DE112004001309T5 - Verfahren zur Herstellung einer Vorläufer-Lösung für die metallorganische Abscheidung unter Verwendung eines supraleitenden Oxids und ein Dünnschicht-Supraleiter - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Vorläufer-Lösung für die metallorganische Abscheidung unter Verwendung eines supraleitenden Oxids und ein Dünnschicht-Supraleiter Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Vorläufer-Lösung für die metallorganische Abscheidung unter Verwendung eines supraleitenden Oxids als Ausgangsmaterial, umfassend:
a) Dispergieren eines Pulvers von supraleitendem Material in einer wässerigen TFA-Säure-Lösung und deren Erwärmung, um das Pulver in der wässerigen TFA-Säure-Lösung zu lösen;
b) Erhöhen der Temperatur eines heißen Substrats, wenn das Pulver vollständig gelöst und die Lösung klar ist, und kontinuierliche Erwärmung bis die Lösung eingedampft ist und in einem viskosen Gelzustand vorliegt;
c) Beenden der Erwärmung, wenn die Lösung ihr Fließvermögen vollständig verliert, und Abkühlen der Lösung; und
d) Lösen der Verbindung in dem bei Raumtemperatur gehärteten Gelzustand in einem organischen Lösungsmittel, um eine metallorganische Abscheidungslösung zur Beschichtung bereitzustellen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorläufer-Lösung unter Verwendung von Pulver eines supraleitenden Oxids als Ausgangsmaterialien, ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrats (Keramik, Nickelmetall, Nickellegierung, rostfreier Stahl etc.) mit einer epitaktischen Dünnschicht unter Verwendung der Vorläufer-Lösung und einen mit den Verfahren hergestellten Hochtemperatur-Supraleiter.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Zur Abscheidung einer supraleitenden Dünnschicht, enthaltend SEBa2Cu3O7-X (SE = Seltenerdelemente wie Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu etc. oder eine Mischung der Elemente) auf einer Metalloxid-Matrize, welche hergestellt wird durch Abscheidung eines texturierten Oxid-Beschichtungsmaterials auf Nickel mit einer {100}<100>-Textur oder einer Nickelbasislegierung oder einem Metallsubstrat, hergestellt durch epitaktische Abscheidung von Nickel auf einer Nickelbasislegierung, oder einem Metallsubstrat, gebildet durch Abscheidung einer texturierten Keramikschicht auf einer solchen Legierung wie rostfreiem Stahl oder Hastalloy, unter Anwendung eines metallorganischen Abscheidungsverfahrens („metal organic deposition"; MOD), ist es erforderlich, eine metallorganische Vorläufer-Lösung herzustellen, die Kationen von Oxid-Supraleitern enthält, so dass effektiv eine epitaktische Dünnschicht während Wärmebehandlungen für supraleiten de Dünnschichten hoher Qualität mit einer kritischen Stromdichte oberhalb von 105A/cm2 gebildet wird.
  • Ferner ist es nach Abscheidung der metallorganischen Vorläufer-Lösung auf dem Substrat erforderlich, einen Sauerstoffpartialdruck, einen Wasserdampfdruck (P), eine Wärmebehandlungstemperatur, eine Wärmebehandlungszeit, einen Gasstrom oder dgl. effektiv zu kontrollieren.
  • Unter den metallorganischen Lösungsmitteln, welche zur Herstellung einer bei hoher Temperatur supraleitenden Dünnschicht mit einem Verfahren unter Verwendung einer solchen chemischen Lösung bisher verwendet wurden, ist jedoch dasjenige, welches die besten Eigenschaften zeigt, eine Trifluoressigsäure(TFA)-Lösung.
  • Bei dem typischen Verfahren zur Herstellung der Vorläufer-Lösung, das bisher benutzt wurde, wird die Vorläufer-Lösung durch jeweiliges Lösen von Yttrium(Y)-Acetat, Barium(Ba)-Acetat, Kupfer(Cu)-Acetat in der TFA-Lösung entsprechend den Kationenverhältnissen eines supraleitenden Endprodukts (beispielsweise Y:Ba:Cu = 1:2:3) hergestellt und dann wird durch einen Dampfdestillationsprozess und einen Umschmelz-Polymerisationsprozess (Rückfluss) die Vorläufer-Lösung, in der das Kationenverhältnis von Y, Ba, Cu 1:2:3 beträgt, hergestellt und auf dem Substrat abgeschieden.
  • Dieses Verfahren wird durchgeführt durch Lösen von Acetatverbindungen von Y, Ba, Cu in der TFA-Lösung, um ein kationisches Polymer mit einem Zusammensetzungsverhältnis von 1:2:3 durch einen Polymerisationsprozess zu bilden, und durch Gelieren, um ein TFA-Polymer von Y, Ba, Cu in einem Gelzustand zu erhalten, und durch Verdünnen des Polymers mit Methanol, um ein Material zur Verwendung als Abscheidungslösung bereitzustellen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • In den genannten Verfahren ist es erforderlich, die jeweiligen Verhältnisse und jeweiligen Reinheiten von Y-, Ba-, Cu-Acetat genau einzustellen. Die Kosten des bei dieser Technik verwendeten Acetats sind somit hoch und wenn kein Metallacetat hoher Reinheit verwendet wird, besteht ein Nachteil insofern als dass das Verfahren und das Produkt für Verunreinigungen anfällig sind. Ferner ist es erforderlich, die Herstellungsbedingungen der Vorläufer-Lösung präzise zu kontrollieren, um ein gutes Polymer herzustellen. Ferner ist es zur Verwendung eines anderen Seltenerdmetalls als Yttrium erforderlich, Acetat herzustellen, das andere Seltenerdmetalle enthält, und ferner ist es schwierig, andere Elementlegierungen zuzusetzen.
  • Technische Lösung
  • Deshalb ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Lösung der im Stand der Technik bestehenden Probleme und die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorläufer-Lösung, in der die Kationenverhältnisse von einem Seltenerdelement oder einer festen Lösung von Seltenerdmetallen (Yttrium(Y), Lanthan(La), Cerium(Ce), Praseodymium(Pr), Neodymium(Nd), Samarium(Sm), Europium(Eu), Gadolinium(Gd), Terbium(Tb), Dysprosium(Dy), Holmium(Ho), Erbium(Er), Thulium(Tm), Ytterbium(Yb), Lutetium(Lu) oder dgl.), Barium und Kupfer vorzugsweise 1:2:3 betragen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Supralei ters durch epitaktische Abscheidung von mindestens einer keramischen Pufferschicht (eines von CeO2, MgO, YSZ, SrTiO3, LaAlO3, RuSrO, Gd2O3, Y2O3 oder deren Mischung) auf einem Metallsubstrat mit einer {100}<100>-Textur und, unter Anwendung eines MOD-Verfahrens, epitaktische Abscheidung der SEBa2Cu3O7-x-Gruppe (SE = Seltenerdelemente wie Y, La, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu etc. oder eine Mischung davon) einer supraleitenden Dünnschicht.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • Die obigen Aufgaben, weiteren Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsform unter Bezug auf die Begleitzeichnungen ersichtlich werden, worin:
  • 1 eine Ansicht zur Illustration von Prozessierungssequenzen eines Verfahrens zur Herstellung einer supraleitenden Dünnschicht ist;
  • 2 ein Diagramm zur Illustration eines Verfahrens zur Kalzinierungs-Wärmebehandlung einer TFA-Lösung von Pulver eines supraleitenden Materials ist;
  • 3 ein Diagramm zur Illustration eines Verfahrens zur Konversions-Wärmebehandlung einer supraleitenden Dünnschicht ist;
  • 4 ein Diagramm zur Illustration des Ergebnisses einer Röntgendiffraktionsanalyse der hergestellten supraleitenden Dünnschicht ist;
  • 5, 6, 7, 8 Ansichten zur Illustration von Mikrostrukturen der hergestellten supraleitenden Dünnschicht sind;
  • 9 ein Diagramm zur Illustration von Ergebnissen der Messung einer kritischen Übergangstemperatur der hergestellten supraleitenden Dünnschicht ist;
  • 10 ein Diagramm zur Illustration von Ergebnissen der Messung einer kritischen Stromdichte der hergestellten supraleitenden Dünnschicht ist.
  • Beste Ausführungsform
  • Die vorliegende Erfindung kann umfassen die Vorgänge des Dispergierens von Pulver eines supraleitenden Materials in einer wässerigen TFA-Säure-Lösung und deren Erwärmung zur Lösung des Pulvers in der wässerigen TFA-Säure-Lösung; des Rühren der Lösung bei einer erhöhten Temperatur, bis das Pulver vollständig gelöst und die Lösung klar ist, und des Haltens der Lösung bei einer erhöhten Temperatur, bis die Lösung eingedampft ist und sich in einem viskosen Gelzustand befindet; des Beendens der Erwärmung, wenn die Lösung ihr Fließvermögens vollständig verliert, und Abkühlens der Lösung; und des Schmelzens der Verbindung in dem bei Raumtemperatur gehärteten Gelzustand in einem organischen Lösungsmittel, vorzugsweise Methanol, um eine Yttrium-TFA/Barium-TFA/Kupfer-TFA-Lösung zur Beschichtung bereitzustellen. Alternativ wird zur Eindampfung der Lösung vakuumgetrocknet.
  • Vorzugsweise kann eine Gesamtkationenkonzentration der Yttrium-TFA/Barium-TFA/Kupfer-TFA-Lösung zur Beschichtung im Bereich von 0, 1 ~ 6 Mol liegen.
  • Vorzugsweise kann das Pulver des supraleitenden Materials SEBa2Cu3O7-x (SE = Seltenerdelemente wie Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, etc. oder deren Kombination) mit einem Kationenverhältnis von SE:Ba:Cu = 1:2:3 sein. Das Kationenverhältnis von SE:Ba variiert jedoch in Abhängigkeit von der ausgewählten Seltenerdmetallen als SE:Ba = 1–x:2(1+x)(–0,2 < x <0,2).
  • Ferner kann als Pulver des supraleitenden Materials vorzugsweise ein Pulver einer 123-Verbindung, hergestellt aus einer Mischung von Seltenerdelementen (Ya, Ybb, Smc, Lad, Nde, Hof, Gdg...)1Ba2Cu3O7-x (a+b+c+d+e+f+g+...= 1, 0< x <0,5), verwendet werden.
  • Vorzugsweise kann das organische Lösungsmittel eines sein, das aus der Gruppe bestehend aus Methylalkohol, Ethylalkohol, Methoxyethanol(Methylolglycolmonomethylether) ausgewählt ist.
  • In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters vom Dünnschichttyp unter Anwendung eines metallorganischen Abscheidungsverfahrens bereitgestellt und das Verfahren kann beinhalten die Verfahrensschritte: Dispergieren von Pulver eines supraleitenden Materials in einer wässerigen TFA-Säure-Lösung und dessen Erwärmung, um das Pulver in der TFA-Lösung zu lösen; Aufrechterhalten der wässerigen TFA-Säure-Lösung, bis das Pulver vollständig gelöst und die Lösung klar ist, und Halten der Lösung bei erhöhter Temperatur, bis die Lösung eingedampft ist und sich in einem viskosen Gelzustand befindet; Beenden der Erwärmung, wenn die Lösung ihr Fließvermögen vollständig verliert, und Abkühlen der Lösung; Schmelzen der Verbindung in dem bei Raumtemperatur gehärteten Gelzustand in einem organischen Lösungsmittel, vorzugsweise Methanol, um eine Yttrium-TFA/Barium-TFA/Kupfer-TFA-Lösung zur Beschichtung zu ergeben; Abscheiden der Yttrium-TFA/Barium-TFA/Kupfer-TFA-Lösung zur Beschichtung auf einem texturierten Metallsubstrat, das mindestens eine Oxid-Pufferschicht darauf aufweist, oder einem Einzelkristallsubstrat mit einer geringen Dicke; nach dem Abscheiden der Vorläufer-Lösung deren Trocknung, um eine Dünnschicht zu bilden; und Anwendung von Kalzinierungs- und Konversions-Wärmebehandlungen bei der Dünnschicht, um die Dünnschicht mit einem Supraleitungsvermögen auszustatten.
  • Vorzugsweise kann bei dem Verfahren zur Abscheidung einer Dünnschicht Schleuderbeschichtung, Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung oder ein Übertragungssystem, wie Schlitzdüsenbeschichtung, eingesetzt werden.
  • Ferner erfolgt der Vorgang der Abscheidung einer Dünnschicht auf dem texturierten Metallsubstrat oder Einzelkristallsubstrat. Das texturierte Metallsubstrat und Einzelkristallsubstrat können eine darauf abgeschiedene keramische Mittelschicht aufweisen, welche dazu dient, die Reaktion mit einer supraleitenden Schicht auf der Metalloberfläche zu verhindern und die Kristallinität der biaxial orientierten Textur des Substrats auf die supraleitende Schicht zu übertragen. Das texturierte Metallsubstrat umfasst eines von gewalztem wärmebehandelten Ni, einer Legierung auf Ni-Basis (Ni-W, Ni-Cr, Ni-Cr-W, etc.), Silber oder Silberlegierung und einem kubisch kristallinen Metall, wie z.B. ein(e) Ni-Silberkomplex oder -legierung. Der Einzelkristall ist beispielsweise MgO(100), LaAlO3(100) oder SrTiO3(100) etc.
  • Vorzugsweise kann die Gesamtkationenkonzentration der Yttrium-TFA/Barium-TFA/Kupfer-TFA-Lösung zur Beschichtung im Bereich von 0,1 ~ 6 Mol liegen.
  • Vorzugsweise kann als Pulver des supraleitenden Materials SEBa2Cu3O7-x (SE = Seltenerdmetalle wie Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu etc., oder eine Mischung davon) eingesetzt werden.
  • Vorzugsweise kann das organische Lösungsmittel eines sein, das aus der Gruppe bestehend aus Methylalkohol, Ethylalkohol, Methoxyethanol(Methylolglycolmonomethylether) ausgewählt ist.
  • Ausführungsform der Erfindung
  • Nunmehr wird detailliert auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den Begleitzeichnungen erläutert sind.
  • In der folgenden Erläuterung wird eine Beschreibung durch die Begleitzeichnungen hinzugefügt, um das vollständige Verständnis der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu erleichtern, es versteht sich jedoch für Fachleute, dass die vorliegende Erfindung ohne eine detaillierte Beschreibung der Zeichnungen ausgeführt werden kann.
  • Gelegentlich wird eine Beschreibung der hauptsächlichen Elemente oder Bestandteile der bekannten Technik unterlassen werden, falls sie den wesentlichen Punkt der Erfindung unnötig verschleiert. Dies soll jede Möglichkeit zur Unklarheit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung vermeiden.
  • 1 erläutert das Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters mit Supraleitfähigkeit, welcher gebildet wird durch Herstellung einer Vorläufer-Lösung unter Verwendung eines Oxidpulvers und deren Abscheidung auf einem Substrat und anschließend Vornahme einer Wärmebehandlung damit.
  • 2 illustriert ein Verfahren einer Kalzinierungs-Wärmebehandlung einer TFA-Lösung eines Pulvers von supraleitendem Material.
  • 3 illustriert ein Verfahren einer Konversions-Wärmebehandlung einer supraleitenden Dünnschicht.
  • 4 illustriert das Ergebnis einer Röntgendiffraktionsanalyse der hergestellten supraleitenden Dünnschicht. Dementsprechend lehrt sie, dass die supraleitende Oxid-Phase in einer (c)-Achse orientiert ist.
  • Die 5, 6, 7, 8 illustrieren als Ergebnis der Überprüfung von Mikrostrukturen der Probe, dass supraleitende Kristallkörner gebildet werden.
  • 9 illustriert das Ergebnis der Messung einer kritischen Supraleitungstemperatur der Probe, welche unterhalb von 89,3 K in einen supraleitenden Zustand überführt wird.
  • 10 erläutert das Messergebnis einer kritischen Supraleitungsstromdichte der Probe, bei der eine kritische Stromdichte 0,85 MA/cm<sup>2</sup> ist, wenn die Dicke der Dünnschicht 0,3 μm und deren Breite 3 mm beträgt.
  • Nunmehr wird im Folgenden das Verfahren der vorliegenden Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform erläutert werden.
  • 1/100 Mol eines supraleitenden Pulvers, YBa2Cu3O7-x, wird in 30 ml wässeriger TFA-Säure-Lösung gelöst. Zu diesem Zeitpunkt kann die Lösung erwärmt werden, um das Pulver des supraleitenden Oxids vollständig zu lösen, vorzugsweise unterhalb von 80°C.
  • Wenn das Pulver vollständig gelöst und die Lösung klar ist, wird die Temperatur der Lösung unterhalb von 80°C gehalten, um die Lösung einzudampfen, bis die Lösung in einen viskosen Gelzustand übergegangen ist.
  • Wenn die Lösung ihr Fließvermögen fast vollständig verliert, wird die Erwärmung gestoppt und die Lösung gekühlt.
  • Die Verbindung in einem bei Raumtemperatur gehärteten Gelzustand wird in 20 ml Methylalkohol gelöst, um eine Yttrium-TFA/Barium-TFA/Kupfer-TFA-Lösung zur Beschichtung mit 1 ~ 6 Mol Gesamtkationenkonzentration zu ergeben.
  • Durch Tropfen der Vorläufer-Lösung auf ein rotierendes Substrat wird eine Dünnschicht auf einem LaAlO3-Einzelkristallsubstrat abgeschieden, oder zur Abscheidung kann eine Beschichtungstechnik wie Tauchen, Besprühen, Übertragen oder dgl. eingesetzt werden, und dann wird durch einen Trocknungsprozess eine Vorläufer-Dünnschicht gebildet.
  • Eine Kalzinierungs-Wärmebehandlung wird mit der Vorläufer-Dünnschicht durchgeführt, wie in 2 gezeigt, um Lösungsmittel und Verunreinigungen wie Wasser und TFA-Säure zu verdampfen und eine kalzinierte Dünnschicht zu bilden, und durch eine Wärmebehandlung wie in 3 gezeigt wird eine supraleitende Phase auf dem Substrat gebildet.
  • Die Kalzinierungs-Wärmebehandlung wird in Gegenwart von Sauerstoff, Stickstoff, Argon, enthaltend Wasserdampf mit einem Taupunkt von 20 ~ 75°C, oder einem gemischten Gas davon bei einer Erwärmungsgeschwindigkeit von 0,5 ~ 1°C pro Minute durchgeführt und die Erwärmung wird bis zu einer Temperatur von 300 ~ 500°C durchgeführt, um den metallorganischen Vorläufer, bestehend aus Metallionen und TFA, zu zersetzen.
  • Die Konversions-Wärmebehandlung wird durchgeführt durch Erwärmung in Gegenwart von Stickstoff oder Argon, enthaltend 100 ~ 1000 ppm Sauerstoff und Wasserdampf mit einem Taupunkt von 20 ~ 75°C, für 0,25 ~ 4 Stunden bei einer Temperatur von 650 ~ 850°C, um die kalzinierte Dünnschicht in eine epitaktisch gewachsene Oxid-Supraleiter-Dünnschicht zu überführen.
  • Während der Konversions-Wärmebehandlung wird die Dünnschicht mit einer Erwärmungsrate von 5 ~ 20°C pro Minute bis zu einer Temperatur von 650 ~ 850°C erwärmt und für 0,25 ~ 4 Stunden dort gehalten, bis die kalzinierte Dünnschicht, bestehend aus Oxiden und Oxyfluorid, vollständig in die SEB-CO-Oxid-Supraleiter-Phase </p> überführt ist.
  • Im Temperaturbereich von 400 ~ 500°C während der Abkühlung wird die Dünnschicht für 1 ~ 4 Stunden in einer trockenen Sauerstoffatmosphäre gehalten, um die SEBCO-Oxid-Phase ausreichend mit einem Sauerstoffgas zu füllen, um Supraleitfähigkeit aufzuweisen.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Wie oben beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Supraleiters unter Verwendung von SEBa2Cu3O7-x (SE = Seltenerdelemente wie Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu etc., oder eine Mischung davon) bereit und in dem Verfahren wird eine Vorläufer-Lösung durch Lösen der SEBa2Cu3O7-x-Gruppe von Oxid (SE = Seltenerdelemente wie Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu etc., oder eine Mischung davon) in einer wässerigen TFA-Säure-Lösung hergestellt und durch Verwendung der Vorläufer-Lösung kann ein Supraleiter bereitgestellt werden. Die Vorläufer-Lösung kann einfacher und mit einem niedrigeren Preis als eine herkömmliche Vorläufer-Lösung bereitgestellt werden.
  • Während die vorliegende Erfindung unter Bezug auf deren bevorzugte Ausführungsformen beschrieben und erläutert wurde, wird es für Fachleute auf dem Gebiet ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne über den Geist und Umfang der Erfindung hinauszugehen. Somit ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung die Modifikationen und Variationen dieser Erfindung umfasst, welche im Rahmen der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente liegen.
  • Zusammenfassung
  • Bereitgestellt wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorläufer-Lösung für ein metallorganisches Abscheidungsverfahren unter Verwendung eines supraleitenden Oxids als Ausgangsmaterial, wobei das Verfahren umfasst das Dispergieren eines Pulvers von supraleitendem Material in einer wässerigen TFA-Säure-Lösung und deren Erwärmung, um das Pulver in der TFA-Lösung zu lösen; Erhöhen der Temperatur eines heißen Substrats, wenn das Pulver vollständig gelöst und die Lösung klar ist, und kontinuierliche Erwärmung bis die Lösung eingedampft ist und sich in einem viskosen gelförmigen Zustand befindet; Beenden der Erwärmung, wenn die Lösung ihr Fließvermögen vollständig verliert, und Abkühlen der Lösung; und Lösen der Verbindung in dem bei Raumtemperatur gehärteten Gelzustand in einem organischen Lösungsmittel, um eine metallorganische Abscheidungslösung zur Beschichtung bereitzustellen. Ebenfalls bereitgestellt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters vom Dünnschichttyp unter Verwendung eines metallorganischen Abscheidungsverfahrens, wobei das Verfahren umfasst das Dispergieren eines Pulvers von supraleitendem Material in einer wässerigen TFA-Säure-Lösung und deren Erwärmung, um das Pulver in der TFA-Lösung zu lösen, Erhöhen einer Temperatur eines heißen Substrats, wenn das Pulver vollständig gelöst und die Lösung klar ist, und kontinuierliche Erwärmung bis die Lösung eingedampft ist und sich in einem viskosen Gelzustand befindet; Beenden der Erwärmung, wenn die Lösung ihr Fließvermögen vollständig verliert und Abkühlen der Lösung; Lösen der Verbindung in dem bei Raumtemperatur gehärteten Gelzustand in einem organischen Lösungsmittel, um eine TFA-Vorläufer-Lösung von Pulver eines supraleitenden Materials bereitzustellen; nach der Bildung einer texturierten Oxid-Pufferschicht auf einem texturierten Metallsubstrat oder Bildung einer texturierten Oxid-Matrize auf einem Metallsubstrat und Bildung einer Oxid-Pufferschicht darauf, Tropfen der TFA-Vorläufer-Lösung von Pulver eines supraleitenden Materials auf das Einzelkristall-Metallsubstrat, um eine Dünnschicht abzuscheiden; und Trocknung zur Bildung der Dünnschicht; und Anwendung einer Kalzinierungs-Wärmebehandlung bei der Dünnschicht, um die Dünnschicht mit einem Supraleitungsvermögen auszustatten. Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Supraleiters unter Verwendung von SE-Ba2Cu3O7-x (SE = Seltenerdmetalle wie Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu etc., oder eine Mischung davon) wird eine Vorläufer-Lösung durch Lösen der SE-Ba2Cu3O7-x-Gruppe von Oxid (SE = Seltenerdmetalle wie Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu etc., oder eine Mischung davon) in einer wässerigen TFA-Säure-Lösung hergestellt und durch Verwendung der Vorläufer-Lösung kann der Supraleiter leichter mit einem niedrigeren Preis als mit einer herkömmlichen Vorläufer-Lösung bereitgestellt werden.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Vorläufer-Lösung für die metallorganische Abscheidung unter Verwendung eines supraleitenden Oxids als Ausgangsmaterial, umfassend: a) Dispergieren eines Pulvers von supraleitendem Material in einer wässerigen TFA-Säure-Lösung und deren Erwärmung, um das Pulver in der wässerigen TFA-Säure-Lösung zu lösen; b) Erhöhen der Temperatur eines heißen Substrats, wenn das Pulver vollständig gelöst und die Lösung klar ist, und kontinuierliche Erwärmung bis die Lösung eingedampft ist und in einem viskosen Gelzustand vorliegt; c) Beenden der Erwärmung, wenn die Lösung ihr Fließvermögen vollständig verliert, und Abkühlen der Lösung; und d) Lösen der Verbindung in dem bei Raumtemperatur gehärteten Gelzustand in einem organischen Lösungsmittel, um eine metallorganische Abscheidungslösung zur Beschichtung bereitzustellen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gesamtkationenkonzentration der organischen Abscheidungslösung zur Beschichtung im Bereich von 0,1 ~ 6 Mol liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Pulver des supraleitenden Materials ein Pulver einer 123-Verbindung, hergestellt aus einer Mischung von Seltenerdelementen (Ya, Ybb, Smc, Lad, Nde, Hof, Gdg...)1Ba2Cu3O7-x (a+b+c+d+e+f+g+...= 1, 0< x <0,5), verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das organische Lösungsmittel eines ist, das aus der Gruppe bestehend aus Me thylalkohol, Ethylalkohol, Methoxyethanol(Methylolglycolmonomethylether) ausgewählt ist.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Supraleiters vom Dünnschichttyp unter Anwendung eines metallorganischen Abscheidungsverfahrens, umfassend: a) Dispergieren eines Pulvers von supraleitendem Material in einer wässerigen TFA-Säure-Lösung und deren Erwärmung, um das Pulver in der TFA-Lösung zu lösen; b) Erhöhen der Temperatur eines heißen Substrats, wenn das Pulver vollständig gelöst und die Lösung klar ist, und kontinuierliche Erwärmung bis die Lösung eingedampft ist und sich in einem viskosen Gelzustand befindet; c) Beenden der Erwärmung, wenn die Lösung ihr Fließvermögen vollständig verliert, und Abkühlen der Lösung; und d) Lösen der Verbindung in dem bei Raumtemperatur gehärteten Gelzustand in einem organischen Lösungsmittel, um eine metallorganische Abscheidungslösung zur Beschichtung bereitzustellen; e) Abscheiden der metallorganischen Abscheidungslösung auf einem texturierten Metallsubstrat oder einem Einzelkristallsubstrat mit einer geringen Dicke; f) nach Abscheiden der Vorläufer-Lösung deren Trocknung zur Bildung einer Dünnschicht; und g) Anwendung einer Kalzinierungs-Wärmebehandlung bei der getrockneten Dünnschicht, um die Dünnschicht, bestehend aus Oxiden und Oxyfluorid, bereitzustellen; h) Anwendung einer Konversions-Wärmebehandlung bei der kalzinierten Dünnschicht, um sie in die Oxid-Supraleiter-Phase von SEBa2Cu3O7-x (SE = Seltenerdmetalle wie Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu etc., oder eine Mischung davon) zu überführen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt der Abscheidung einer Dünnschicht unter Anwendung von Schleuderbeschichtung, Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung oder eines Übertragungssystems wie Schlitzdüsenbeschichtung durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Vorgang der Abscheidung einer Dünnschicht auf dem texturierten Metallsubstrat oder Einzelkristallsubstrat erfolgt und das texturierte Metallsubstrat oder Einzelkristallsubstrat eine darauf abgeschiedene keramische Mittelschicht aufweist, welche dazu dient, die Reaktion mit einer supraleitenden Schicht auf der Metalloberfläche zu verhindern und die Kristallinität der biaxial orientierten Textur des Substrats auf die supraleitende Schicht zu übertragen, und das texturierte Metallsubstrat eines von gewalztem wärmebehandelten Ni, Ni-basierter Legierung (Ni-W, Ni-Cr, Ni-Cr-W, etc.), Silber oder einer Silberlegierung und kubisch kristallinem Metall, wie z.B. ein(e) Ni-Silberkomplex oder -legierung, umfasst und der Einzelkristall z.B. MgO(100), LaAlO3(100) oder SrTiO3(100) etc. ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Gesamtkationenkonzentration der metallorganischen Lösung zur Beschichtung im Bereich von 0,1 ~ 6 Mol liegt.
  9. Verfahren nach Anspruch 5, wobei als Pulver des supraleitenden Materials SEBa2Cu3O7-x (SE = Seltenerdmetalle wie Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu etc., oder eine Mischung davon), verwendet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 5, wobei als Pulver von supraleitendem Material ein Pulver einer 123-Verbindung, hergestellt aus einer Mischung von Seltenerdelementen (Ya, Ybb, Smc, Lad, Nde, Hof, Gdg...)1Ba2Cu3O7-x (a+b+c+d+e+f+g+... = 1, 0< x <0,5), verwendet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das organische Lösungsmittel eines ist, das aus der Gruppe bestehend aus Methylalkohol, Ethylalkohol, Methoxyethanol(Methylolglycolmonomethylether) ausgewählt ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Dicke der endgültigen supraleitenden Dünnschicht gleich oder größer als 0,1 μm ist.
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