專利名稱：一種Gd摻雜CeO₂過渡層薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫超導(dǎo)材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體過 渡層的制備4支術(shù)。
背景技術(shù)：
以YBCO為主的稀土類鋇銅氧化物第二代涂層超導(dǎo)體，由于具有高的不 可逆場，高的載流能力、低的交流損失，潛在的價格優(yōu)勢，早在上世紀(jì)80 年代末就被預(yù)測將有非常廣泛的應(yīng)用前景。但是由于YBCO材料本征的特點 在制備過程中需引入充足的氧氣使其轉(zhuǎn)化為超導(dǎo)相；臨界電流密度強(qiáng)烈地 依賴晶界夾角；與大多數(shù)金屬材料都會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致其很難象第一 代Bi系超導(dǎo)材料那樣采用粉末套管法(PIT)制備成高性能的超導(dǎo)線帶材。 經(jīng)過科學(xué)家們多年的研究發(fā)現(xiàn)將YBCO薄膜涂覆于帶有過渡層的織構(gòu)金屬基 帶上是制備YBCO涂層超導(dǎo)線帶材以實現(xiàn)其應(yīng)用的唯一可行之路。
作為涂層導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)中的過渡層部分起著承上啟下的關(guān)鍵作用阻 止金屬基板與超導(dǎo)層間的擴(kuò)散反應(yīng)；防止金屬基底被氧化；改善基底與超 導(dǎo)層間的晶格匹配；傳遞金屬基帶的"取向"外延生長獲得雙軸織構(gòu)的YBCO 薄膜?；谶@樣的作用，要求過渡層材料具有高度穩(wěn)定的化學(xué)和物理性質(zhì)， 與基底或超導(dǎo)層間良好的晶格匹配程度，與基底和超導(dǎo)層元素有良好的兼 容性，有較小的熱膨脹系數(shù)，較強(qiáng)的抗氧化性，具有良好的導(dǎo)電性，提高 涂層超導(dǎo)帶材的工程臨界電流密度(,)的同時，在失超時也能夠承擔(dān)一部 分電流，保護(hù)超導(dǎo)薄膜不被破壞。然而很難有一種材料能夠同時符合過渡 層所有的要求，通常都是將幾種材料組合在一起作為涂層導(dǎo)體的過渡層材 料，目前比較成熟的結(jié)構(gòu)是Ce02/YSZ/Y203。但是，這三層過渡層目前均是 采用物理沉積技術(shù)制備的，該方法不僅制備過程復(fù)雜、緩慢，而且制備成 本也非常高，不利于未來大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。最近也有一些采用化學(xué)溶液方法制備過渡層的報道，但是所配置的前驅(qū)液體系較復(fù)雜，造成前驅(qū)液 不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)沉淀，壽命短。
如果能開發(fā)出 一種單一的過渡層材料，并采用成本低廉的化學(xué)溶液方 法制備，那將會大大簡化過渡層的制備過程，提高制備效率，P爭低制備成 本，更利于推進(jìn)涂層導(dǎo)體商業(yè)化的進(jìn)程。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種工藝簡單、高效，且成本低廉的Gd摻雜Ce02單一過渡層薄膜及其 制備方法。
本發(fā)明所提供的一種Gd摻雜Ce02過渡層薄膜由Cei—xGdx02復(fù)合氧化物固 溶體組成，其中，0.1《x《0.5;過渡層薄膜的厚度為30 - 250 nm。
本發(fā)明通過以有機(jī)鈰鹽為前驅(qū)鹽，以醋酸釓為釓源，采用化學(xué)溶液方 法制備前驅(qū)液后，經(jīng)過旋涂或者浸涂的方法將前驅(qū)液涂敷到金屬基帶上， 再經(jīng)過熱處理工藝制得Gd摻雜Ce02過渡層薄膜，具體步驟如下
1) 制備前驅(qū)液將醋酸鈰和醋酸軋，按鈰離子與釓離子的摩爾比為l-x: x，其中，0. l<x《0. 5，鈰離子與釓離子的總濃度為0. l~1.0mol/L,溶解 到正丙酸中，得到前驅(qū)液；
2) 涂敷前驅(qū)液將步驟1)制備的前驅(qū)液采用旋涂或者浸涂的方式涂 敷到金屬基帶上，得到前驅(qū)膜；
3) 高溫?zé)Y(jié)在通保護(hù)氣體的條件下，將前驅(qū)膜于950 120(TC燒結(jié) 15 ~ 120分鐘，得到厚度為30 ~ 70nm的Gd摻雜Ce02過渡層薄膜；
4 )重復(fù)步驟2 )中的涂敷前驅(qū)液和步驟3 )中的高溫?zé)Y(jié)操作0 ~ 4次 時，得到厚度為30 - 25G nm的Gd摻雜Ce02過渡層薄膜。
步驟2)中采用旋涂方式將前驅(qū)液涂敷到金屬基帶上時，旋轉(zhuǎn)涂敷的轉(zhuǎn) 數(shù)為2000 ~ 5000rpm,旋涂時間為30~120s。步驟2 )中采用浸涂方式將前 驅(qū)液涂敷到金屬基帶上時,垂直提拉金屬基帶的速度為10 ~ 150毫米/分鐘。步驟3 )中所述的保護(hù)氣體為仏氣、&氣或Ar氣的一種或幾種的混合。 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1) 本發(fā)明以醋酸鹽為前驅(qū)鹽，丙酸為溶劑配置前驅(qū)液，相比采用其他 前驅(qū)鹽和溶劑的方法，不僅采用的化學(xué)藥品廉價易得，而且配置的前驅(qū)液 非常穩(wěn)定，在空氣條件下保存數(shù)月都不出現(xiàn)沉淀，前驅(qū)液壽命長，可長期 重復(fù)使用，制備工藝簡單，成本低廉。
2) 本發(fā)明所制備的Gd摻雜Ce02過渡層薄膜的厚度可以達(dá)到30 ~ 250 nm,但薄膜中沒有出現(xiàn)裂紋，同時該種薄膜可以外延基底的織構(gòu)，表面平 整致密，起到隔離超導(dǎo)層與基底材料之間相互反應(yīng)的作用。
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。


圖1、實施例1中的NiW金屬基帶的(111)面phi掃描。 圖2、實施例1中制備的CeoGcUA單層過渡層薄膜的(111)面phi 掃描。
圖3、實施例2中制備的Ce。,8Gd。,202單層過渡層薄膜的AFM照片。 圖4、實施例3中制備的06。.^(1。.502五層過渡層薄膜的XRD圖鐠。 圖5、實施例4中制備的CeuGckA單層過渡層薄膜的(200 )面搖擺曲線。
圖6、實施例4中制備的CeuGdn.A單層過渡層薄膜的(111)面phi 掃描。
圖7、實施例5中制備的06。^(1。.302單層過渡層薄膜的XRD圖譜。 下面結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)行具體的描述。 具體實施方法 實施例11) 將醋酸鈰和醋酸釓按鈰離子與釓離子的摩爾比為0.9: 0.1，鈰離子 與釓離子的總濃度為0. lmol/L,加入正丙酸中加熱攪拌至溶解，得到前驅(qū) 液；
2) 將前驅(qū)液用旋涂法涂敷到NiW金屬基帶上，轉(zhuǎn)數(shù)為2000rpm，時間 為30s,得到前驅(qū)膜；
3 )在H2氣保護(hù)條件下，將前驅(qū)膜于95(TC燒結(jié)120分鐘，得到得到30nm 厚的具有立方織構(gòu)的CewG(kA單層過渡層薄膜。
圖1為所用NiW合金基帶(111)面phi掃描圖，圖2為Ce。.,Gd。.A過 渡層薄膜的(111)面phi掃描圖，其FWHM (半高寬度)為6. 22 ，比NiW 基帶的FWHM小0. 81 ,表明Ce。.,Gd。.A過渡層薄膜不僅外延了 NiW合金基帶 的立方織構(gòu)，而且織構(gòu)比金屬基帶有所改善。
實施例2
1) 將醋酸鈰和醋酸軋按鈰離子與釓離子的摩爾比為0. 8: 0.2,鈰離子 與釓離子的總濃度為0. 4mol/L，加入到正丙酸中加熱攪拌至溶解，得到前 驅(qū)液；
2) 將前驅(qū)液用旋涂法涂敷到NiW金屬基帶上，轉(zhuǎn)數(shù)為5000rpm,時間 為120s，得到前驅(qū)膜；
3 )在&與Ar的混合(仏與Ar的體積百分比分別為5%和95% )氣保護(hù) 條件下，將前驅(qū)膜于120(TC燒結(jié)15分鐘，得到60nm厚的具有立方織構(gòu)的
06^(1。.202單層過渡層薄膜。
060.^(1。.202單層過渡層薄膜的表面形貌如圖3所示，由此AFM照片可見 過渡層表面平整致密，晶粒細(xì)小均勻，沒有裂紋。 實施例3
l)將醋酸鈰和醋酸釓按鈰離子與釓離子的摩爾比為0.5: 0.5，鈰離子 與釓離子的總濃度為0. 3mol/L,加入到正丙酸中加熱攪拌至溶解，得到前 驅(qū)液；2 )將前驅(qū)液用浸漬法涂敷到NiW金屬基帶上，提拉NiW金屬基帶的速 度為150毫米/分鐘，得到前驅(qū)膜；
3) 在N2氣保護(hù)條件下，將前驅(qū)膜于115(TC燒結(jié)60分鐘，得到50nm 厚的具有立方織構(gòu)的Ce。.sGd。.502單層過渡層薄膜；
4) 多層涂敷重復(fù)進(jìn)行步驟2)和3) 4次，得到厚度為250nm的 Ce。.5Gd。.A5層過渡層薄膜。
06。.^(1。.502五層過渡層薄膜的XRD圖語如圖4所示，由圖可見，薄膜中 沒有雜質(zhì)相生成，薄膜成分單一。 實施例4
1) 將醋酸鈰和醋酸釓按鈰離子與釓離子的摩爾比為0.8: 0.2，鈰離子 與釓離子的總濃度為0. 4mol/L,加入到正丙酸中加熱攪拌至溶解，得到前 驅(qū)液；
2) 將前驅(qū)液用旋涂法涂敷到NiW金屬基帶上，轉(zhuǎn)數(shù)為4000rpm,時間 為60s,得到前驅(qū)膜；
3 )在Ar氣保護(hù)條件下，將前驅(qū)膜于IIO(TC燒結(jié)60分鐘，得到厚度為 60nm的具有立方織構(gòu)的CeuGdo.A單層過渡層薄膜。
圖5為06。.^(1。.202單層過渡層薄膜的(200 )面的搖擺曲線，圖6為 CeoGdn.A單層過渡層薄膜的(111)面phi掃描圖，其FWHM分別為4.18和 6.19 ，表明過渡層具有銳利的面外和面外雙軸取向。
實施例5
1) 將醋酸鈰和醋酸禮按鈰離子與釓離子的摩爾比為0.7: 0.3，鈰離子 與釓離子的總濃度為1.0mol/L，加入到正丙酸中加熱攪拌至溶解，得到前 驅(qū)液；
2) 將前驅(qū)液用浸涂法涂敷到NiW金屬基帶上，提拉NiW金屬基帶的速 度10毫米/分鐘，得到前驅(qū)膜；
3) 在&與H2的混合(&與H2的體積百分比分別為95%和5%)氣條件下，將前驅(qū)膜于IOO(TC燒結(jié)90分鐘，得到厚度為100nm的具有立方織構(gòu)的 Ce。. 7Gd。. A單層過渡層薄膜。
Ce。.7Gd。.A單層過渡層薄膜的XRD圖語如圖7所示，由圖可見，薄膜中 沒有雜質(zhì)相生成，薄膜成分單一。
權(quán)利要求
1、一種Gd摻雜CeO2過渡層薄膜，其特征在于，所述的過渡層薄膜由Ce1-xGdxO2復(fù)合氧化物固溶體組成，其中，0.1≤x≤0.5；過渡層薄膜的厚度為30～250nm。
2、 一種Gd摻雜Ce02過渡層薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1 )制備前驅(qū)液將醋酸鈰和醋酸禮，按鈰離子與釓離子的摩爾比為1-x: x,其中，0. l<x《0. 5,鈰離子與釓離子的總濃度為0. l~1.0mol/L,溶解到正丙酸中，；得到前驅(qū)液；2) 涂敷前驅(qū)液將步驟1)制備的前驅(qū)液采用旋涂或者浸涂的方式涂敷到金屬基帶上，得到前驅(qū)膜；3) 高溫?zé)Y(jié)在通保護(hù)氣體的條件下，將前驅(qū)膜于950 120(TC燒結(jié) 15 ~ 12G分鐘，得到厚度為30 ~ 70nm的Gd摻雜Ce02過渡層薄膜；4 )重復(fù)步驟2 )中的涂敷前驅(qū)液和步驟3 )中的高溫?zé)Y(jié)操作0 ~ 4次， 得到厚度為30 ~ 250 nm的Gd摻雜Ce02過渡層薄膜。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟2)中采用旋涂方式將 前驅(qū)液涂敷到金屬基帶上時，旋轉(zhuǎn)涂敷的轉(zhuǎn)數(shù)為2000 ~ 5000rpm,旋涂時間 為30 - 120s。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟2)中采用浸涂方式將 前驅(qū)液涂敷到金屬基帶上時，垂直提拉金屬基帶的速度為10~150毫米/分 鐘。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟3)中所述的保護(hù)氣體 為H2氣、&氣或Ar氣的一種或幾種的混合。
全文摘要
一種Gd摻雜CeO₂過渡層薄膜及其制備方法屬于高溫超導(dǎo)材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所提供的Gd摻雜CeO₂過渡層薄膜由Ce_1-xGd_xO₂復(fù)合氧化物固溶體組成，其中，0.1≤x≤0.5；過渡層薄膜的厚度為30～250nm。本發(fā)明通過以醋酸鈰為前驅(qū)鹽，以醋酸釓為釓源，采用化學(xué)溶液方法制備前驅(qū)液后，經(jīng)過旋涂或者浸涂的方法將前驅(qū)液涂敷到金屬基帶上，再經(jīng)過熱處理工藝制得Gd摻雜CeO₂過渡層薄膜。本發(fā)明具有制備工藝簡單，成本低，所得薄膜厚度大而且沒有裂紋，同時薄膜可以外延基底的織構(gòu)，表面平整致密，起到隔離超導(dǎo)層與基底材料之間相互反應(yīng)的作用等優(yōu)點。
文檔編號C04B35/622GK101597162SQ200910088528
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者敏 劉, 帥 葉, 昭 呂, 周美玲, 榕 王, 程艷玲, 索紅莉, 躍 趙, 麟 馬 申請人:北京工業(yè)大學(xué)