專利名稱：一種涂層導(dǎo)體用雙鈣鈦礦型緩沖層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種涂層導(dǎo)體用雙鈣鈦礦型緩沖層的制備方法，具體涉及
一種涂層導(dǎo)體用La2NiMn06和Nd2NiMn06兩種雙鈣鈦礦型緩沖層的制備方法。
背景技術(shù)：
第二代高溫超導(dǎo)帶材即涂層導(dǎo)體，以其77 K下優(yōu)越的高場(chǎng)性能引起 了材料科學(xué)界廣泛的興趣。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)，其中緩沖層結(jié)構(gòu)與沉積技術(shù)對(duì)于發(fā)展實(shí)用化高溫超導(dǎo)涂層 導(dǎo)體尤為重要。
緩沖層的首要任務(wù)就是阻止基帶中金屬原子擴(kuò)散進(jìn)入超導(dǎo)層，同時(shí)防 止由于氧的擴(kuò)散導(dǎo)致金屬基帶被氧化。除化學(xué)阻隔作用外，緩沖層還應(yīng)具 備織構(gòu)傳遞和減少金屬基帶與超導(dǎo)層之間的晶格不匹配的功能。目前的緩 沖層材料大多選擇一元或者二元簡(jiǎn)單氧化物材料，為實(shí)現(xiàn)緩沖層的化學(xué)阻 隔和織構(gòu)傳遞功能，通常需要疊加涂敷3-5層緩沖層，因此造成了緩沖層 制備技術(shù)的復(fù)雜性。開發(fā)單一多功能復(fù)雜氧化物緩沖層就成為涂層導(dǎo)體技 術(shù)的努力方向之一。雙鈣鈦礦氧化物的通式可以表示為A2B' B〃 06,其中 A原子占據(jù)立方晶胞的頂點(diǎn)，B原子占據(jù)體心位置，0占據(jù)面心位置并處在 氧八面體的中央位置。典型的AJ B〃 06型氧化物可以看作是由兩種不同 的B06八面體規(guī)則地相間排列所構(gòu)成。雙鈣鈦礦氧化物在結(jié)構(gòu)上與超導(dǎo)層 具有很多相似性，因此雙鈣鈦礦型緩沖層可以有效地控制超導(dǎo)層的取向生 長(zhǎng)，并且可以為簡(jiǎn)化緩沖層制備技術(shù)提供新的途徑。
目前涂層導(dǎo)體緩沖層的制備方法 一般采用真空物理氣相沉積(PVD ) 和非真空化學(xué)溶液沉積(CSD)技術(shù)。PVD技術(shù)特點(diǎn)是容易獲得高質(zhì)量薄膜，而CSD技術(shù)的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，可以精確地控制金屬組元的配比，并且能 夠在復(fù)雜形狀表面均勻成膜，設(shè)備成本低，容易實(shí)現(xiàn)連續(xù)制備。但是，利 用化學(xué)溶液法制備復(fù)雜氧化物緩沖層仍然存在諸如前驅(qū)溶液穩(wěn)定性較差、 前驅(qū)膜預(yù)分解和成相過程不易控制等缺陷，需要發(fā)展新型緩沖層材料以及 相應(yīng)的制備技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備工藝簡(jiǎn)單、成本 低、并適宜于規(guī)?；a(chǎn)的涂層導(dǎo)體用La2NiMn06和Nd2NiMn06兩種雙鉤鈦 礦型緩沖層的制備方法。該方法制備的雙鈣鈦礦型緩沖層與涂層導(dǎo)體的超 導(dǎo)層之間晶格匹配良好。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種涂層導(dǎo)體用雙 鈣鈦礦型緩沖層的制備方法，其特征在于制備過程為
(1 )將結(jié)晶水含量確定的有機(jī)或無機(jī)金屬鹽固體按照化學(xué)計(jì)量比 La2NiMn06和Nd2NiMn06中陽離子的摩爾比為2:1:1的比例稱取，混合后 加入有機(jī)溶劑加熱攪拌使所述金屬鹽固體全部溶解，配制成總摩爾濃度為 c的穩(wěn)定的前驅(qū)液，其中0.2 mol/L < c《0.6mol/L;
(2) 將步驟(1)中的前驅(qū)液旋涂于已用丙酮超聲清洗過的釔穩(wěn)定的 氧化鋯YSZ和鈦酸鍶SrTi03單晶基片上，以3000轉(zhuǎn)/分鐘的速率旋涂30 秒鐘；
(3) 將步驟(2)中旋涂好的基片置于管式爐中，從室溫以不低于5 "C/分鐘的升溫速率加熱，在溫度400-50(TC下恒溫1-3小時(shí)，以形成無定 形的前驅(qū)膜；然后以不低于5。C/分鐘的升溫速率加熱，在溫度900-1100 。C下恒溫l-3小時(shí)，最后以不低于2。C/分鐘的降溫速率冷卻至室溫，即制 得雙鈣鈦礦型緩沖層。
上述步驟(l)中所述有機(jī)溶劑為冰乙酸、丙酸和醇類中的一種或它 們的組合物。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明制備的雙鈣鈦礦型緩沖 層薄膜具有良好c軸織構(gòu)和平整表面，有效拓展了緩沖層材料的選擇范圍 及其制備工藝，同時(shí)也使最終緩沖層的晶粒尺寸明顯減小，從而降低了表 面粗糙度；本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)雙鈣鈦礦型緩沖層的低成本、大規(guī)模制備。
下面通過實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
將La(CH3COO)3 1. 5 H20、 Ni(N03)2 .6 H20、 Mn (CH3C00) 2 . 4H20按照 化學(xué)計(jì)量比La2NiMn06中陽離子的摩爾比2:1:1的計(jì)量比稱量、混合，加 冰乙酸、甲醇加熱攪拌20分鐘使固體全部溶解，配制成總摩爾濃度為 0. 2mol/L的前驅(qū)液；將前驅(qū)液以3000轉(zhuǎn)/分鐘的速率在已用丙酮超聲清洗 過的YSZ (釔穩(wěn)定的氧化鋯)和SrTi03(鈦酸鍶)單晶基片上旋涂30秒鐘； 將涂好的基片置于管式爐中，從室溫以5X:/分鐘的升溫速率加熱，在400 。C的溫度下恒溫3小時(shí)，以形成無定形的前驅(qū)膜；再繼續(xù)以5。C/分鐘的升 溫速率加熱，在90(TC下恒溫3小時(shí)，最后以2。C/分鐘的降溫速率冷卻至 室溫，即制得了具有良好c軸織構(gòu)和較小表面粗糙度(rms小于5nm)的 La2NiMn06緩沖層。
實(shí)施例2
將Nd(N03)2 . 3 H20、 Ni(N03)2 . 6 H20、 Mn (CH3C00) 2 4H20按照名義化 學(xué)計(jì)量比Nd2NiMn06中陽離子摩爾比2:1:1的一定的計(jì)量比稱量、混合， 以冰乙酸、甲醇為溶劑配制成總摩爾濃度為0. 4mol/L的前驅(qū)液；將前驅(qū) 液以3000轉(zhuǎn)/分鐘的速率旋涂在已用丙酮超聲清洗過的YSZ (釔穩(wěn)定的氧 化鋯)和SrTi03(鈦酸鍶)單晶基片上30秒鐘；將涂好的基片置于管式爐 中，從室溫以5。C/分鐘的升溫速率加熱，在450。C的溫度下恒溫2小時(shí)， 以形成無定形的前驅(qū)膜；再繼續(xù)以5'C/分鐘的升溫速率加熱，在IOO(TC 下恒溫2小時(shí)，最后以2'C/分鐘的降溫速率冷卻至室溫，即制得了具有良好c軸織構(gòu)和較小表面粗糙度(rms小于5誦)的Nd2NiMn06緩沖層。 實(shí)施例3
將La(CH3COO)3 1. 5 H20、 Ni(N03)2 .6 H20、 Mn (CH3C00) 2 . 4H20按照 化學(xué)計(jì)量比La2NiMn06中陽離子的摩爾比2:1:1的計(jì)量比稱量、混合，加 冰乙酸、甲醇加熱攪拌20分鐘使固體全部溶解，配制成總摩爾濃度為 0. 6mol/L的前驅(qū)液；將前驅(qū)液以3000轉(zhuǎn)/分鐘的速率在已用丙酮超聲清洗 過的YSZ (釔穩(wěn)定的氧化鋯)和SrTi03(鈦酸鍶)單晶基片上旋涂30秒鐘； 將涂好的基片置于管式爐中，從室溫以5"C/分鐘的升溫速率加熱，在500 'C的溫度下恒溫1小時(shí)，以形成無定形的前驅(qū)膜；再繼續(xù)以5'C/分鐘的升 溫速率加熱，在IIO(TC下恒溫1小時(shí)，最后以2'C/分鐘的降溫速率冷卻 至室溫，即制得了具有良好c軸織構(gòu)和較小表面粗糙度(rms小于5nm) 的La2NiMn06緩沖層。
實(shí)施例4
將Nd(冊(cè)3)2 . 3 H20、 Ni(N03)2 . 6 H20、 Mn (CH3C00) 2 . 4&0按照化學(xué)計(jì) 量比Nd2NiMn06中陽離子摩爾比2:1:1的一定的計(jì)量比稱量、混合，以冰 乙酸、甲醇為溶劑配制成總摩爾濃度為0. 4mol/L的前驅(qū)液；將前驅(qū)液以 3000轉(zhuǎn)/分鐘的速率在已用丙酮超聲清洗過的YSZ (釔穩(wěn)定的氧化鋯)和 SrTi03(鈦酸鍶)單晶基片上旋涂30秒鐘；將涂好的基片置于管式爐中，從 室溫以5i:/分鐘的升溫速率加熱，在50(TC的溫度下恒溫1小時(shí)，以形成 無定形的前驅(qū)膜；再繼續(xù)以5。C/分鐘的升溫速率加熱，在1000'C下恒溫2
小時(shí)，最后以2t:/分鐘的降溫速率冷卻至室溫，即制得了具有良好c軸織
構(gòu)和較小表面粗糙度(rms小于5腿)的Nd2NiMn(U爰沖層。
以上實(shí)例制得的涂層導(dǎo)體中雙鉤鈦礦型La2證逃和Nd2NiMn(U爰沖 層，經(jīng)X射線衍射分析表明，這些緩沖層均具有很好的c軸織構(gòu)，原子 力顯微鏡(AFM)觀察結(jié)果表明，這些緩沖層表面粗糙度小，且無微裂 紋和孔洞。
權(quán)利要求
1. 一種涂層導(dǎo)體用雙鈣鈦礦型緩沖層的制備方法，其特征在于制備過程為(1)將結(jié)晶水含量確定的有機(jī)或無機(jī)金屬鹽固體按照化學(xué)計(jì)量比La2Ni MnO6和Nd2Ni MnO6中陽離子的摩爾比為2∶1∶1的比例稱取，混合后加入有機(jī)溶劑加熱攪拌使所述金屬鹽固體全部溶解，配制成總摩爾濃度為c的穩(wěn)定的前驅(qū)液，其中0.2mol/L≤c≤0.6mol/L；(2)將步驟(1)中的前驅(qū)液旋涂于已用丙酮超聲清洗過的釔穩(wěn)定的氧化鋯YSZ和鈦酸鍶SrTiO3單晶基片上，以3000轉(zhuǎn)/分鐘的速率旋涂30秒鐘；(3)將步驟(2)中旋涂好的基片置于管式爐中，從室溫以不低于5℃/分鐘的升溫速率加熱，在溫度400-500℃下恒溫1-3小時(shí)，以形成無定形的前驅(qū)膜；然后以不低于5℃/分鐘的升溫速率加熱，在溫度900-1100℃下恒溫1-3小時(shí)，最后以不低于2℃/分鐘的降溫速率冷卻至室溫，即制得雙鈣鈦礦型緩沖層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種涂層導(dǎo)體用雙鈣鈦礦型緩沖層的制備 方法，其特征在于步驟(l)中所述有機(jī)溶劑為冰乙酸、丙酸和醇類中的 一種或它們的組合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種涂層導(dǎo)體用雙鈣鈦礦型緩沖層的制備方法，制備過程為將金屬鹽固體按一定摩爾比稱量、混合、溶解以配制前驅(qū)液，將前驅(qū)液旋涂于YSZ和鈦酸鍶SrTiO₃單晶基片上；將旋涂好的基片置于管式爐中，從室溫以不低于5℃/分鐘的升溫速率加熱，在400-500℃下恒溫1-3小時(shí)，以形成無定形的前驅(qū)膜；然后以不低于5℃/分鐘的升溫速率加熱，900-1100℃下恒溫1-3小時(shí)，再以不低于2℃/分鐘的降溫速率冷卻至室溫，即制得雙鈣鈦礦型緩沖層。本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單、成本低，所制備的雙鈣鈦礦型緩沖層具有很好的c軸織構(gòu)、表面粗糙度小且無微裂紋和孔洞，雙鈣鈦礦型緩沖層與涂層導(dǎo)體的超導(dǎo)層之間晶格匹配良好。
文檔編號(hào)H01B13/30GK101419855SQ200810232589
公開日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2008年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者盧亞鋒, 張國(guó)防, 張小玲, 李成山, 耀 王, 白利鋒, 果 閆 申請(qǐng)人:西北有色金屬研究院