一種納米銀摻雜氧化鈰涂層的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米銀摻雜氧化鈰涂層的制備方法，該方法為：一、將有機(jī)鈰鹽溶解于丙酸，然后加入納米銀粒子，配制前驅(qū)液；二、采用旋涂法將前驅(qū)液涂覆于基底上，置于管式爐中，在還原性氣氛下，升溫至爐內(nèi)溫度為850℃～950℃，并保溫0.5h～1h，隨爐冷卻，得到納米銀摻雜氧化鈰涂層。本發(fā)明通過在前驅(qū)液中引入納米銀粒子，分散的納米銀粒子可以在氧化鈰涂層中形成有效應(yīng)力釋放中心，促進(jìn)氧化鈰涂層在成相減薄過程中應(yīng)力均勻釋放，避免形成裂紋和孔洞，降低了氧化鈰薄膜表面的粗糙度。采用本發(fā)明的方法制備的氧化鈰涂層具有銳利的雙軸織構(gòu)，表面光滑平整、無裂紋，有利于外延生長超導(dǎo)層。
【專利說明】一種納米銀摻雜氧化鈰涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高溫超導(dǎo)材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種納米銀摻雜氧化鈰涂層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]YBCO涂層導(dǎo)體是由金屬基帶/緩沖層/超導(dǎo)層/保護(hù)層組成的多層復(fù)合材料。由于超導(dǎo)層與金屬基帶之間存在很大的晶格失配(約8%)和嚴(yán)重的原子擴(kuò)散，因此必須在兩者之間沉積緩沖層，才能達(dá)到傳遞織構(gòu)和阻隔擴(kuò)散的作用，實(shí)現(xiàn)YBCO超導(dǎo)層的織構(gòu)生長，同時(shí)獲得聞的載流能力。氧化鋪(CeO2)由于具有熱穩(wěn)定性聞、與YBCO的晶格失配小及良好的化學(xué)兼容性等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種極其重要的緩沖層材料。
[0003]CeO2屬于立方螢石結(jié)構(gòu),控制它的取向生長以及表面質(zhì)量對(duì)于外延生長具有織構(gòu)的YBCO超導(dǎo)層極為重要?；瘜W(xué)溶液沉積制備的CeO2涂層具有工藝簡單、低成本等優(yōu)點(diǎn)，是目前研究的熱點(diǎn)，人們通過在CeO2層中摻雜各種稀土元素，進(jìn)一步改善CeO2層的織構(gòu)取向和表面質(zhì)量。索紅莉課題組通過在氧化鈰前驅(qū)液中引入La、Gd等稀土元素(CN101624286B、CN101597162B)以及 Ta、Zr 等過渡金屬元素(CN102173801B、CN101219896B)，可以制備出沒有裂紋、表面平整致密、具有較高織構(gòu)的氧化鈰過渡層。但是這些方法一般都需要在較高的溫度(1000°C~1200°C )下對(duì)氧化物涂層進(jìn)行熱處理，這種情況會(huì)造成NiW金屬襯底晶粒長大，熱蝕溝槽加深，必然導(dǎo)致晶界處出現(xiàn)不連續(xù)區(qū)域，氧化鈰表面粗糙度增加。同時(shí)這些情況下的摻雜，氧化鈰固化膜中沒有納米點(diǎn)存在，固化膜在分解和成相過程中不存在有效的應(yīng)力釋放中心，不利于厚膜的應(yīng)力釋放。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的 技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種納米銀摻雜氧化鈰涂層的制備方法。該方法通過在前驅(qū)液中引入納米銀粒子，分散的納米銀粒子可以在氧化鈰涂層中形成有效應(yīng)力釋放中心，促進(jìn)氧化鈰涂層在成相減薄過程中應(yīng)力均勻釋放，避免氧化鈰涂層在減薄、收縮過程中形成裂紋和孔洞，降低了氧化鈰薄膜表面的粗糙度；通過納米銀的誘導(dǎo)形核生長，可以幫助氧化鈰薄膜在較低溫度成相，減少傳統(tǒng)高溫?zé)崽幚韺?duì)金屬基帶的影響，避免高溫下金屬襯底晶粒長大和熱蝕溝加深對(duì)氧化鈰涂層的破壞，提高了涂層的表面質(zhì)量。采用該方法制備的氧化鈰涂層具有銳利的雙軸織構(gòu)，表面光滑平整、無裂紋，有利于外延生長超導(dǎo)層。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種納米銀摻雜氧化鈰涂層的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0006]步驟一、將有機(jī)鈰鹽溶解于丙酸，然后加入納米銀粒子，配制成鈰離子濃度為
0.2mol/L~lmol/L的前驅(qū)液；所述前驅(qū)液中納米銀粒子的摩爾量為鈰離子摩爾量的
0.05% ~1% ；
[0007]步驟二、采用旋涂法將步驟一中所述前驅(qū)液涂覆于基底上，然后將涂覆有前驅(qū)液的基底置于管式爐中，在還原性氣氛下，以20°C /min~100°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升至850°C~950°C，并保溫0.5h~lh，隨爐冷卻，得到納米銀摻雜氧化鈰涂層；所述基底為NiW基底或NiWzla2Zr2O7基底。
[0008]上述的一種納米銀摻雜氧化鈰涂層的制備方法，步驟一中所述有機(jī)鈰鹽為丙酸鈰或乙酰丙酮鈰。
[0009]上述的一種納米銀摻雜氧化鈰涂層的制備方法，步驟一中所述納米銀粒子的尺寸為 5nm ~20nm。
[0010]上述的一種納米銀摻雜氧化鈰涂層的制備方法，步驟一中所述前驅(qū)液中納米銀粒子的摩爾量為鋪尚子摩爾量的0.5%。
[0011]上述的一種納米銀摻雜氧化鈰涂層的制備方法，步驟二中所述旋涂的轉(zhuǎn)速為500rpm ~4000rpm,旋涂時(shí)間為 30s ~180s。
[0012]上述的一種納米銀摻雜氧化鈰涂層的制備方法，步驟二中所述還原性氣氛為氬氣與氫氣的混合氣氛，混合氣氛中氫氣的體積百分含量為2%~8%。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014]1、本發(fā)明通過在前驅(qū)液中引入納米銀粒子，分散的納米銀粒子可以在氧化鈰涂層中形成有效應(yīng)力釋放中心，促進(jìn)氧化鈰涂層在成相減薄過程中應(yīng)力均勻釋放，避免氧化鈰涂層在減薄、收縮過程中形成裂紋和孔洞，降低了氧化鈰薄膜表面的粗糙度。
[0015]2、本發(fā)明通過納米銀的誘導(dǎo)形核`生長，可以幫助氧化鈰薄膜在較低溫度成相，減少傳統(tǒng)高溫?zé)崽幚韺?duì)NiW金屬基帶的影響，避免高溫下金屬襯底晶粒長大和熱蝕溝加深對(duì)氧化鈰涂層的破壞，提高了涂層的表面質(zhì)量。
[0016]3、本發(fā)明制備的氧化鈰涂層具有銳利的雙軸織構(gòu)，表面光滑平整、無裂紋，有利于外延生長超導(dǎo)層。
[0017]4、在本發(fā)明制備的納米銀摻雜氧化鈰涂層表面外延生長YBCO超導(dǎo)層，得到的超導(dǎo)層具有良好的超導(dǎo)性能，77K自場下的臨界電流密度大于2MA/cm2。
[0018]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。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的納米銀摻雜氧化鈰涂層的X射線衍射0-2 0掃描圖。
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的納米銀摻雜氧化鈰涂層(111)峰的面內(nèi)掃描(Phiscan)圖。
[0021]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的納米銀摻雜氧化鈰涂層表面形貌的原子力顯微鏡(AFM)圖。
[0022]圖4為在本發(fā)明實(shí)施例1的納米銀摻雜氧化鈰涂層上制備的YBCO超導(dǎo)層的X衍射9-2 0掃描圖。
[0023]圖5為本發(fā)明實(shí)施例3制備的納米銀摻雜氧化鈰涂層表面形貌的掃描電鏡(SEM)圖。
[0024]圖6為在本發(fā)明實(shí)施例3的納米銀摻雜氧化鈰涂層上制備的YBCO超導(dǎo)層的X衍射9-2 0掃描圖。[0025]圖7為本發(fā)明實(shí)施例5制備的納米銀摻雜氧化鈰涂層的X射線衍射0-2 0掃描圖。
[0026]圖8為本發(fā)明實(shí)施例5制備的納米銀摻雜氧化鈰涂層(002)峰的面外掃描(Omegascan)圖。
[0027]圖9為在本發(fā)明實(shí)施例5的納米銀摻雜氧化鈰涂層上制備的YBCO超導(dǎo)層表面形貌的掃描電鏡(SEM)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]實(shí)施例1
[0029]步驟一、將乙酰丙酮鈰(或丙酸鈰)溶解于丙酸，然后加入尺寸為5nm的納米銀粒子，配制成鈰離子濃度為0.2mol/L的前驅(qū)液；所述前驅(qū)液中納米銀粒子的摩爾量為鈰離子摩爾量的0.5% ；
[0030]步驟二、采用旋涂法，以4000rpm的轉(zhuǎn)速將步驟一中所述前驅(qū)液涂覆于NiW/La2Zr2O7基底上，涂覆時(shí)間為30s，然后置于管式爐中，在氬氣與氫氣的混和氣氛中，以IOO0C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升至950°C，并保溫0.5h，隨爐冷卻，得到納米銀摻雜氧化鈰涂層；所述混合氣氛中氫氣的體積百分含量為8%。
[0031]圖1是本實(shí)施例制備的納米銀摻雜氧化鈰涂層的X衍射0 -2 0掃描圖，從圖中可以看出制備的納米銀摻雜氧化鈰涂層具有CeO2 (002)峰，且沒有(111)雜相峰，顯示銳利立方織構(gòu)。圖2為本實(shí)施例制備的納米銀摻雜氧化鈰涂層(111)峰的面內(nèi)掃描(Phi scan)圖，從圖中可以看出，整個(gè)掃描范圍內(nèi)出現(xiàn)4個(gè)峰，且峰的半高寬為6.1度，顯示涂層具有銳利的雙軸織構(gòu)。圖3為本實(shí)施例制備的納米銀摻雜氧化鈰涂層表面形貌的原子力顯微鏡(AFM)圖，從圖中可以看出，氧化鈰晶粒均勻，表面粗糙度為3nm，表面光滑致密且無裂紋，說明摻雜的銀促進(jìn)了氧化鈰層的均勻形 核和生長。圖4為采用常規(guī)方法在本實(shí)施例制備的納米銀摻雜氧化鈰涂層上制備YBCO超導(dǎo)層的X衍射0-2 0掃描圖，從圖中可以看出，YBCO超導(dǎo)層具有銳利的(001)取向峰且沒有雜峰，顯示YBCO涂層具有良好的外延織構(gòu)，該樣品在77K溫度下的臨界電流密度為2.6MA/cm2，表現(xiàn)出良好的超導(dǎo)性能。
[0032]本實(shí)施例制備的摻雜0.5%Ag的氧化鈰涂層具有銳利的雙軸織構(gòu)，而且表面平整且無微裂紋和孔洞，能夠避免熱蝕溝槽對(duì)涂層的破壞，表面粗糙度為3nm ;摻雜的納米銀粒子有效地提高了氧化鈰涂層的織構(gòu)取向和表面質(zhì)量。在摻雜納米銀粒子氧化鈰層上制備的YBCO超導(dǎo)層表現(xiàn)出優(yōu)異的超導(dǎo)性能，明顯改善了超導(dǎo)層的臨界電流密度。
[0033]實(shí)施例2
[0034]本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，其中不同之處在于:所述基底為NiW基底。
[0035]本實(shí)施例制備的摻雜0.5%Ag的氧化鈰涂層具有銳利的雙軸織構(gòu)，而且表面平整且無微裂紋和孔洞，能夠避免熱蝕溝槽對(duì)涂層的破壞，表面粗糙度為3nm ;摻雜的納米銀粒子有效地提高了氧化鈰涂層的織構(gòu)取向和表面質(zhì)量。在摻雜納米銀粒子氧化鈰層上制備的YBCO超導(dǎo)層表現(xiàn)出優(yōu)異的超導(dǎo)性能，明顯改善了超導(dǎo)層的臨界電流密度。
[0036]實(shí)施例3
[0037]步驟一、將丙酸鈰(或乙酰丙酮鈰)溶解于丙酸，然后加入尺寸為20nm的納米銀粒子，配制成鈰離子濃度為0.5mol/L的前驅(qū)液；所述前驅(qū)液中納米銀粒子的摩爾量為鈰離子摩爾量的0.05% ；
[0038]步驟二、采用旋涂法，以2000rpm的轉(zhuǎn)速將步驟一中所述前驅(qū)液涂覆于NiW/La2Zr2O7基底上，涂覆時(shí)間為90s，然后置于管式爐中，在氬氣與氫氣的混和氣氛中，以500C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升至900°C，并保溫0.7h，隨爐冷卻，得到納米銀摻雜氧化鈰涂層；所述混合氣氛中氫氣的體積百分含量為4%。
[0039]圖5為本實(shí)施例制備的納米銀摻雜氧化鈰涂層表面形貌的掃描電鏡(SHM)圖，從圖中可以看出，納米銀摻雜氧化鈰涂層表面平整且無微裂紋和孔洞，且能夠避免熱蝕溝槽對(duì)涂層的破壞。圖6為采用常規(guī)方法在本實(shí)施例制備的納米銀摻雜氧化鈰涂層上制備YBCO超導(dǎo)層的X衍射0-2 0掃描圖，從圖中可以看出，YBCO超導(dǎo)層具有銳利的(001)取向峰，具有良好的外延織構(gòu)，該樣品在77K溫度下的臨界電流密度為2.3MA/cm2,表現(xiàn)出良好的超導(dǎo)性能。
[0040]本實(shí)施例制備的摻雜0.05%Ag的氧化鈰涂層具有銳利的雙軸織構(gòu)，而且表面平整且無微裂紋和孔洞，能夠避免熱蝕溝槽對(duì)涂層的破壞，表面粗糙度小于5nm ;摻雜的納米銀粒子有效地提高了氧化鈰涂層的織構(gòu)取向和表面質(zhì)量。在摻雜納米銀粒子氧化鈰層上制備的YBCO超導(dǎo)層表現(xiàn)出優(yōu)異的超導(dǎo)性能，明顯改善了超導(dǎo)層的臨界電流密度。
[0041]實(shí)施例4
[0042]本實(shí)施例與實(shí)施例3相同，其中不同之處在于:所述基底為NiW基底。
[0043]本實(shí)施例制備的摻雜0.05%Ag的氧化鈰涂層具有銳利的雙軸織構(gòu)，而且表面平整且無微裂紋和孔洞，能夠避免熱蝕溝槽對(duì)涂層的破壞，表面粗糙度小于5nm ;摻雜的納米銀粒子有效地提高了氧化鈰涂層的織構(gòu)取向和表面質(zhì)量。在摻雜納米銀粒子氧化鈰層上制備的YBCO超導(dǎo)層表現(xiàn)出優(yōu)異的超導(dǎo)性能，明顯改善了超導(dǎo)層的臨界電流密度。
`[0044]實(shí)施例5
[0045]步驟一、將乙酰丙酮鈰(或丙酸鈰)溶解于丙酸，然后加入尺寸為IOnm的納米銀粒子，配制成鈰離子濃度為lmol/L的前驅(qū)液；所述前驅(qū)液中納米銀粒子的摩爾量為鈰離子摩爾量的1% ；
[0046]步驟二、采用旋涂法，以500rpm的轉(zhuǎn)速將步驟一中所述前驅(qū)液涂覆于NiW基底上，涂覆時(shí)間為180s，然后置于管式爐中，在氬氣與氫氣的混和氣氛中，以20°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升至850°C，并保溫lh，隨爐冷卻，得到納米銀摻雜氧化鈰涂層；所述混合氣氛中氫氣的體積百分含量為2%。
[0047]圖7為本實(shí)施例制備的納米銀摻雜氧化鈰涂層的X射線衍射0-2 0掃描圖。從圖中可以看出，只有CeO2 (002)峰，顯示銳利立方織構(gòu)。圖8為本實(shí)施例制備的納米銀摻雜氧化鋪涂層(002)峰的面外掃描(Omega scan)圖,從圖中可以看出，其面外掃描半高寬為
5.1度，顯示具有良好的雙軸取向。圖9為采用常規(guī)物理方法在本實(shí)施例制備的納米銀摻雜氧化鈰涂層上制備YBCO超導(dǎo)層的表面形貌的掃描電鏡(SEM)圖，從圖中可以看出，YBCO超導(dǎo)層表面平整致密，該樣品在77K溫度下的臨界電流密度為2.1MA/cm2，表現(xiàn)出良好的超導(dǎo)性能。
[0048]本實(shí)施例制備的摻雜l%Ag的氧化鈰涂層具有銳利的雙軸織構(gòu)，而且表面平整且無微裂紋和孔洞，能夠避免熱蝕溝槽對(duì)涂層的破壞，表面粗糙度小于5nm ;摻雜的納米銀粒子有效地提高了氧化鈰涂層的織構(gòu)取向和表面質(zhì)量。在摻雜納米銀粒子氧化鈰層上制備的YBCO超導(dǎo)層表現(xiàn)出優(yōu)異的超導(dǎo)性能，明顯改善了超導(dǎo)層的臨界電流密度。
[0049]實(shí)施例6
[0050]本實(shí)施例與實(shí)施例5相同，其中不同之處在于:所述基底為NiWzla2Zr2O7基底。
[0051]本實(shí)施例制備的摻雜l%Ag的氧化鈰涂層具有銳利的雙軸織構(gòu)，而且表面平整且無微裂紋和孔洞，能夠避免熱蝕溝槽對(duì)涂層的破壞，表面粗糙度小于5nm ;摻雜的納米銀粒子有效地提高了氧化鈰涂層的織構(gòu)取向和表面質(zhì)量。在摻雜納米銀粒子氧化鈰層上制備的YBCO超導(dǎo)層表現(xiàn)出優(yōu)異的超導(dǎo)性能，明顯改善了超導(dǎo)層的臨界電流密度
[0052]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】
1.一種納米銀摻雜氧化鈰涂層的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:步驟一、將有機(jī)鈰鹽溶解于丙酸，然后加入納米銀粒子，配制成鈰離子濃度為0.2mol/L~lmol/L的前驅(qū)液；所述前驅(qū)液中納米銀粒子的摩爾量為鈰離子摩爾量的0.05%~1% ；步驟二、采用旋涂法將步驟一中所述前驅(qū)液涂覆于基底上，然后將涂覆有前驅(qū)液的基底置于管式爐中，在還原性氣氛下，以20°C /min~100°C /min的升溫速率將爐內(nèi)溫度升至850°C~950°C，并保溫0.5h~lh，隨爐冷卻，得到納米銀摻雜氧化鈰涂層；所述基底為NiW基底或NiW/La2Zr207基底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米銀摻雜氧化鈰涂層的制備方法，其特征在于，步驟一中所述有機(jī)鋪鹽為丙酸鋪或乙酰丙酮鋪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米銀摻雜氧化鈰涂層的制備方法，其特征在于，步驟一中所述納米銀粒子的尺寸為5nm~20nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米銀摻雜氧化鈰涂層的制備方法，其特征在于，步驟一中所述前驅(qū)液中納米銀粒子的摩爾量為鈰離子摩爾量的0.5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米銀摻雜氧化鈰涂層的制備方法，其特征在于，步驟二中所述旋涂的轉(zhuǎn)速為500rpm~4000rpm，旋涂時(shí)間為30s~180s。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米銀摻雜氧化鈰涂層的制備方法，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，混合氣氛中氫氣的體積百分含量為2%~8% o
【文檔編號(hào)】C23C24/08GK103498140SQ201310422222
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】金利華, 馮建情, 白利鋒, 王耀, 于澤銘, 李成山, 張平祥 申請(qǐng)人:西北有色金屬研究院