将坩埚或刚玉片置于加热炉中，在空气中对该粉末进行热处理；控制热处理温度为750-950℃，热处理升温速率为1-10℃/min，热处理保温时间为12-72h，冷却降温速率为1-10℃/min；优选控制热处理温度为800-860℃，热处理升温速率为2-5℃/min，热处理保温时间为24-48h，冷却降温速率为2-5℃/min；
(3)将上述步骤中烧制后的混合物(置于研钵等容器中)捣碎，研磨两个小时以上，得到均匀粉末。将粉末置于(圆柱形等)模具中，对模具施以5-20MPa的压力压成片。然后将块体从模具中取出，放在底面平稳的坩埚中或刚玉片上。将坩埚或刚玉片置于加热炉中，在空气(或富氧空气)状态下对块体进行热处理，得到混合物块体；控制热处理温度为750-950℃，热处理升温速率为1-10℃/min，热处理恒温时间为12-72h，冷却降温速率为1-10℃/min；优选热处理温度为800-860℃，热处理升温速率为2-5℃/min，热处理保温时间为24-48h，冷却降温速率为2-5℃/min；
(4)重复所述步骤(3)2-8次。
(5)将在所述步骤(4)中得到的块体置于研钵中捣碎并研磨成均匀粉末。
(6)将在所述步骤(5)中制备的均匀粉末置于(圆柱形等)模具中，对模具施以5-20MPa的压力压成块或片。然后将块体从模具中取出，置于密封袋中进行一层以上的(真空或密闭)封装。将封装好的块体连同密封袋一起置于液压压力机中压制，最好施以40-100Mba的压强进行压制。
(7)将所述步骤(6)中压制好的块体从密封袋中取出，放在底面平稳的坩埚中或刚玉片上。将坩埚或刚玉片置于加热炉中，在空气中对块体进行热处理，得到PLD镀膜所需的靶材；控制热处理温度为750-950℃，热处理升温速率为1-10℃/min，热处理恒温时间为12-72h，冷却降温速率为1-10℃/min；优选控制热处理温度为800-860℃，热处理升温速率为2-5℃/min，热处理恒温时间为24-60h，冷却降温速率为2-5℃/min；
(8)将在所属步骤(7)中制备的靶材进行抛光，然后装在PLD镀膜真空腔体中。
(9)将帽子层材料与(Cu,C)Ba2Can-1CunO2n+3(n＝3,4)材料的晶格常数相匹配的金属软基带固定于已抛光的基台合适的位置上，然后装在PLD镀膜真空腔体中；优选帽子层为CeO2,LaAlO3,SrTiO3,YAlO3,LaMnO3,YSZ,LaSrAlO4,LSAT,NdGaO3等；软基带在基台上的位置为羽辉中心正对的位置。
使用的软基带的膜结构为CeO2/Epi-MgO/IBAD-MgO/Y2O3/Al2O3/金属合金基底；金属合金基底包括NiW合金和Hastelloy合金(哈氏合金)；其帽子层为与薄膜晶格常数相匹配的CeO2,LaAlO3,SrTiO3,YAlO3,LaMnO3,YSZ,LSAO,NGO等；帽子层之下的其他缓冲层可以根据实际应用上的需要进行改变。软基带所在的沉积的位置，为正对羽辉末端中心的位置。
(10)将基台加热到600-800℃。优选温度为600-700℃。期间维持PLD镀膜腔体内的真空环境。
(11)在PLD镀膜腔室中以一定速率通入高纯氧气和二氧化碳，维持腔室内气压为5-50Pa之间的一个恒定值。通气方案为氧气与二氧化碳分开通入，氧气从远端口进入镀膜腔体，二氧化碳从近端口进入镀膜腔体(见图1)；优选通氧气速率为20-30sccm；优选通入二氧化碳的速率为3-10sccm；优选腔体内气压为10-30Pa。
(12)用挡板挡住基带，打开激光，设置光频率为2-10Hz，控制激光能量密度为1～8J/cm2，进行2-15mins的预沉积；优选激光能量密度为1.5～3.5J/cm2，优选频率为5Hz。期间调节靶材与基带之间的距离，使得羽辉末端与基带之间的距离为0.5-2.5cm；优选羽辉末端与基带之间的距离为1cm左右。
(13)预沉积结束后，打开挡板，使基带散热2-10mins。
(14)打开激光，能量设置为与所述步骤(12)中预沉积时所使用的激光能量相同，频率为2-6Hz；进行沉积。优选激光频率为5Hz；优选沉积时间为20-40mins。
(15)沉积结束后，如果采取原位退火处理，就需在PLD镀膜腔体中通入氧气或氮气，使得腔体中气压维持在101-105Pa；将温度从沉积温度降至原位退火温度的降温速率为1-10℃/min；所述原位退火温度为450-650℃；所述原位退火时间为0-3h；将温度从原位退火温度降至室温时的降温速率为1-10℃/min；退火方案优选原位退火。优选退火停留温度为500-600℃，优选退火气体为氧气，优选退火气压为1×104-8×104Pa,优选升降温速率为5-8℃/min。
(16)如果采取异位退火，则将基台温度从沉积温度降至室温，降温速率为1-10℃/min；将制备得到的薄膜放置于通氧加热炉中，进行通氧或通氮气退火处理。退火停留温度为450-650℃；退火停留时间为0-3h；升降温速率为1-10℃/min。
本发明制备出零电阻转变温度为97K左右的(Cu,C)Ba2Ca3Cu4O11薄膜，起始转变温度为116K。具有高不可逆磁场。不可逆磁场线Hirr(T)的定义是固定温度下对应零电阻的磁场线，其值越高，超导体强电应用性能就越好。改善制备和后处理条件后，有望使得转变宽度变窄。
有益效果：本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明方法通过脉冲激光沉积技术，优化薄膜制备条件，可以再调节二氧化碳和氧气进气的位置和角度，制备出零电阻转变温度高于97K的(Cu,C)Ba2Ca3Cu4O11薄膜，起始转变温度达到116K。具有高临界温度和高不可逆磁场。优化条件后，可以继续提升零电阻温度和不可逆磁场。
2.本发明方法通过优化薄膜制备条件以及调节二氧化碳和氧气进气的位置和角度，在软基带上制备出c轴取向的(Cu,C)Ba2Ca2Cu3O9薄膜，之前未见报道。其零电阻转变温度为97K,高于第二代高温超导带材YBCO超导转变温度。但是基于对于(Cu,C)Ba2Ca2Cu3O9块材相性质的理解，临界温度和不可逆磁场可以进一步提升。
3.(Cu,C)Ba2Can-1CunO2n+3(n＝3,4)超导材料具有无毒，高临界温度，高不可逆场等特点。在金属软基带上成功制备出其薄膜材料，能方便投入实用，这将有着广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明中二氧化碳和氧气通入口相对于基带和靶材位置的示意图。
图2是本发明实施例一制备的(Cu,C)Ba2Ca3Cu4O11薄膜的R-T关系图。
图3是本发明实施例二制备的(Cu,C)Ba2Ca2Cu3O9薄膜的R-T关系图。
图4是本发明实施例二制备的(Cu,C)Ba2Ca2Cu3O9薄膜的XRD衍射谱图。
图5是本发明实施例三制备的(Cu,C)Ba2Ca2Cu3O9薄膜的R-T关系图
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：一种在YAlO3基底上生长(Cu,C)Ba2Ca3Cu4O11薄膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照Ba2Ca3Cu4.6Oy的配比称取一定质量的高纯BaCO3，CaCO3和CuO混合后在研钵中研磨两个小时以上得到均匀粉末；均匀粉末颗粒小于10微米；将研磨均匀的粉末置于坩埚中或刚玉片上，放入加热炉中，在空气中进行热处理；热处理温度为800℃，热处理恒温时间为24h；选取BaO,CaO分别替代BaCO3，CaCO3没有区别。
(2)将上述步骤中得到的产物置于研钵中捣碎，研磨两个小时以上，得到均匀粉末。将粉末用模具施以10MPa的压力压成片，放入加热炉中进行热处理；热处理温度为830℃，热处理保温时间为24h。重复该步骤三次。这次施压以5MPa、15MPa均可。
(3)将在所述步骤(2)中得到的块体置于研钵中捣碎并研磨成均匀粉末，用模具施以10MPa的压力压成片。然后用真空袋密封后，置于液压机中，施以66MPa(50或100MPa亦可)的压强进行压制。取出块体，置于加热炉中进行热处理。热处理温度为860℃，热处理保温时间为48h；以上热处理升降温速率均为5℃/min；
热处理温度800℃-900℃均可；热处理保温时间为24-48h，保温时间72h亦可；热处理升温速率为2-5℃/min，冷却降温速率为2-5℃/min均可得到基本相同的结果。
(4)将在所属步骤(3)中制备的靶材进行抛光，然后装在PLD镀膜真空腔体中；将基底固定在基台正对激光羽辉的位置，然后装在PLD镀膜真空腔体中；
(5)将基台加热到650℃。期间维持PLD镀膜腔体内的真空环境。温度稳定后，在PLD镀膜腔室中通入高纯氧气和二氧化碳。如图1，氧气以30sccm的速率从远端口通入，二氧化碳以5sccm的速率从近端口通入，维持腔体内气压为20Pa。二氧化碳的体积一般是氧气的10％-25％。
(6)用挡板挡住基底，打开激光，激光能量密度为1.5～3.5J/cm2，频率为5Hz，可以进行5mins的预沉积；调节靶材与基底之间的距离为4cm。预沉积结束，温度稳定后，进行薄膜的沉积，沉积时间为20mins，激光能量与频率维持不变。
(7)沉积结束后，在PLD镀膜腔室中氧气或氮气，使得腔室中气压维持在5×104Pa左右。以5℃/min的速率将温度降至450-550℃，停留1h进行原位退火；然后再以5℃/min的速率将温度降至室温。
本实施例实验测试分析：
对本实施例制备的(Cu,C)Ba2Ca3Cu4O11薄膜进行表征测量。采用综合物性测量系统(PPMS)测量薄膜的R-T曲线。图2是薄膜的电阻率随温度变化的关系，可以看出薄膜的零电阻温度约97K。以90％的正常态电阻为标准，其起始转变温度为116K左右。
对本实施靶材制备过程中，研磨烧制作次数多，保证了靶材成分的均匀性。该方法制备出的(Cu,C)Ba2Ca3Cu4O11薄膜转变温度超过报道的最大值。
实施例二：一种在帽子层为CeO2的软基带上生长(Cu,C)Ba2Ca2Cu3O9薄膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)靶材制备方法与实施例一相同。
(2)将软基带用银胶粘在腔内基台正对激光羽辉的位置，用加热台烘干后，装入PLD镀膜真空腔体中；基带在基台上沉积，批量时可以基带运动连续方式沉积；
(3)将基台加热到640℃。温度稳定后，在PLD镀膜腔室中通入高纯氧气和二氧化碳，如图1，氧气以30sccm的速率从远端口通入，二氧化碳以5sccm的速率从近端口通入，维持腔体内气压为20Pa。
(4)调节靶材与基带之间的距离为4cm。调节激光能量密度为1.5～3.5J/cm2，频率为5Hz，进行5mins的预沉积；预沉积结束，温度稳定后，进行薄膜的沉积，沉积时间为20mins，激光能量与频率维持不变。
(5)沉积结束后，在PLD镀膜腔体中通入高纯氧气，使得腔体中气压维持在5×104Pa左右。以5℃/min的速率将温度降至500℃，停留1h进行原位退火；然后再以5℃/min的速率将温度降至室温。
原料配比为：(Cu,C)Ba2Ca2Cu3.5Oy亦能制备出(Cu,C)Ba2Ca2Cu3O9。
也可用不锈钢、铜基或镀银带材作为基材，选择合适的缓冲层和本发明选取的帽子层(材料)，也是本发明的保护范围之内。如使用金属软基带：膜结构为CeO2/Epi-MgO/IBAD-MgO/Y2O3/Al2O3/金属合金基底。金属合金基底不限于NiW合金和Hastelloy合金(哈氏合金)。
本实施例实验测试分析：
对本实施例制备(Cu,C)Ba2Ca2Cu3O9薄膜进行表征，采用综合物性测量系统(PPMS)测量薄膜的R-T曲线。图3是薄膜的电阻率随温度变化关系曲线。如图中所标明，薄膜的零电阻温度约91K.以90％的正常态电阻为标准，其起始转变温度为105K。图4是该薄膜的X射线衍射谱，显示了薄膜的(00L)衍射峰，指明该薄膜是c取向的。利用激光脉冲沉积技术在软基带上生长了(Cu,C)Ba2Ca2Cu3O9薄膜。软基带帽子层上为CeO2,其面内晶格常数与薄膜的接近，较小的晶格适配，这样能长出更高质量的薄膜。薄膜生长后在高纯氧气中进行热处理，可以减少生长过程中薄膜可能出现的缺陷以及氧的缺失。
实施例三：一种在帽子层为LaMnO3的软基带上生长(Cu,C)Ba2Ca2Cu3O9薄膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)靶材制备方法与实施例一相同。使用配比为(Cu,C)Ba2Ca2Cu3.5Oy的原材料，用同样方法制备的靶材也能得到同样结果。
(2)将软基带用银胶粘在腔内基台正对激光羽辉的位置，用加热台烘干后，装入PLD镀膜真空腔体中；
(3)将基台加热到645℃。温度稳定后，在PLD镀膜腔室中通入高纯氧气和二氧化碳，如图1，氧气以30sccm的速率从远端口通入，二氧化碳以5sccm的速率从近端口通入，维持腔体内气压为20Pa。
(4)调节靶材与基带之间的距离为4cm。调节激光能量密度为1.5～3.5J/cm2，频率为5Hz，进行5mins的预沉积；预沉积结束，温度稳定后，进行薄膜的沉积，沉积时间为20mins，激光能量与频率维持不变。
(5)沉积结束后，在PLD镀膜腔体中通入高纯氧气，使得腔体中气压维持在20Pa左右。以5℃/min速率将温度降至室温。
本实施例实验测试分析：
对本实施例制备(Cu,C)Ba2Ca2Cu3O9薄膜进行表征，采用综合物性测量系统(PPMS)测量薄膜的R-T曲线。图5是薄膜的电阻率随温度变化关系曲线。如图中所标明，薄膜的零电阻温度约97K.以90％的正常态电阻为标准，其起始转变温度为113K。其转变温度高于在帽子层为CeO2的软基带上生长的薄膜。该薄膜是c取向的。在不同退火条件下，可以调节薄膜不同掺杂程度，提高其超导转变温度。
上面结合附图对本发明实施例进行说明，但本发明不限于上述实施例子。在不脱离本发明权利要求书所述的目的和精神的情况下，任何对该在金属软基带上制备(Cu,C)Ba2Can-1Cun O2n+3(n＝3,4)超导薄膜的方法进行改变、修饰等各种变化，都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种在金属软基带上制备(Cu,C)Ba2Can-1CunO2n+3(n＝3,4)超导薄膜的方法，其特征在于：
(1)按照化学配比称取一定质量的钡，钙和铜的氧化物或碳酸盐混合后研磨成均匀粉末；然后放在加热炉中进行热处理；
(2)将在上述步骤中制备得到的产物捣碎并研磨成均匀粉末；均匀粉末置于模具中压成片；然后放在加热炉中进行热处理得到块体；
(3)重复所述步骤(2)2-8次；
(4)将在所述步骤(3)中得到的块体置于研钵中捣碎并研磨成均匀粉末；将粉末置于模具中压成片；然后放在密封袋中进行真空封装，再置于液压机中进行进一步压制；
(5)将所述步骤(4)中压制好的块体放在加热炉中进行热处理得到PLD靶材；
(6)将在所属步骤(5)中制备的靶材进行抛光，然后装在PLD镀膜腔体中；
(7)选取基于金属合金基底并具有缓冲层的软基带，其最上层帽子层与(Cu,C)Ba2Can-1CunO2n+3(n＝3,4)材料晶格常数相匹配；将其固定于已抛光的基台的合适位置上，然后装在PLD镀膜腔体中，维持腔体真空度进行加热；
步骤(1)，(2)和(5)中，热处理温度为750-950℃；
(8)在PLD镀膜腔体中以一定流速分别通入高纯氧气和二氧化碳，维持腔体内气压恒定；
(9)调节靶材与软基带之间的距离，使得羽辉末端与软基带之间的距离合适；温度稳定后，进行薄膜的沉积生长；
(10)沉积结束后，在PLD镀膜腔体中通入氧气或氮气，进行原位退火处理；或直接降至室温，将样品放在通气加热炉中进行异位退火处理。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述使用原料为高纯BaCO3或BaO，CaCO3或CaO，CuO；对于(Cu,C)Ba2Ca3Cu4O11制备所使用的靶材，其中Cu的配比为4.2-4.8；对于(Cu,C)Ba2Ca2Cu3O9制备所使用的靶材，其中Cu的配比为3.2-3.8；或使用制备(Cu,C)Ba2Ca3Cu4O11薄膜所用的靶材，调节薄膜生长时的条件，亦可制备出(Cu,C)Ba2Ca2Cu3O9；按量称取原料后，将其混合，充分研磨，使其成分均匀。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(1)，(2)和(5)中，热处理温度为750-950℃；热处理升温速率为1-10℃/min，热处理恒温时间为12-72h，冷却降温速率为1-10℃/min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，靶材用水压机进一步压制时，压力为40-100Mba。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(7)中，使用的软基带结构为帽子层/其他缓冲层/金属合金基带；金属合金基底包括但不限于NiW合金和Hastelloy合金；帽子层为与薄膜晶格常数相匹配的CeO2,LaAlO3,SrTiO3,YAlO3,LaMnO3,YSZ,LaSrAlO4,LSAT,NdGaO3。
6.根据权利要求1-5任一所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(8)中，所述通气方案为氧气与二氧化碳分开通入；氧气从远端口以10-50sccm的速率进入镀膜腔体；二氧化碳从近端口以3-30sccm的速率进入镀膜腔体；所述镀膜腔体中的气压为5-50Pa。
7.根据权利要求1-5任一所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(9)中，腔体内基台温度为600-800℃，所述激光能量密度为1～8J/cm2；所述激光频率为2-10Hz；所述羽辉末端与软基带之间的距离为0.5-2.5cm。
8.根据权利要求1-5任一所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤(10)，如果采取原位退火处理，就需在PLD镀膜腔体中通入氧气或氮气，使得腔体中气压维持在101-105Pa；将温度从沉积温度降至原位退火温度的降温速率为1-10℃/min；所述原位退火停留温度为450-650℃；所述原位退火停留时间为0-3h；将温度从原位退火温度降至室温时的降温速率为1-10℃/min；如果采取异位退火，则将温度从沉积温度降至室温，降温速率为1-10℃/min；将制备得到的薄膜放置于通气加热炉中，进行通氧气或通氮气退火处理；退火停留温度为450-650℃；退火停留时间为0-3h；升降温速率为1-10℃/min。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，帽子层之下的缓冲层根据实际应用上的需要进行选择，包括但不限于Epi-MgO/IBAD-MgO/Y2O3/Al2O3。
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