一種高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用緩沖層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高溫超導(dǎo)材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用緩沖層，本發(fā)明還涉及上述緩沖層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]涂層導(dǎo)體是由金屬基帶/緩沖層/超導(dǎo)層/保護(hù)層所組成的多層膜結(jié)構(gòu)。緩沖層不但需要為超導(dǎo)層的外延生長提供織構(gòu)基底，同時(shí)必須能夠阻擋金屬基體元素向超導(dǎo)層的擴(kuò)散，這就既要求緩沖層與超導(dǎo)層的晶格匹配良好，晶粒排列具有雙軸織構(gòu)特性，又要求其具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和高致密度等特性。
[0003]緩沖層主要的制備方法有:脈沖激光沉積(PLD)，磁控濺射(MS)，金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)，金屬有機(jī)物沉積(MOD)和溶膠-凝膠法(Sol-gel)。其中脈沖激光沉積(PLD)、磁控濺射(MS)需要在真空條件下制備，其設(shè)備昂貴，薄膜的制備成本比較高。而金屬有機(jī)物沉積(MOD)和溶I父一凝I父法(Sol-gel)無需真空條件，就可以完成薄膜的制備，而且設(shè)備簡單，這極大的降低了成本。因此，目前有很多研究人員都采用金屬有機(jī)物沉積(MOD)或者溶膠一凝膠法(Sol-gel)制備緩沖層薄膜。
[0004]目前化學(xué)溶液沉積方法制備的緩沖層，大多采用有機(jī)鹽(如乙酰丙酮鹽)作為原料。而使用這種鹽的主要不足有兩點(diǎn):1)有機(jī)鹽中含有大量的C、H元素，經(jīng)高溫?zé)崽幚頃]發(fā)出大量氣體，不易獲得致密的薄膜，并且會殘留一部分碳元素在薄膜里，不利于薄膜的擇優(yōu)生長。2)有機(jī)鹽價(jià)格較為昂貴，無疑增加了薄膜的制備成本。
[0005]在眾多的緩沖層材料中，&02被公認(rèn)為是最適用的緩沖層材料之一，其化學(xué)和熱穩(wěn)定性好，與YBCO沒有顯著的化學(xué)反應(yīng)，且其晶格與YBCO的晶格相匹配。然而，采用化學(xué)溶液沉積方法制備的CeO2單緩沖層的薄膜厚度超過50nm后，薄膜很容易產(chǎn)生微裂紋，不利于后續(xù)超導(dǎo)層的外延生長；而當(dāng)薄膜厚度小于50nm時(shí)又不足以充當(dāng)擴(kuò)散壁皇，阻擋基帶金屬元素向超導(dǎo)層的擴(kuò)散。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用緩沖層，解決了現(xiàn)有緩沖層存在的超過50nm后產(chǎn)生微裂紋的問題；
[0007]本發(fā)明的另一目的是提供上述緩沖層的制備方法，解決了現(xiàn)有制備技術(shù)不易獲得致密薄膜的問題。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用緩沖層，該緩沖層的化學(xué)組成為Celx(Ya2Zras)xO5，其中 X 的取值為 0.1 ?0.4，δ = 2 — 0.lx。
[0009]本發(fā)明的另一技術(shù)方案是，上述緩沖層的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0010]步驟1、將六水硝酸鋪、八水氧氯化錯和六水硝酸乾按照Ce: Y: Zr =(1-x): 0.2x: 0.Sx的比例溶解于溶劑中，按金屬離子的總摩爾數(shù)計(jì)算，調(diào)節(jié)溶劑的加入量，得到金屬離子濃度為0.1?0.6mol/L的前驅(qū)液；
[0011]步驟2、將步驟I制得的前驅(qū)液涂敷于NiW金屬基帶上進(jìn)行熱處理，制得Celx(Ya2Zras)xO5緩沖層，其中 X 的取值為 0.1 ?0.4，δ = 2 — 0.lx。
[0012]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0013]步驟I中，溶劑為無水甲醇或者乙二醇甲醚、甲醇的混合液或者乙二醇甲醚、甲醇和乙酰丙酮的混合液。
[0014]步驟2的具體實(shí)施步驟為:
[0015]步驟2.1、采用浸涂法將經(jīng)步驟I制得的前驅(qū)液涂敷于NiW金屬基帶上，然后將涂敷有前驅(qū)液的NiW金屬基帶在空氣氣氛中以150?220°C預(yù)處理10?20min ；
[0016]步驟2.2、將經(jīng)步驟2.1處理的前驅(qū)液放入石英管式燒結(jié)爐中進(jìn)行熱處理，在還原性氣氛保護(hù)下，以3?10°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升高到300°C并保溫8?12min ;
[0017]步驟2.3、將經(jīng)步驟2.2處理的前驅(qū)液隨爐降溫到220?250°C，再以10?20°C /min的速率升溫到950?1100°C，并保溫0.5?lh，隨爐冷卻至室溫后取出，即在NiW金屬基帶上得到織構(gòu)化的Ce1 x (Ya2Zras)xOdl沖層。
[0018]本發(fā)明的有益效果是，
[0019]I) 一種高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用緩沖層，具有良好的傳遞基板織構(gòu)，又能提高&02薄膜的臨界厚度；本發(fā)明制得的緩沖層表面光滑平整、無裂紋，有利于后續(xù)YBCO超導(dǎo)層的外延生長；
[0020]2)高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用緩沖層的制備方法，通過改變前驅(qū)液組分調(diào)節(jié)緩沖層的晶格參數(shù)，使之更易于生長，能夠更好地與超導(dǎo)層的晶格常數(shù)匹配，并且原料成本低，來源廣泛，制備工藝簡單，便于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0021]圖1為發(fā)明實(shí)施例2制備的Cea7YaJra24O1^l沖層的X射線衍射Θ -2 Θ掃描譜圖；
[0022]圖2為發(fā)明實(shí)施例2制備的Ce。.7Y0.06Zr0.2Α.97緩沖層的X射線衍射ω掃描譜圖；
[0023]圖3為發(fā)明實(shí)施例3制備的CeasYaMZrai6O1^l沖層的X射線衍射θ_2 Θ掃描譜圖；
[0024]圖4為發(fā)明實(shí)施例3制備的Ce。.8Y0.04Zr0.1(A.98緩沖層的X射線衍射ω掃描譜圖；
[0025]圖5為發(fā)明實(shí)施例5制備的Cea9Ya沖層的X射線衍射Θ -2 Θ掃描譜圖；
[0026]圖6為發(fā)明實(shí)施例5制備的Ce。.9Y0.02Zr0.QiA.99緩沖層的X射線衍射Φ掃描譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028]本發(fā)明一種高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體用緩沖層的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施:
[0029]步驟1、將六水硝酸鋪、八水氧氯化錯和六水硝酸乾按照Ce: Y: Zr =(1-x): 0.2x: 0.8x的比例溶解于溶劑中，其中，溶劑為無水甲醇或者乙二醇甲醚、甲醇的混合液或者乙二醇甲醚、甲醇和乙酰丙酮的混合液；然后，按金屬離子的總摩爾數(shù)計(jì)算，調(diào)節(jié)溶劑的加入量，得到金屬離子濃度為0.1?0.6mol/L的前驅(qū)液；
[0030]步驟2.1、采用浸涂法將經(jīng)步驟I制得的前驅(qū)液涂敷于NiW金屬基帶上，然后將涂敷有前驅(qū)液的NiW金屬基帶在空氣氣氛中以150?220°C預(yù)處理10?20min ；
[0031]步驟2.2、將經(jīng)步驟2.1處理的前驅(qū)液放入石英管式燒結(jié)爐中進(jìn)行熱處理，在還原性氣氛保護(hù)下，以3?10°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升高到300°C并保溫8?12min ;
[0032]步驟2.3、將經(jīng)步驟2.2處理的前驅(qū)液隨爐降溫到220?250°C，再以10?20°C /min的速率升溫到950?1100°C，并保溫0.5?lh，隨爐冷卻至室溫后取出，即在NiW金屬基帶上得到織構(gòu)化的Ce1 x (Ya2Zras)xO5緩沖層，其中x的取值為0.1?0.4，δ =2 — 0.lx。
[0033]實(shí)施例1
[0034]Cea6YaC8Zra32Oh96緩沖層的制備:
[0035]取X值為0.4，δ = 1.96，將六水硝酸鋪、八水氧氯化錯和六水硝酸乾按照Ce: Y: Zr = 0.6: 0.08: 0.32的比例溶解于無水甲醇中；然后，按金屬離子的總摩爾數(shù)計(jì)算，調(diào)節(jié)溶劑的加入量，得到金屬離子濃度為0.6mol/L的前驅(qū)液；采用浸涂法將制得的前驅(qū)液涂敷于NiW金屬基帶上，然后將涂敷有前驅(qū)液的NiW金屬基帶在空氣氣氛中以220°C預(yù)處理15min ;將處理的前驅(qū)液放入石英管式燒結(jié)爐中進(jìn)行熱處理，在還原性氣氛保護(hù)下，以10°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升高到300°C并保溫Smin ;將處理的前驅(qū)液隨爐降溫到250°C，再以18°C /min的速率升溫到950°C，并保溫lh，隨爐冷卻至室溫后取出，為增加膜厚，重復(fù)以上過程2次，即在NiW金