超導(dǎo)膜元件及超導(dǎo)膜元件的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)膜元件及超導(dǎo)膜元件的制備方法，特別是一種含有Y2BaCuO 5納米顆粒作為釘札中心的YBa2Cu3O7的超導(dǎo)膜元件及超導(dǎo)膜元件的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超導(dǎo)發(fā)電機(jī)由于具有體積小、重量輕以及效率高等優(yōu)點，因此是能源領(lǐng)域中重要 的研究課題。
[0003] 目前高溫超導(dǎo)線材成本仍高。詳細(xì)來說，依照目前工藝所制備的超導(dǎo)線材的臨界 電流密度仍有改善的空間。因此，如何提高超導(dǎo)線材的臨界電流密度就成為高溫超導(dǎo)應(yīng)用 普及的關(guān)鍵。
[0004] 一般而言，超導(dǎo)線材是處于高磁場的環(huán)境下應(yīng)用。磁場所發(fā)出的磁力線以量子磁 通的形式穿過超導(dǎo)線材。由于超導(dǎo)線材上的電流與量子磁通之間存在有羅倫茲力，量子磁 通會因為羅倫茲力而移動，而降低了超導(dǎo)線材的效能。也就是說，如何降低量子磁通因為羅 倫茲力而移動的情形就成為目前的研究方向。
[0005] 為了降低、避免量子磁通因羅倫茲力移動而降低超導(dǎo)線材的效能，目前發(fā)展出在 超導(dǎo)線材的超導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生晶格缺陷或非超導(dǎo)相的方法。詳細(xì)來說，是通過晶格缺陷或者非 超導(dǎo)相作為釘札中心，以限制量子磁通在超導(dǎo)體的移動。如此一來，透過在超導(dǎo)體內(nèi)所形成 的釘札中心，可改善所制備的超導(dǎo)線材的效能。
[0006] 為了在超導(dǎo)線材的超導(dǎo)體內(nèi)形成釘札中心，可透過離子照射的方法，以在超導(dǎo)體 內(nèi)形成缺陷。然而，離子照射的方法較為昂貴。因此，在超導(dǎo)體內(nèi)形成非超導(dǎo)相納米顆粒作 為釘札中心，對于超導(dǎo)線材的商用化是比較可行的作法。而如何改善目前在超導(dǎo)體內(nèi)形成 非超導(dǎo)相納米顆粒的工藝，以提升所制備的超導(dǎo)線材的效能，就成為研究人員需要解決的 問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種超導(dǎo)膜元件及超導(dǎo)膜元件的制備方法，以 改善超導(dǎo)膜的設(shè)計，提升超導(dǎo)膜的效能。
[0008] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種超導(dǎo)膜元件，包含一基板以及一超導(dǎo)膜?；?板的晶格常數(shù)介于5.0A (埃）至5.5A之間。超導(dǎo)膜設(shè)置于基板上。超導(dǎo)膜包含YBa2Cu3O7及 Y2BaCu05。其中 Y2BaCuO5分散于 YBa 2Cu307中。
[0009] 為了更好地實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種超導(dǎo)膜元件的制備方法，包含以 下步驟。提供一基板，基板的晶格常數(shù)介于10Λ (埃）至5.5A之間。提供一靶材，靶材包 含YBa2Cu307& Y 2BaCu05。執(zhí)行一鍍膜工藝，使靶材于基板上同時形成YBa2Cu 307& Y 2BaCu05。 其中 Y2BaCuO5*散于 YBa 2Cu307 中。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)效果在于：
[0011] 本發(fā)明的超導(dǎo)膜元件及超導(dǎo)膜元件的制備方法，由于基板的晶格常數(shù)介? 5 OA 至5.5A之間，而超導(dǎo)體YBa2Cu3O7的晶格常數(shù)a=3.82lA，b=3.885A，因而基板與超導(dǎo)體 的晶格常數(shù)具有相當(dāng)?shù)牟町悺Ａ硪环矫?，由于YBa2Cu3Or^ Y2BaCuO5是鍍膜時同時成長生成， Y2BaCu(Vl_形成納米顆粒并均勾分布于YBa 2Cu307內(nèi)，亦即達(dá)到了釘札中心微小化及分散化 的效果。如此一來，超導(dǎo)體YBa2Cu3O7內(nèi)有均勻分布的非超導(dǎo)相Y批〇1〇 5納米顆粒，可做為 超導(dǎo)膜的釘札中心，并進(jìn)而改善了超導(dǎo)膜的臨界電流密度。
[0012] 以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
【附圖說明】
[0013] 圖為1本發(fā)明一實施例的超導(dǎo)膜元件的制備方法流程圖；
[0014] 圖2A為本發(fā)明一實施例的超導(dǎo)膜元件的示意圖；
[0015] 圖2B為本發(fā)明一實施例超導(dǎo)線材的示意圖；
[0016] 圖3為本發(fā)明實施例一的超導(dǎo)膜的穿透式電子顯微鏡的分析結(jié)果；
[0017] 圖4為本發(fā)明比較例一的超導(dǎo)膜的穿透式電子顯微鏡的分析結(jié)果；
[0018] 圖5為本發(fā)明比較例三的超導(dǎo)膜的穿透式電子顯微鏡的分析結(jié)果；
[0019] 圖6為實施例一、二以及比較例一、二的超導(dǎo)膜于絕對溫度77度，不同磁場下的臨 界電流密度。
[0020] 其中，附圖標(biāo)記
[0021] 9超導(dǎo)線材
[0022] 10超導(dǎo)膜元件
[0023] 20 載體
[0024] 100 基板
[0025] 200超導(dǎo)膜
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述：
[0027] 首先，請參閱圖1。圖1為本發(fā)明一實施例的超導(dǎo)膜元件的制備方法流程圖。
[0028] 首先，提供一基板（SlOl)?；宓木Ц癯?shù)介于5.0A (埃）至5.5人之間?；?的材質(zhì)例如為紀(jì)安定氧化錯（Yttria-stabilized zirconia，YSZ)(晶格常數(shù)a=5.139A )、鋁酸鑭（Lanthanum Aluminate，LaAlO3, LAO)(晶格常數(shù)a=5.364A )、Y3NbO7 (晶格常數(shù) a=5.25〇A )、Gd2Zr207 (晶格常數(shù)a=5.264A )、二氧化鈰（CeO2)(晶格常數(shù) a=5.4UA )或 NdGaO3(晶格常數(shù)a=5.431/\ )，但并不以此為限。
[0029] 接著，提供一靶材（S102)。靶材包含釔、鋇以及銅。靶材的組成元素是對應(yīng)于所欲 制備的超導(dǎo)膜。在另一實施例中，靶材例如包含有YBa2Cu3O^ Y 2BaCu05，其中Y2BaCuO5占靶 材的總重的百分之5至百分之15重量百分比（wt% )。在部分實施例中，Y2BaCuO5占靶材 的總重的百分之8重量百分比。在本實施例中，所欲制備的超導(dǎo)膜的材質(zhì)包含YBa2Cu3O 7 (超 導(dǎo)相）以及顆粒狀的Y2BaCuO5 (非超導(dǎo)相），其中Y2BaCuO5占超導(dǎo)膜的總重的百分之5至百 分之15重量百分比（wt% )。在部分實施例中，Y2BaCuO5占超導(dǎo)膜的總重的百分之8重量 百分比。在本實施例中，革E材例如是透過一頂端接種恪融工藝（Top Seeded Melt Textured Growth Process)或一燒結(jié)工藝而形成，因而靶材較為致密而具有較佳的品質(zhì)，而可提升所 制成的超導(dǎo)膜的臨界電流密度（Jc)。
[0030] 須注意的是，上述提供一基板（SlOl)以及提供一靶材（S102)的順序并非用以限 定本發(fā)明。在其他實施例中，也可以先提供一靶材，再提供一基板。
[0031] 最后，執(zhí)行一鍍膜工藝（S103)。藉此，使靶材于基板上同時形成YBa2Cu 3O7及 Y2BaCuO5。在本實施例中，鍍膜程序采用激光濺鍍，激光的中心波長為248納米。在本實施 例及部分其他實施例中，激光的聚焦能量密度介于1.5焦耳/平方公分（J/cm2)至2.0焦 耳/平方公分之間。在本實施例及部分其他實施例中，鍍膜工藝的基板溫度介于780°C至 850 °C之間。
[0032] 在鍍膜的過程中，靶材會分別形成YBa2Cu3(VS Y 2BaCu05。詳細(xì)來說，由于YBa2Cu3O 7與Y2BaCuO5會接觸基板，并且因為本實施例的基板的晶格常數(shù)（5.0A至5.51 )與超導(dǎo) 相 YBa2Cu3O7的晶格常數(shù)（:a=3、82 lA，差異較大，因而 YBa2Cu3Og Y 2BaCu〇5# 在鍍膜工藝中同時成長生成于基板上，并且Y2BaCuO5形成納米顆粒并均勻分布于YBa 2Cu307內(nèi)，亦即達(dá)到了釘札中心微小化及分散化的效果。
[0033] 當(dāng)釘札中心小而分散時，可有效增加釘札中心數(shù)量，并且使量子磁通更平均地分 布于超導(dǎo)相內(nèi)，因而降低量子磁通間的互斥力，故能有效提升釘札效果，亦即臨界電流密度 可得到提升。
[0034] 以下介紹本發(fā)明的超導(dǎo)膜元件。請參閱圖2A，圖2A為本發(fā)明一實施例的超導(dǎo)膜元 件的示意圖。本發(fā)明的超導(dǎo)膜元件10包含一基板100以及一超導(dǎo)膜200。本發(fā)明所指基板 100例如是指超導(dǎo)線材中的緩沖層，特別是超導(dǎo)線材中超導(dǎo)膜所接觸、設(shè)置的緩沖層?；?100的晶格常數(shù)介于5.0A至5.5A之間。超導(dǎo)膜200設(shè)置于基板100上。超導(dǎo)膜200的材 質(zhì)包含YBa2Cu3O7 (超導(dǎo)相）以及Y2BaCuO5 (非超導(dǎo)相）。Y2BaCuOj散于YBa 2Cu307中，并且