專利名稱：一種三氟酸鹽-金屬有機沉積制備高溫超導(dǎo)薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫超導(dǎo)薄膜的制備方法，特別是利用三氟酸鹽一金
屬有機法(TFA-M0D)制備釔鋇銅氧(YBC0)薄膜。
背景技術(shù)：
YBa20i307乂YBCO)和Bi-Sr-Ca-Cu-0 (簡稱Bi系)帶材的應(yīng)用基礎(chǔ)研究一 直是超導(dǎo)研究的主要內(nèi)容之一。目前高溫超導(dǎo)帶材能否商業(yè)化面臨的主要挑 戰(zhàn)是如何在保證應(yīng)用性能的基礎(chǔ)上降低制備成本和如何制備長的超導(dǎo)帶材。 第一代Bi系帶材已達到商業(yè)化的水平，但是在技術(shù)方面，磁通蠕動使這類帶材 在高磁場下不能負載較高的超導(dǎo)電流，并且就商業(yè)化而言，由于Bi系帶材一 般是用Ag作為包套材料，成本也較高。而第二代超導(dǎo)帶材YBCO不可逆場高， 可以在較高的溫度和磁場下應(yīng)用，并且在N遂體上可以沉積YBCO帶材，成 本比較低。因此，在發(fā)展第二代超導(dǎo)帶材的過程中，選擇一種有效的制備 YBCO帶材工藝是關(guān)鍵因素。目前有數(shù)種方法，包括通過物理的和化學(xué)的方法 都可以用來制備YBCO帶材。與這些方法相比，金屬有機沉積法有眾多優(yōu)點。 第一，溶液涂層技術(shù)能夠滿足工業(yè)上對涂層的寬度和長度要求。第二，與磁 控濺射、金屬有機化學(xué)氣相沉積和脈沖激光沉積(PLD)需要使用真空系統(tǒng)和 昂貴的設(shè)備相比，金屬有機沉積成本低，沉積速率高。第三，成份容易控制， 可以精確控制金屬組員的配比。
盡管TFA-M0D法有上述優(yōu)點，但是傳統(tǒng)的TFA-MOD法制備YBC0薄膜分解 時間非常長，約為20小時，難以滿足工業(yè)化的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高效率、低溫分解時間短的三氟酸鹽-金屬有機沉積制備高溫超導(dǎo)薄膜的方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案達到的
1、 一種三氟酸鹽-金屬有機沉積制備高溫超導(dǎo)薄膜的方法，該方法包括 以下步驟
第一步驟，按照Y:Ba:Cu-l:2:3的摩爾比例把Y(CH3COO)3、Ba(CH3C00)2 和Cu(CH3COO)2混合，室溫溶于含20-30摩爾％的三氟乙酸的去離子水中配 成溶液；
第二步驟，將上述溶液經(jīng)回流均勻后，于空氣中自然蒸發(fā)為凝膠； 第三步驟，將上述凝膠加入甲醇和松油醇的混合液中形成前驅(qū)液，制成
Y、 Ba和Cu三種金屬離子濃度為1.0mol/L 1.5mol/L的前驅(qū)液，其中，甲醇
和松油醇的摩爾比為0.9-1.1: 0.9-1.1;
第四步驟，將上述前驅(qū)液涂覆在單晶氧化物或其它適于制備高溫超導(dǎo)薄 膜的基片上；
第五步驟，在40(TC 41(TC條件下進行4.0-4.2小時的低溫熱處理，分解 三氟乙酸鹽；
第六步驟，進行750 800°C的高溫熱處理，合成四方相YBCO薄膜；
第七步驟，490°C 510°C、純氧條件下對薄膜進行退火熱處理，制備成 YBC0高溫超導(dǎo)薄膜。
本發(fā)明的方法和傳統(tǒng)的利用三氟酸鹽一金屬有機法(TFA-M0D)制備釔鋇 銅氧(YBC0)薄膜的方法中的步驟一樣，首先配備前驅(qū)液。把Y(CH3COO)3、 Ba(CH3COO)2和Cu(CH3COO)2混合溶于三氟乙酸和水中配成溶液，然后溶 液在空氣中自然蒸發(fā)為藍色的溶膠，最后把溶膠制成前驅(qū)液。與傳統(tǒng)方法不 一樣的地方是，傳統(tǒng)方法是把溶膠溶于甲醇中制成前驅(qū)液；而本方明的方法 是把溶膠溶于甲醇和松油醇的混合液中制成前驅(qū)液。
然后，將前驅(qū)液經(jīng)旋涂(spin-coating)或提拉(dipping)方法，涂覆在 單晶氧化物基體上。涂覆好的薄膜先經(jīng)歷低溫熱處理過程，分解三氟乙酸鹽。最后經(jīng)歷高溫熱處理過程形成具有c軸排列取向的YBCO薄膜。本發(fā)明的 方法和傳統(tǒng)方法還有一個不一樣的地方是，由于本發(fā)明在配置前驅(qū)液時加入 了松油醇，因而在低溫熱分解的溫度不變的情況下，在整個低溫熱分解過程 的時間由原來的約20小時縮短為4-4.2小時，能夠大大縮短工藝時間。 本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明的方法能在保持材料性能的前提下，能夠大
大縮短工藝時間至4小時，則可大幅度降低工藝成本。制備薄膜的性能可
與傳統(tǒng)方法制備的薄膜性能基本相同。


圖1為比較例1和實施例1分別得到的YBCO薄膜的掃描電鏡圖片，其 中，圖1 (a)為比較例1得到的YBCO薄膜的掃描電鏡圖片，前驅(qū)液中沒有 添加松油醇，低溫分解為4小時；圖1 (b)為實施例1得到的YBCO薄膜 的掃描電鏡圖片，前驅(qū)液中添加松油醇。
圖2為實施例1 (用含松油醇的前驅(qū)液)制備的YBCO薄膜的XRD圖。
圖3為實施例1 (用含松油醇的前驅(qū)液)制備的YBCO薄膜的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變 溫度曲線。
具體實施例方式
實施例1
按Y:Ba:Cu=l: 2: 3的摩爾比例把Y(CH3COO)3、 Ba(CH3COO)2和 Cu(CH3COO)2混合，室溫溶于含25摩爾％的三氟乙酸的去離子水中配成溶液。
配制的混合物在75'C回流12小時提高溶液均勻性，然后溶液在空氣中 自然蒸發(fā)為藍色的溶膠，最后在其加入甲醇和松油醇的混合液中，其中，甲 醇和松油醇的摩爾比為1: 1，制成Y、 Ba和Cu三種金屬離子濃度為 1.0mol/L~1.5 mol/L的前驅(qū)液。
把制備好的前驅(qū)液以3000轉(zhuǎn)/分旋涂在LaA103單晶基體上。 涂敷好的樣品放在石英舟里送入管式石英爐里進行低溫熱處理和高溫熱處理。
低溫熱處理是濕潤的氧氣條件下進行，是將500sccm的氧氣經(jīng)過裝有蒸 餾水的玻璃瓶把水蒸氣帶入反應(yīng)室，使反應(yīng)室中水汽壓為24mbar，以100°C/h 的升溫速率升溫至400°C，然后爐冷至室溫，低溫熱處理的目的是分解三氟 乙酸鹽，形成CuO 、 ￥203和BaF2的無定型的前驅(qū)膜并排出有害的殘余物 質(zhì)。整個分解時間為4h。由于本發(fā)明在配置前驅(qū)液時加入了松油醇，因而整 個低溫若分解過程相對傳統(tǒng)過程可節(jié)省12小時以上。
高溫熱處理是在濕潤的氧氣和氮氣條件進行，是把500sccm的氮氣和 8sccm的氧氣經(jīng)過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 汽壓為24mbar，先是以40(TC/h的升溫速率升至最高溫， 一般為750 850。C， 本實施例采用80(TC 。在80(TC保溫2小時后直接通入干燥的500sccm的氮氣和 8sccm的氧氣的混合氣體，然后以10(TC/h降溫至50(TC，在500。C的純氧氣氛 圍中保溫1.5小時使四方相的YBC0吸氧轉(zhuǎn)變?yōu)檎幌嗟木哂谐瑢?dǎo)性能的 YBCO，隨后樣品在氧氣氛圍下爐冷至室溫。所制備成的YBCO薄膜的掃描 電鏡圖片如圖l (b)所示；所制備成的YBCO薄膜的XRD圖如圖2所示；所制 備成的YBCO薄膜的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度曲線如圖3所示。從圖3中可以看出，YBCO 薄膜的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度約為90K。如圖2、圖3所示，制備薄膜的性能可與傳統(tǒng) 方法制備的薄膜性能基本相同。
比較例l
除將甲醇和松油醇的混合液，改為甲醇之外，其余均同于實施例l。 比較例1得到的YBCO薄膜的掃描電鏡圖片如圖1 (a)所示；圖1 (b) 為實施例1得到的YBCO薄膜的掃描電鏡圖片，通過圖1 (a)和圖1 (b) 這兩個圖比較可以看出，在低溫分解速率很高的情況下，實施例1 (用添加 松油醇的前驅(qū)液)制備的YBCO薄膜表面平整光滑，沒有裂紋。而比較例l (未加松油醇的前驅(qū)液)制備的YBCO薄膜明顯有裂紋存在。
權(quán)利要求
1、一種三氟酸鹽-金屬有機沉積制備高溫超導(dǎo)薄膜的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟第一步驟，按照Y:Ba:Cu＝1:2:3的摩爾比例把Y(CH3COO)3、Ba(CH3COO)2和Cu(CH3COO)2混合，室溫溶于含20-30摩爾％的三氟乙酸的去離子水中配成溶液；第二步驟，將上述溶液經(jīng)回流均勻后，于空氣中自然蒸發(fā)為凝膠；第三步驟，將上述凝膠加入甲醇和松油醇的混合液中形成前驅(qū)液，制成Y、Ba和Cu三種金屬離子濃度為1.0mol/L～1.5mol/L的前驅(qū)液，其中，甲醇和松油醇的摩爾比為0.9-1.1:0.9-1.1；第四步驟，將上述前驅(qū)液涂覆在單晶氧化物或其它適于制備高溫超導(dǎo)薄膜的基片上；第五步驟，在400℃～410℃條件下進行4.0-4.2小時的低溫熱處理，分解三氟乙酸鹽；第六步驟，進行750～800℃的高溫熱處理，合成四方相YBCO薄膜；第七步驟，490℃～510℃、純氧條件下對薄膜進行退火熱處理，制備成YBCO高溫超導(dǎo)薄膜。
全文摘要
一種三氟酸鹽-金屬有機沉積制備高溫超導(dǎo)薄膜的方法，是一種高效率的、以化學(xué)方法制備高溫超導(dǎo)薄膜方法。其核心內(nèi)容是在傳統(tǒng)的三氟酸鹽-金屬有機沉積(TFA-MOD)工藝中，引入甲醇和松油醇作為溶劑，配制前驅(qū)溶液。利用本發(fā)明的前驅(qū)液進行YBCO高溫超導(dǎo)薄膜的MOD制備，可以將熱處理時間由過去的20個小時減少到4個小時左右，極大簡化了工藝過程降低了材料成本，制備薄膜的性能可與傳統(tǒng)方法制備的薄膜性能基本相同。因而是一種新的、以MOD方式快速制備高性能高溫超導(dǎo)薄膜的方法。
文檔編號H01B13/00GK101471161SQ20071030455
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者丁發(fā)柱, 古宏偉, 弢 李 申請人:北京有色金屬研究總院