專利名稱：一種螢石型涂層導(dǎo)體緩沖層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于涂層導(dǎo)體緩沖層技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種螢石型涂層導(dǎo)體緩沖層及其制備方法。
背景技術(shù)：
涂層導(dǎo)體在液氮溫區(qū)具有高的臨界電流密度，低的交流損耗，以及優(yōu)越的高場(chǎng)性能，被稱為第二代高溫超導(dǎo)帶材。涂層導(dǎo)體是由基帶/緩沖層/超導(dǎo)層/保護(hù)層組成的多層結(jié)構(gòu)材料。其中，緩沖層是一個(gè)連續(xù)的、平整的、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、晶格結(jié)構(gòu)匹配的過(guò)渡層。 目前國(guó)內(nèi)的涂層導(dǎo)體研發(fā)在基礎(chǔ)研究和制備技術(shù)方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界水平，需要不斷開發(fā)化學(xué)溶液沉積制備緩沖層的技術(shù)。緩沖層材料大多采用的是方鐵錳礦結(jié)構(gòu)、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)、燒綠石結(jié)構(gòu)和螢石結(jié)構(gòu)等氧化物，主要包括&03、SrTi03、YSZ、La2Zr2O7和( 等，其中螢石型結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜由于具有很好的晶格匹配性以及良好的化學(xué)性質(zhì)兼容性，可用作緩沖層中最上層來(lái)誘導(dǎo) YBa2Cu3Oy(YBCO)晶粒的取向生長(zhǎng)。因此，開發(fā)新型緩沖層，獲得具有良好界面和立方織構(gòu)的緩沖層將有助于更進(jìn)一步提高YBCO超導(dǎo)層的性能，促進(jìn)涂層導(dǎo)體的制備技術(shù)進(jìn)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種比目前其它緩沖層具有更好的晶格匹配性和化學(xué)穩(wěn)定性的螢石型涂層導(dǎo)體緩沖層。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種螢石型涂層導(dǎo)體緩沖層，其特征在于，該緩沖層的化學(xué)組成為MnxHf^O2，其中0. 2彡χ彡0. 3。本發(fā)明還提供了一種螢石型涂層導(dǎo)體緩沖層的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、將乙酰丙酮錳和乙酰丙酮鉿按照摩爾比為χ (1-x)的比例稱取后溶解于丙酸，配制成乙酰丙酮錳和乙酰丙酮鉿總摩爾濃度為0. lmol/L 1. Omol/L的前驅(qū)液，其中0. 2彡χ彡0. 3 ；步驟二、將步驟一中所述前驅(qū)液旋涂于基底上，然后將旋涂前驅(qū)液的基底置于管式爐中，在還原性氣氛中，以不低于25°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度從室溫升至900°C 10500C，并保溫0. 2h lh，隨爐冷卻至室溫，得到螢石型MnxHfViA緩沖層。上述的一種螢石型涂層導(dǎo)體緩沖層的制備方法，步驟一中所述丙酸為分析純?cè)噭?。上述的一種螢石型涂層導(dǎo)體緩沖層的制備方法，步驟二中所述基底為L(zhǎng)aAW3基底或NiW/Y203/YSZ基底，其中，NiW為鎳鎢金屬基帶，YSZ是指釔穩(wěn)定的氧化鋯。上述的一種螢石型涂層導(dǎo)體緩沖層的制備方法，步驟二中所述旋涂的轉(zhuǎn)速為 IOOOrpm 3000rpm，旋涂時(shí)間為 IOs 60s。上述的一種螢石型涂層導(dǎo)體緩沖層的制備方法，步驟二中所述還原性氣氛為氬氣與氫氣的混合氣氛，所述混合氣氛中氫氣的體積百分含量為4%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的螢石型結(jié)構(gòu)的MnxHfViA (MHO)是一種新型緩沖層，它比目前其它緩沖層具有更好的晶格匹配性和化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)它能夠有效在超導(dǎo)層中誘導(dǎo)出釘扎結(jié)構(gòu)，提高超導(dǎo)層的性能。2、本發(fā)明采用化學(xué)溶液沉積技術(shù)制備MHO緩沖層，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，可以精確控制金屬組元的配比，容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)制備。3、本發(fā)明采用常規(guī)簡(jiǎn)單的金屬鹽配制前驅(qū)液，簡(jiǎn)化了前驅(qū)液配制條件，旋涂前驅(qū)液后采用一步快速熱處理的制備方法，簡(jiǎn)化了制備工藝，可實(shí)現(xiàn)MnxHfVxO2緩沖層的低成本、 大規(guī)模制備。4、采用本發(fā)明的方法制備的螢石型MnxHfhO2緩沖層薄膜具有良好界面和立方織構(gòu)，可以充分承擔(dān)織構(gòu)傳遞的作用，在其上制備的YBCO超導(dǎo)層具有立方織構(gòu)，同時(shí)可以在 YBCO超導(dǎo)層中誘導(dǎo)出釘扎結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高超導(dǎo)層的性能。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的Mntl2Hfa8O2緩沖層的X射線衍射圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的Mntl2Hfa8O2緩沖層的掃描顯微鏡圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例2制備的Mna25Hfa75A上外延生長(zhǎng)的YBCO超導(dǎo)層的X射線衍射圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1Mn0.2Hf0.802 緩沖層的制備步驟一、將乙酰丙酮錳和乙酰丙酮鉿按照摩爾比為0.2 0.8的比例稱取后加入丙酸(分析純?cè)噭?中，加熱攪拌使固體全部溶解，配制成乙酰丙酮錳和乙酰丙酮鉿總摩爾濃度為0. lmol/L的前驅(qū)液；步驟二、將步驟一中所述前驅(qū)液以IOOOrpm的轉(zhuǎn)速于LaAW3基底上旋涂IOs ；然后將旋涂前驅(qū)液的基底置于管式爐中，在氬氣與氫氣的混合氣氛(混合氣氛中氫氣的體積百分含量為4% )中，以25°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度從室溫升至900°C，并保溫lh，隨爐冷卻至室溫，得到螢石型Mna2HfaiA緩沖層。本實(shí)施例制備的Mna2Hfa8O2緩沖層經(jīng)X射線衍射檢測(cè)，具有良好立方織構(gòu)(如圖 1所示)。經(jīng)掃描顯微鏡觀察，表面平整且無(wú)微裂紋和孔洞(如圖2所示)。經(jīng)原子力顯微鏡測(cè)試表面粗糙度小于5nm。在Mna2Hfa8O2緩沖層上外延生長(zhǎng)的YBCO超導(dǎo)層在77K磁場(chǎng)下具有優(yōu)異的超導(dǎo)性能。實(shí)施例2Mn0.25Hf0.7502 緩沖層的制備步驟一、將乙酰丙酮錳和乙酰丙酮鉿按照摩爾比為0.25 0.75的比例稱取后加入丙酸(分析純?cè)噭?中，加熱攪拌使固體全部溶解，配制成乙酰丙酮錳和乙酰丙酮鉿總摩爾濃度為0. 3mol/L的前驅(qū)液；步驟二、將步驟一中所述前驅(qū)液以2000rpm的轉(zhuǎn)速于NiW/Y203/YSZ基底上(NiW 為鎳鎢金屬基帶，YSZ是指釔穩(wěn)定的氧化鋯)旋涂30s ；然后將旋涂前驅(qū)液的基底置于管式爐中，在氬氣與氫氣的混合氣氛(混合氣氛中氫氣的體積百分含量為4%)中，以25°C/ min的升溫速率將爐內(nèi)溫度從室溫升至950°C，并保溫0. 5h，隨爐冷卻至室溫，得到螢石型 Mna25Hfa7A 緩沖層。本實(shí)施例制備的Mna25Hfa75A緩沖層經(jīng)X射線衍射檢測(cè)，具有良好立方織構(gòu)，經(jīng)原子力顯微鏡和掃描顯微鏡觀察，表面平整且無(wú)微裂紋和孔洞，表面粗糙度小于5nm。同時(shí)在 Mna25Hfa75O2緩沖層上外延生長(zhǎng)的YBCO超導(dǎo)層具有銳利立方織構(gòu)(如圖3所示)，在77K磁場(chǎng)下具有優(yōu)異的超導(dǎo)性能。實(shí)施例3Mn0.25Hf0.7502 緩沖層的制備步驟一、將乙酰丙酮錳和乙酰丙酮鉿按照摩爾比為0.25 0.75的比例稱取后加入丙酸(分析純?cè)噭?中，加熱攪拌使固體全部溶解，配制成乙酰丙酮錳和乙酰丙酮鉿總摩爾濃度為0. 6mol/L的前驅(qū)液；步驟二、將步驟一中所述前驅(qū)液以2000rpm的轉(zhuǎn)速于NiW/Y203/YSZ基底上(NiW 為鎳鎢金屬基帶，YSZ是指釔穩(wěn)定的氧化鋯)旋涂30s ；然后將旋涂前驅(qū)液的基底置于管式爐中，在氬氣與氫氣的混合氣氛(混合氣氛中氫氣的體積百分含量為4%)中，以30°C/ min的升溫速率將爐內(nèi)溫度從室溫升至1000°C，并保溫0. 3h，隨爐冷卻至室溫，得到螢石型 Mna25Hfa7A 緩沖層。本實(shí)施例制備的Mna25Hfa75O2緩沖層經(jīng)X射線衍射檢測(cè)，具有良好立方織構(gòu)，經(jīng)原子力顯微鏡和掃描顯微鏡觀察，表面平整且無(wú)微裂紋和孔洞，表面粗糙度小于5nm。在 Mna25Hfa75O2緩沖層上外延生長(zhǎng)的YBCO超導(dǎo)層在77K磁場(chǎng)下具有優(yōu)異的超導(dǎo)性能。實(shí)施例4Mn0.3Hf0.702 緩沖層的制備步驟一、將乙酰丙酮錳和乙酰丙酮鉿按照摩爾比為0.3 0.7的比例稱取后加入丙酸(分析純?cè)噭?中，加熱攪拌使固體全部溶解，配制成乙酰丙酮錳和乙酰丙酮鉿總摩爾濃度為lmol/L的前驅(qū)液；步驟二、將步驟一中所述前驅(qū)液以3000rpm的轉(zhuǎn)速于NiW/Y203/YSZ基底上(NiW 為鎳鎢金屬基帶，YSZ是指釔穩(wěn)定的氧化鋯)旋涂60s ；然后將旋涂前驅(qū)液的基底置于管式爐中，在氬氣與氫氣的混合氣氛(混合氣氛中氫氣的體積百分含量為4%)中，以50°C/ min的升溫速率將爐內(nèi)溫度從室溫升至1050°C，并保溫0. 2h，隨爐冷卻至室溫，得到螢石型 Mna3Hfa7O2 緩沖層。本實(shí)施例制備的Mna3Hfa7O2緩沖層經(jīng)X射線衍射檢測(cè)，具有良好立方織構(gòu)，經(jīng)原子力顯微鏡和掃描顯微鏡觀察，表面平整且無(wú)微裂紋和孔洞，表面粗糙度小于5nm。在 Mna3Hfa7O2緩沖層上外延生長(zhǎng)的YBCO超導(dǎo)層在77K磁場(chǎng)下具有優(yōu)異的超導(dǎo)性能。實(shí)施例5Mn0.3Hf0.702 緩沖層的制備步驟一、將乙酰丙酮錳和乙酰丙酮鉿按照摩爾比為0.3 0.7的比例稱取后加入丙酸(分析純?cè)噭?中，加熱攪拌使固體全部溶解，配制成乙酰丙酮錳和乙酰丙酮鉿總摩爾濃度為lmol/L的前驅(qū)液；步驟二、將步驟一中所述前驅(qū)液以3000rpm的轉(zhuǎn)速于LaAW3基底上旋涂60s ；然后將旋涂前驅(qū)液的基底置于管式爐中，在氬氣與氫氣的混合氣氛(混合氣氛中氫氣的體積百分含量為4% )中，以50°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度從室溫升至1050°C，并保溫0. 2h, 隨爐冷卻至室溫，得到螢石型Mntl3Hfa 702緩沖層。本實(shí)施例制備的Mna3Hfa7O2緩沖層經(jīng)X射線衍射檢測(cè)，具有良好立方織構(gòu)，經(jīng)原子力顯微鏡和掃描顯微鏡觀察，表面平整且無(wú)微裂紋和孔洞，表面粗糙度小于5nm。在 Mna3Hfa7O2緩沖層上外延生長(zhǎng)的YBCO超導(dǎo)層在77K磁場(chǎng)下具有優(yōu)異的超導(dǎo)性能。實(shí)施例6Mn0.25Hf0.7502 緩沖層的制備步驟一、將乙酰丙酮錳和乙酰丙酮鉿按照摩爾比為0.25 0.75的比例稱取后加入丙酸(分析純?cè)噭?中，加熱攪拌使固體全部溶解，配制成乙酰丙酮錳和乙酰丙酮鉿總摩爾濃度為0. 6mol/L的前驅(qū)液；步驟二、將步驟一中所述前驅(qū)液以2000rpm的轉(zhuǎn)速于LaAW3基底上旋涂30s ；然后將旋涂前驅(qū)液的基底置于管式爐中，在氬氣與氫氣的混合氣氛(混合氣氛中氫氣的體積百分含量為4% )中，以30°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度從室溫升至1000°C，并保溫0. 3h, 隨爐冷卻至室溫，得到螢石型M% 25Hf0.7502緩沖層。本實(shí)施例制備的Mna25Hfa75O2緩沖層經(jīng)X射線衍射檢測(cè)，具有良好立方織構(gòu)，經(jīng)原子力顯微鏡和掃描顯微鏡觀察，表面平整且無(wú)微裂紋和孔洞，表面粗糙度小于5nm。在 Mna25Hfa75O2緩沖層上外延生長(zhǎng)的YBCO超導(dǎo)層在77K磁場(chǎng)下具有優(yōu)異的超導(dǎo)性能。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做任何限制，凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種螢石型涂層導(dǎo)體緩沖層，其特征在于，該緩沖層的化學(xué)組成為MnxHfhO2，其中 0. 2 彡 χ 彡 0. 3。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述緩沖層的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 步驟一、將乙酰丙酮錳和乙酰丙酮鉿按照摩爾比為χ (1-x)的比例稱取后溶解于丙酸，配制成乙酰丙酮錳和乙酰丙酮鉿總摩爾濃度為0. lmol/L 1. Omol/L的前驅(qū)液，其中 0. 2 彡 χ 彡 0. 3 ；步驟二、將步驟一中所述前驅(qū)液旋涂于基底上，然后將旋涂前驅(qū)液的基底置于管式爐中，在還原性氣氛中，以不低于25°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度從室溫升至900°C 10500C，并保溫0. 2h lh，隨爐冷卻至室溫，得到螢石型MnxHfViA緩沖層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟一中所述丙酸為分析純?cè)噭?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟二中所述基底為L(zhǎng)aAW3基底或MW/ Y203/YSZ基底，其中，NiW為鎳鎢金屬基帶，YSZ是指釔穩(wěn)定的氧化鋯。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟二中所述旋涂的轉(zhuǎn)速為IOOOrpm 3000rpm，旋涂時(shí)間為IOs 60s。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟二中所述還原性氣氛為氬氣與氫氣的混合氣氛，所述混合氣氛中氫氣的體積百分含量為4%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種螢石型涂層導(dǎo)體緩沖層，該緩沖層的化學(xué)組成為MnxHf1-xO2，其中0.2≤x≤0.3。本發(fā)明還公開了該緩沖層的制備方法，方法為一、將乙酰丙酮錳和乙酰丙酮鉿按比例稱取后溶解于丙酸，配制成前驅(qū)液；二、將前驅(qū)液旋涂于基底上，置于管式爐中，在還原性氣氛中，以不低于25℃/min的升溫速率將爐內(nèi)溫度從室溫升至900℃～1050℃，并保溫0.2h～1h，隨爐冷卻至室溫，得的螢石型MnxHf1-xO2緩沖層。本發(fā)明采用常規(guī)簡(jiǎn)單的金屬鹽配制前驅(qū)液，簡(jiǎn)化了前驅(qū)液配制條件，旋涂前驅(qū)液后采用一步快速熱處理的制備方法，簡(jiǎn)化了制備工藝，可實(shí)現(xiàn)MnxHf1-xO2緩沖層的低成本、大規(guī)模制備。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102491748SQ201110386230
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者于澤銘, 馮建情, 盧亞鋒, 李成山, 金利華, 高玲 申請(qǐng)人:西北有色金屬研究院