一種釔鋇銅氧超導(dǎo)納米線的制備方法
【專利摘要】一種釔鋇銅氧超導(dǎo)納米線的制備方法。首先配制前驅(qū)液，把氧化釔Y2O3、氫氧化鋇Ba(OH)2和乙酸銅Cu(CH3COO)2按照Y：Ba：Cu=1∶2∶3的摩爾比混合溶于10-30mol℅乙酸的水溶液中；將乙酸鹽溶液經(jīng)磁力攪拌器攪拌0.5-1.5h，再采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸除溶劑得到凝膠；在凝膠中加入乙二醇；隨后加入適量的氨水，調(diào)節(jié)溶液的pH為5-7，制成Y、Ba和Cu三種金屬離子總濃度為1.5-3.0mol/L的前驅(qū)液；將多孔的陽(yáng)極氧化鋁模板放入上述前驅(qū)液中并超聲5-15min，在60-80℃攪拌12h，然后在90℃烘箱中烘烤10-15h使含有前驅(qū)液的多孔陽(yáng)極氧化鋁模板形成凝膠。最后進(jìn)行800℃-900℃的高溫?zé)崽幚砗?50℃-550℃的退火處理形成YBCO超導(dǎo)納米線。
【專利說(shuō)明】一種釔鋇銅氧超導(dǎo)納米線的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高溫超導(dǎo)納米線的制備方法，特別涉及一種YBCO超導(dǎo)納米線的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]1986年，IBM公司蘇黎世實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家J.G.Bednorz和K.A.Mullerr報(bào)導(dǎo)發(fā)現(xiàn)了無(wú)機(jī)銅氧化合物L(fēng)a2_xBaxCu04在30K下發(fā)生超導(dǎo)轉(zhuǎn)變，接著在世界各地很快發(fā)現(xiàn)了 YBa2Cu3CVx (YBCO)系化合物的臨界轉(zhuǎn)變溫度可高達(dá)90K。就此引發(fā)了世界范圍的高溫超導(dǎo)材料研究熱潮。在眾多的超導(dǎo)材料中，NbTi，Nb3Sn, B1-2223, YBCO和MgB2是可能大規(guī)模應(yīng)用的五種超導(dǎo)材料。在這五種超導(dǎo)材料中，只有B1-2223和YBCO的臨界轉(zhuǎn)變溫度高于液氮溫區(qū)，屬于高溫超導(dǎo)材料。而B(niǎo)1-2223在77K的不可逆場(chǎng)H*(77K)只有約0.2T，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于77K的上臨界場(chǎng)He2 (77K)(垂直于超導(dǎo)層Hc2的量級(jí)為50T)，這樣小的不可逆場(chǎng)就阻礙了 B1-2223在77K的應(yīng)用。而YBCO在77K的不可逆場(chǎng)H* (77K)約為3-5T，遠(yuǎn)高于B1-2223的不可逆場(chǎng)，是目前在液氮溫區(qū)強(qiáng)磁場(chǎng)下的應(yīng)用環(huán)境中首選的高溫超導(dǎo)材料。YBCO超導(dǎo)材料除具有高的不可逆場(chǎng)外，還具有低微波表面電阻的優(yōu)點(diǎn)。YBCO高溫超導(dǎo)薄膜的微波表面電阻&比常規(guī)金屬銅材料小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。用它制成的無(wú)源微波器件具有極低的插入損耗和極高的品質(zhì)因子等優(yōu)點(diǎn)。與正常導(dǎo)體相比，高溫超導(dǎo)薄膜器件的性能成數(shù)量級(jí)地提高，而體積也相應(yīng)地大大減小。高溫超導(dǎo)薄膜器件的磁場(chǎng)穿透深度與頻率無(wú)關(guān)，可以用來(lái)構(gòu)造無(wú)色散的傳輸結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出利用正常導(dǎo)體難以得到的器件。
[0003]在弱電方面的應(yīng)用可以分為有源器件的應(yīng)用和無(wú)源器件的應(yīng)用。超導(dǎo)有源器件利用超導(dǎo)隧道效應(yīng)支撐的約瑟夫遜器件制作超導(dǎo)計(jì)算機(jī)和各種靈敏的探測(cè)器；利用約瑟夫遜結(jié)可用來(lái)制造精密的超導(dǎo)磁場(chǎng)計(jì)，它能分辨10_14t~10_15T的磁場(chǎng)，可以測(cè)量極弱的磁場(chǎng)及磁場(chǎng)微小的變化，測(cè)量精度比其他儀器高3~4個(gè)數(shù)量級(jí)。超導(dǎo)磁場(chǎng)計(jì)成功地應(yīng)用于軍事學(xué)、地質(zhì)勘探、海洋資源探測(cè)、地震預(yù)報(bào)等領(lǐng)域。無(wú)源器件的應(yīng)用，比如高溫微波諧振器、高溫超導(dǎo)濾波器等。
[0004]YBCO超導(dǎo)材料在弱電方面的應(yīng)用在很大程度上取決于YBCO超導(dǎo)薄膜和納米線的制備技術(shù)。目前采用脈沖激光沉積法、濺射法、多元共蒸發(fā)法和金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法等都能制備出高質(zhì)量的YBCO薄膜，但關(guān)于YBCO超導(dǎo)納米線制備方法的專利文獻(xiàn)還未見(jiàn)公開(kāi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提`供一種制備YBCO超導(dǎo)納米線的方法。
[0006]本發(fā)明采用化學(xué)溶液法形成凝膠，浸涂在多孔陽(yáng)極氧化鋁模板上，經(jīng)過(guò)熱處理得到Y(jié)BCO超導(dǎo)納米線。本發(fā)明采用氧化釔、氫氧化鋇和乙酸銅，按照比例混合攪拌均勻后， 經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸除溶劑得到凝膠，在凝膠中添加適量的乙二醇和氨水制成前驅(qū)液。將多孔的陽(yáng)極氧化鋁模板放入上述前驅(qū)液中并超聲，經(jīng)過(guò)低溫?zé)崽幚?、高溫?zé)Y(jié)和吸氧處理得到 YBCO超導(dǎo)納米線。[0007]本發(fā)明的具體步驟順序如下:
[0008](I)按照Y:Ba:Cu=l:2:3的摩爾比將氧化釔Y2O3、氫氧化鋇Ba (OH) 2和乙酸銅Cu (CH3COO) 2混合，并于室溫下將Y203、Ba (OH) 2和Cu (CH3COO) 2的混合物溶于含有10_30mol%的乙酸的去離子水中，配成乙酸鹽溶液，所述乙酸鹽溶液中溶質(zhì)與溶劑的摩爾比為1: 4;
[0009](2)將步驟(1)配制的乙酸鹽溶液經(jīng)磁力攪拌器攪拌0.5-1.5h，再采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸除溶劑得到凝膠；
[0010](3)將所述步驟(2)制得的凝膠加入乙二醇中，此步驟中的凝膠與乙二醇的摩爾比為1: 50，并經(jīng)磁力攪拌器攪拌均勻；
[0011](4)將所述步驟(3)制得的溶液中添加氨水，調(diào)節(jié)溶液的pH為5-7，制成Y、Ba和Cu三種金屬總離子濃度為1.5-3.0mol/L的前驅(qū)液；
[0012](5)將多孔的陽(yáng)極氧化鋁模板放入所述步驟(4)所制得的前驅(qū)液中并超聲5-15min，在 60-80°C攪拌 12h ；
[0013](6)將上述步驟(5)制成含有前驅(qū)液的多孔陽(yáng)極氧化鋁模板放入烘箱中，在90°C溫度下烘烤10_15h，使前驅(qū)液在多孔陽(yáng)極氧化鋁模板內(nèi)形成凝膠；
[0014](7)將經(jīng)過(guò)步驟(6)處理的多孔陽(yáng)極氧化鋁模板置于800°C _900°C的高溫下熱處理2-4h，熱處理在濕潤(rùn)的氧氣和氬氣混合氣氛下進(jìn)行，氧氣與氬氣比例為5: 10000，水汽壓力為160hPa~240hPa，此步驟的升溫速度為400°C /h ；
[0015](8)將經(jīng)過(guò)步驟(7)處理的多孔陽(yáng)極氧化鋁模板置于450°C _550°C溫度及純氧條件下對(duì)樣品進(jìn)行退火熱處理0.5-1.5h，制成具有超導(dǎo)性能的YBCO納米線。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具`有以下有益效果:
[0017]本發(fā)明采用化學(xué)溶液法在多孔陽(yáng)極氧化鋁模板上制備出YBCO納米線。與傳統(tǒng)的物理氣相沉積法相比，本發(fā)明不需要真空設(shè)備，制備成本比較低。并且模板的尺度可以控制，能夠制備各種納米尺度的YBCO納米超導(dǎo)線。并且在整個(gè)制備YBCO納米線的工藝流程中沒(méi)有腐蝕性氣體逸出，環(huán)境友好且制備成本低，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是實(shí)施例1制備的YBCO超導(dǎo)納米線的X射線衍射圖譜；
[0019]圖2是實(shí)施例2制備的YBCO超導(dǎo)納米線的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡圖片；
[0020]圖3是實(shí)施例3制備的YBCO超導(dǎo)納米線的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡圖片。
具體實(shí)施例方式
[0021]實(shí)施例1
[0022](I)稱取氧化乾、氫氧化鋇和乙酸銅分別為0.005mol、0.01mol和0.015mol,將氧化釔、氫氧化鋇和乙酸銅混合后溶于含10mol%的乙酸的100ml去離子水中，配成溶液，制成Y、Ba和Cu三種金屬總離子濃度為0.3mol/L的溶液；
[0023](2)將步驟(1)配制的乙酸鹽溶液經(jīng)磁力攪拌器攪拌0.5h，再采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸除溶劑得到凝膠；
[0024](3)將所述步驟(2)制得的凝膠加入20ml乙二醇中，并經(jīng)磁力攪拌器攪拌均勻，制成Y、Ba和Cu三種金屬總離子濃度為1.5mol/L的溶液；[0025](4)將所述步驟(3)配制的溶液中添加氨水，調(diào)節(jié)溶液的pH為5，制備成前驅(qū)液；
[0026](5)將多孔的陽(yáng)極氧化鋁模板放入所述步驟(4)所制得的前驅(qū)液中并超聲5min， 在60°C攪拌12h ；
[0027](6)將上述步驟(5)制成含有前驅(qū)液的多孔陽(yáng)極氧化鋁模板放入烘箱中，在90°C 條件下烘烤10h，使前驅(qū)液在多孔陽(yáng)極氧化鋁模板內(nèi)形成凝膠；
[0028](7)將經(jīng)過(guò)步驟(6)處理的多孔陽(yáng)極氧化鋁進(jìn)行高溫?zé)崽幚砗屯嘶鹛幚怼?br> [0029]高溫?zé)崽幚碓跐駶?rùn)的氧氣和氬氣混合氣氛下進(jìn)行，把500sCCm含有500ppm氧氣的氬氣混合氣體經(jīng)過(guò)裝有蒸餾水的玻璃瓶把水蒸氣帶入反應(yīng)室，使反應(yīng)室中水蒸氣壓力為 160hPa,先是以400°C /h的升溫速率升至最高溫800°C，并在800°C保溫2h。
[0030]退火處理是以100°C /h降溫至450°C，在450°C的純氧氣氛圍中保溫0.5h使四方相的YBCO吸氧轉(zhuǎn)變?yōu)檎幌嗟木哂谐瑢?dǎo)性能的YBC0，隨后樣品在氧氣氛圍下?tīng)t冷至室溫。
[0031]用X射線衍射儀對(duì)樣品進(jìn)行了成分和結(jié)構(gòu)分析，所制備的樣品為YBC0，如圖1所
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[0032]實(shí)施例2
[0033](I)稱取氧化釔、氫氧化鋇和乙酸銅分別為0.01moU0.02mol和0.03mol，將氧化釔、氫氧化鋇和乙酸銅混合后溶于含10mol%的乙酸的100ml去離子水中，配成溶液，制成Y、 Ba和Cu三種金屬總離子濃度為0.6mol/L的溶液；
[0034](2)將步驟(1)配制的乙酸鹽溶液經(jīng)磁力攪拌器攪拌lh，再采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸除溶劑得到凝膠；
[0035](3)將所述步驟(2)制得的凝膠加入30ml乙二醇中，并經(jīng)磁力攪拌器攪拌均勻，制成Y、Ba和Cu三種金屬總離子濃度為2.0mol/L的溶液；
`[0036](4)將所述步驟(3)配制的溶液中添加氨水，調(diào)節(jié)溶液的pH為6，制備成前驅(qū)液；
[0037](5)將多孔的陽(yáng)極氧化鋁模板放入所述步驟(4)所制得的前驅(qū)液中并超聲lOmin， 在70°C攪拌12h ；
[0038](6)將上述步驟(5)制成含有前驅(qū)液的多孔陽(yáng)極氧化鋁模板放入烘箱中，在90°C 條件下烘烤12.5h，使前驅(qū)液在多孔陽(yáng)極氧化鋁模板內(nèi)形成凝膠；
[0039](7)將經(jīng)過(guò)步驟(6)處理的多孔陽(yáng)極氧化鋁進(jìn)行高溫?zé)崽幚砗屯嘶鹛幚怼?br> [0040]高溫?zé)崽幚硎窃跐駶?rùn)的氧氣和氬氣混合氣氛下進(jìn)行，把500sCCm含有500ppm氧氣的氬氣混合氣體經(jīng)過(guò)裝有蒸餾水的玻璃瓶把水蒸氣帶入反應(yīng)室，使反應(yīng)室中水蒸氣壓力為 200hPa,先是以400°C /h的升溫速率升至最高溫850°C，并在850°C保溫3h。
[0041]退火處理是以100°C /h降溫至500°C，在500°C的純氧氣氛圍中保溫Ih使四方相的YBCO吸氧轉(zhuǎn)變?yōu)檎幌嗟木哂谐瑢?dǎo)性能的YBC0，隨后樣品在氧氣氛圍下?tīng)t冷至室溫。
[0042]用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行了形貌觀察，所制備YBCO孔徑為幾十納米， 如圖2所示。
[0043]實(shí)施例3
[0044](I)稱取氧化乾、氫氧化鋇和乙酸銅分別為0.015mol、0.03mol和0.045mol,將氧化釔、氫氧化鋇和乙酸銅混合后溶于含10mol%的乙酸的100ml去離子水中，配成溶液，制成 Y、Ba和Cu三種金屬總離子濃度為0.9mol/L的溶液；
[0045](2)將步驟(1)配制的乙酸鹽溶液經(jīng)磁力攪拌器攪拌1.5h，再采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸除溶劑得到凝膠；
[0046](3)將所述步驟(2)制得的凝膠加入30ml乙二醇中，并經(jīng)磁力攪拌器攪拌均勻，制成Y、Ba和Cu三種金屬總離子濃度為3.0mol/L的溶液；
[0047](4)將所述步驟(3)配制的溶液中添加氨水，調(diào)節(jié)溶液的pH為7，制備成前驅(qū)液；
[0048](5)將多孔的陽(yáng)極氧化鋁模板放入所述步驟(4)所制得的前驅(qū)液中并超聲15min，在80°C攪拌12h ；
[0049](6)將上述步驟(5)制成含有前驅(qū)液的多孔陽(yáng)極氧化鋁模板放入烘箱中，在90°C條件下烘烤15h，使前驅(qū)液在多孔陽(yáng)極氧化鋁模板內(nèi)形成凝膠；
[0050](7)將經(jīng)過(guò)步驟(6)處理的多孔陽(yáng)極氧化鋁進(jìn)行高溫?zé)崽幚砗屯嘶鹛幚怼?br> [0051 ] 高溫?zé)崽幚硎窃跐駶?rùn)的氧氣和氬氣混合氣氛下進(jìn)行，把500sCCm含有500ppm氧氣的氬氣混合氣體經(jīng)過(guò)裝有蒸餾水的玻璃瓶把水蒸氣帶入反應(yīng)室，使反應(yīng)室中水蒸氣壓力為240hPa,先是以400°C /h的升溫速率升至最高溫900°C，并在900°C保溫2h。
[0052]退火處理是以100°C /h降溫至550°C，在550°C的純氧氣氛圍中保溫1.5h使四方相的YBCO吸氧轉(zhuǎn)變?yōu)檎幌嗟木哂谐瑢?dǎo)性能的YBC0，隨后樣品在氧氣氛圍下?tīng)t冷至室溫。
[0053]用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行了形貌觀察，所制備YBCO孔徑為幾十納米，如圖3所示。`
【權(quán)利要求】
1.一種釔鋇銅氧超導(dǎo)納米線的制備方法，其特征在于，所述的制備方法包括如下步驟: (1)按照Y:Ba:Cu=l: 2: 3的摩爾比將氧化釔Y2O3、氫氧化鋇Ba(OH)2和乙酸銅Cu (CH3COO) 2混合，并于室溫下將Y2O3、Ba (OH) 2和Cu (CH3COO) 2的混合物溶于含有10-30mol%的乙酸的去離子水中，配成乙酸鹽溶液，所述乙酸鹽溶液中溶質(zhì)與溶劑的摩爾比為1: 4; (2)將步驟(1)配制的乙酸鹽溶液經(jīng)磁力攪拌器攪拌0.5-1.5h，再采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸除溶劑得到凝膠； (3)將所述步驟(2)制得的凝膠加入乙二醇中，此步驟中的凝膠與乙二醇的摩爾比為1: 50，并經(jīng)磁力攪拌器攪拌均勻； (4)在所述步驟(3)制得的溶液中添加氨水，調(diào)節(jié)溶液的pH值為5-7，制成Y、Ba和Cu三種金屬總離子濃度為1.5-3.0mol/L的前驅(qū)液； (5)將多孔的陽(yáng)極氧化鋁模板放入所述步驟(4)制得的前驅(qū)液中并超聲5-15min，在60-80°C攪拌 12h ； (6)將所述步驟(5)制成含有前驅(qū)液的多孔陽(yáng)極氧化鋁模板放入烘箱中，在90°C溫度下烘烤10-15h，使前驅(qū)液在多孔陽(yáng)極氧化鋁模板內(nèi)形成凝膠； (7)將經(jīng)過(guò)步驟(6)處理的多孔陽(yáng)極氧化鋁模板置于800°C-900°C的溫度范圍下熱處理2-4h，此步驟的升溫速度為400°C /h ； (8)將經(jīng)過(guò)步驟(7)處理的多孔陽(yáng)極氧化鋁模板置于450°C-550°C溫度下及純氧條件下進(jìn)行退火熱處理0.5-1.5h，制成具有超導(dǎo)性能的YBCO納米線。
2.按照權(quán)利要求1所述的釔鋇銅氧超導(dǎo)納米線的制備方法，其特征在于，所述的步驟(7)的熱處理在濕潤(rùn)的氧氣和氬氣混合氣氛下進(jìn)行，氧氣與氬氣比例為5: 10000，水汽壓力為 16OhPa ~240hPa。
【文檔編號(hào)】C04B35/622GK103496965SQ201310415733
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】丁發(fā)柱, 古宏偉, 張騰, 王洪艷, 屈飛, 彭星煜 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所