一种化学溶液法制备钆钡铜氧高温超导薄膜的方法

摘要

本发明公开了一种化学溶液法制备钆钡铜氧高温超导薄膜的方法，先制备低氟钆钡铜氧溶液，该溶液采用氧化钆或醋酸钆、醋酸钡、醋酸铜作为起始原料，并采用络合剂，将起始原料溶于溶剂中形成钆钡铜氧含氟溶液，再进行凝胶薄膜的制备及干燥，最后对薄膜进行预处理和终处理，即得到GBCO高温超导薄膜。利用本发明提供的方法制备的薄膜表面光滑，具有良好的超导特性，且薄膜制备成本低、工艺简单且容易控制；热处理工艺周期大大缩短，其他方法制备的少氟钆钡铜氧溶液相比，氟含量更低，使得可以通过不到2小时的快速热处理即可完成薄膜的预处理，且获得的薄膜性能也可实现高临界转变温度Tc，高临界电流密度Jc的特点。

主权项

一种化学溶液法制备钆钡铜氧高温超导薄膜的方法，其特征在于，包括以下操作步骤：1）制备含氟钆钡铜氧溶液；1.1 将原料A先溶解在溶剂A中，再添加络合剂A，控制原料A:络合剂A:溶剂A的摩尔比为1:1.5:10～20，搅拌溶解后形成溶液A；所述原料A为醋酸钆，络合剂A为二乙烯三胺、乙醇胺或二乙醇胺，溶剂A为甲醇、丙烯酸、α‑甲基丙烯酸或丙酸；1.2将原料B溶解在络合剂B中，搅拌澄清后，经过50～90℃烘干或减压蒸馏后得到白色固体B；所述原料B为醋酸钡或氢氧化钡；络合剂B为三氟乙酸；控制原料B:络合剂B的摩尔比为1:2～5； 或是，将原料B溶解在络合剂B中，搅拌澄清后，经过50～90℃烘干或减压蒸馏后得到白色固体B，再向白色固体B中加入溶剂B进行稀释，搅拌溶解后，得到溶液B；所述原料B为醋酸钡或氢氧化钡；络合剂B为三氟乙酸；溶剂B为甲醇、丙烯酸、α‑甲基丙烯酸或丙酸；控制原料B:络合剂B：溶剂B的摩尔比为1:2～5：10～40； 1.3 将原料C先溶解在溶剂C中，再添加络合剂C，控制原料C:络合剂C:溶剂C的摩尔比为1:2～40:0～40，经25～40℃加热搅拌溶解后形成溶液C；所述原料C为醋酸铜或氢氧化铜；络合剂C为丙烯酸、α‑甲基丙烯酸、丙酸或乳酸；溶剂C为甲醇、丙烯酸、α‑甲基丙烯酸或丙酸；1.4最后将溶液A、溶液C、溶液B或固体B混合并搅拌均匀后，得到含氟钆钡铜氧溶液，控制该溶液中钆、钡、铜三种金属离子的摩尔比为：Gd3+:Ba2+:Cu2+=1:2:3～4，且溶液中金属离子的总浓度控制在1～1.5mol/L；2）凝胶薄膜的制备及干燥：将含氟钆钡铜氧溶液作为前驱体溶液，结合浸渍提拉法或旋转涂覆法，在铝酸镧或钛酸锶单晶基片上，或带有缓冲层的NiW合金带材上，制备钆钡铜氧凝胶薄膜，随后将得到的凝胶薄膜在空气下，以 80～100℃的温度干燥5～20分钟，得到钆钡铜氧干膜；3）薄膜预处理：将获得的钆钡铜氧干膜放入石英管式烧结炉中进行预处理，其方法是：将石英管式烧结炉的初始温度预设在0～50℃，开启烧结炉并持续向炉内通气，先通入干燥的O2气30min后，然后以任意速率将炉内温度升高到100℃后，再将气氛切换成水蒸汽压为4～8kPa的潮湿O2气，再以10℃/min的速率将炉内温度升高到200℃，随后，以0.5～5℃/min的速率将炉内温度升高到300℃，再以10～15℃/min的速度将炉内温度升高到400～500℃，并保温10～15min；最后，将气氛切换成干燥的O2，并随炉自然冷却到室温，关闭气氛，取出制备的前驱膜备用；上述预处理过程中，烧结炉与外界相通，炉内的气压始终维持在1atm；4）薄膜的终处理：从室温开始，向石英管式烧结炉中持续通气：先向石英管式烧结炉内通入干燥的气体A将炉内的空气排除，然后继续通入干燥的气体A并以15～25℃/min的速率将炉内温度从室温升高到780～830℃，随后将气氛切换成潮湿的氧气与气体A的混合气体，并在780～830℃的炉温下保温1～2小时，炉内氧气的分压保持在0.2～2vol%，水蒸汽压保持在7～8kPa，然后将气氛切换成同样氧分压且干燥的氧气与气体A的混合气体，在780～830℃的炉温下继续保温10～30分钟，最后随炉自然冷却，当温度冷却到400～500℃后再将气氛切换成干O2，并在此温度下保温2～4小时；保温结束后，再随炉自然冷却到室温后，关闭气氛，取出样品，即为GBCO高温超导薄膜；上述终处理过程中，烧结炉与外界相通，炉内的气压始终维持在1atm；所述气体A为氮气或氩气。