一種具有高磁通釘扎性能ybco薄膜的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于高溫超導材料制備技術領域，涉及一種具有高磁通釘扎性能YBCO薄膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]釔鋇銅氧(YBa2Cu3O7 δ)簡稱YBC0，是一種可在液氮溫區實現超導電性應用的高溫超導材料。YBCO超導薄膜憑借其優異的電學性能在弱電領域和強電領域均顯示出了誘人的應用前景，比如，在弱電領域用于制作高溫超導Jos印hson結器件、超導耦合天線、超導濾波器等，在強電領域用于制造超導發電機、超導儲能設備以及被稱為第二代高溫超導帶的YBCO涂層導體等。
[0003]然而，人們發現當YBCO涂層導體在外加磁場環境下使用時，YBCO超導膜的臨界電流密度會隨著外加磁場強度的增大而迅速減小。因此，必須設法改善YBCO超導膜的磁通釘扎性能，從而提高涂層導體在磁場作用下的載流能力。目前，國內外普遍采用納米顆粒添加、襯底表面納米修飾及金屬離子摻雜等方法來增強YBCO膜的磁通釘扎性能，但上述方法均存在一些不足。如采用納米顆粒添加法或襯底納米表面修飾法時，納米顆粒的尺寸大小及其分布的均勻性控制難度較大；而金屬離子摻雜法通常對于YBCO膜的磁通釘扎性能提升的效果不太顯著。這些問題可能會制約高磁通釘扎性能YBCO膜的大規模產業化發展。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種具有高磁通釘扎性能YBCO薄膜的制備方法，適合大規模工業化生產。
[0005]本發明的技術方案是，一種具有高磁通釘扎性能YBCO薄膜的制備方法，具體按照以下步驟實施:
[0006]步驟1，在鋁酸鑭單晶襯底上制備金屬氧化物的凝膠膜，將凝膠膜進行干燥處理；
[0007]步驟2，將步驟I得到的凝膠膜通過特定圖形的掩模進行紫外線曝光，再經溶劑洗滌和熱處理，制得結晶化的金屬氧化物微細圖形；
[0008]步驟3，制備YBCO凝膠膜，再經熱處理和退火處理，制得高磁通釘扎性能YBCO薄膜。
[0009]本發明的特點還在于，
[0010]步驟I的具體步驟為:
[0011]步驟1.1、采用浸漬提拉法或旋轉涂敷法在鋁酸鑭單晶襯底上制備金屬氧化物的凝膠膜；
[0012]步驟1.2、將經步驟1.1制得的凝膠膜在空氣、氮氣或氬氣氣氛中，干燥處理15?30min，干燥溫度為80?120°C ；
[0013]金屬氧化物為BaxSr1 ,T13(BST)、PMZr1 xTix) O3 (PZT)、Y。.JrasO1.9 (YSZ)、BaZrO3 (BZO)或 BaT13 (BTO)；
[0014]凝膠膜的厚度為50?200nm ;
[0015]步驟2的具體實施步驟為:
[0016]步驟2.1、將步驟I得到的凝膠膜通過特定圖形的掩模經波長為320?380nm的紫外線曝光600?1800s ；
[0017]步驟2.2、將經步驟2.1處理的凝膠膜在有機溶劑中洗滌10?20s，得到相應凝膠膜的微細圖形；
[0018]步驟2.3、將經步驟2.2處理的凝膠膜在800?900°C條件下熱處理I?2h，制得結晶化的金屬氧化物微細圖形；
[0019]步驟2.2中，有機溶劑為甲醇、乙醇或正丁醇。
[0020]步驟3的具體實施步驟為:
[0021]步驟3.1、將經步驟2制得的金屬氧化物微細圖形采用浸漬提拉法制得YBCO凝膠膜；
[0022]步驟3.2、將制得的YBCO凝膠膜，在氧氣、水蒸氣和氮氣組成的混合氣氛中熱處理I?2h，熱處理溫度750?800°C ；
[0023]步驟3.3、將經步驟3.2處理的YBCO凝膠膜在純氧氣氛中經400?500°C氧化退火處理I?3h，制得金屬氧化物微細圖形修飾的YBCO薄膜。
[0024]步驟3.2中，氧氣、水蒸氣和氮氣的體積比為0.01%?5%:1%?10%:85%?98.99%，上述氣體的體積之和為100%。
[0025]本發明的有益效果是，通過選擇與YBCO晶格具有不同失配度的金屬氧化物的微細圖形作為緩沖層來修飾外延生長的YBCO的晶體結構，即利用晶格失配在YBCO基體中誘導形成高密度的納米級尺寸的晶體缺陷，如位錯、堆垛層錯、納米孿晶、晶格扭曲畸變等，這些納米級的晶體缺陷可作為人工釘扎中心，顯著增強YBCO薄膜的磁通釘扎性能，提高磁場下YBCO薄膜的臨界電流密度，具有工藝簡單，制備參數要求低，不需高昂設備的特點，適合工業化大規模生產，為制備高性能釔系或稀土系鋇銅氧涂層導體提供一種新方法。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發明中實施例2所制備的圓形點陣狀BST微細圖形的三維顯微形貌；
[0027]圖2是本發明中實施例3所制備的曲折線狀YSZ微細圖形的三維顯微形貌；
[0028]圖3是未經微細圖形修飾的純YBCO薄膜和本發明實施例2、3所制備YBCO超導薄膜的JfH曲線對比圖；
[0029]圖4是本發明實施例2中BST微細圖形修飾的YBCO薄膜的截面高分辨TEM照片。
【具體實施方式】
[0030]下面結合實施例對本發明進行詳細說明。
[0031]本發明一種高溫超導涂層導體用緩沖層的制備方法，具體按照以下步驟實施:
[0032]步驟1，在鋁酸鑭單晶襯底上制備金屬氧化物的凝膠膜，將凝膠膜進行干燥處理:
[0033]步驟1.1、采用浸漬提拉法或旋轉涂敷法在鋁酸鑭單晶襯底上制備金屬氧化物的凝膠膜，其中，金屬氧化物為 BaxSr1 J13(BST)、Pb (Zr1 xTix) O3 (PZT)、Y0.2Zr0.sOL9 (YSZ)、BaZrO3(BZO)或 BaT13(BTO);凝膠膜的厚度為 50 ?200nm ；
[0034]步驟1.2、將經步驟1.1制得的凝膠膜在空氣、氮氣或氬氣氣氛中，干燥處理15?30min，干燥溫度為80?120°C ；
[0035]步驟2，將步驟I得到的凝膠膜通過特定圖形的掩模進行紫外線曝光，再經溶劑洗滌和熱處理，制得結晶化的金屬氧化物微細圖形:
[0036]步驟2.1、將步驟I得到的凝膠膜通過特定圖形的掩模經波長為320?380nm的紫外線曝光600?1800s ；
[0037]步驟2.2、將經步驟2.1處理的凝膠膜在甲醇、乙醇或正丁醇中洗滌10?20s，得到相應凝膠膜的微細圖形；
[0038]步驟2.3、將經步驟2.2處理的凝膠膜在800?900°C條件下熱處理I?2h，制得結晶化的金屬氧化物微細圖形；
[0039]步驟3，制備YBCO凝膠膜，再經熱處理和退火處理，制得高磁通釘扎性能YBCO薄膜:
[0040]步驟3.1、將經步驟2制得的金屬氧化物微細圖形采用浸漬提拉法制得YBCO凝膠膜；
[0041]步驟3.2、將制得的YBCO凝膠膜，在氧氣、水蒸氣和氮氣組成的混合氣氛中熱處理I?2h，熱處理溫度750?800°C，其中，氧氣、水蒸氣和氮氣的體積比為0.01 %?5%:1%?10%:85%?98.99%，上述氣體的體積之和為100% ；
[0042]步驟3.3、將經步驟3.2處理的YBCO凝膠膜在純氧氣氛中經400?500°C氧化退火處理I?3h，制得金屬氧化物微細圖形修飾的YBCO薄膜。
[0043]實施例1
[0044]采用浸漬提拉法在鋁酸鑭單晶襯底上制備50nm厚的PZT凝膠膜，將制得的凝膠膜在空氣中干燥處理15min，干燥溫度為80°C;將得到的凝膠膜通過圓形點陣微圖形的掩模經波長為320nm的紫外線曝光600s ;將處理的凝膠膜在甲醇中洗滌10s，得到相應凝膠膜的微細圖形；將處理的凝膠膜在800°C條件下熱處理lh，制得結晶化的PZT微細圖形；將制得的PZT微細圖形采用浸漬提拉法制得YBCO凝膠膜；將制得的YBCO凝