一种Nb掺杂的YBCO超导薄膜及制备方法，属于YBCO超导薄膜技术领域。超导薄膜为YBCO薄膜中掺杂有纳米颗粒的双钙钛矿结构的BYNO，Nb物质的量占总的金属阳离子的物质的量为1%-10%。制备方法包括：YBCO前驱溶液的配制；Nb前驱液的配制；Nb掺杂的YBCO前驱液的配制；凝胶薄膜的涂敷；低温烧结；高温烧结。本发明专利技术所提供的方法简单易行，可以任意控制掺杂物配比，且原料廉价易得，不需要真空设备，成本低廉，所制得的薄膜具有较高的临界转变温度，临界电流密度和良好的双轴织构。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及YBCO高温超导薄膜材料及其制备方法，属于YBCO超导薄膜
技术介绍
YBCO涂层超导材料，由于其本身的一系列优势，一经发现就引起了世界的广泛关注，被认为是最有可能被大规模应用的超导材料。随着研究的深入，YBCO超导材料的应用也日趋临近。但是，YBCO有一个缺点，即随着外加磁场的增加，其承载的临界电流密度显著下降，然而YBCO超导材料的应用绝大部分又是处于外加磁场下的，所以真正要达到实用化，不仅要求其在自场下拥有较高的载流能力，而且在高场下也应具有较大的载流能力。研究发现，在YBCO薄膜中适量引入的一些缺陷可以作为钉扎中心，有效地减少了磁通蠕动，改善了 YBCO的场性能。目前，世界上已有许多小组通过掺入Zr，Sn等在薄膜中形成钙钛矿结构来改善了 YBCO的场性能，也有通过掺入稀土氧化物纳米颗粒和采用其他稀土元素来部分取代YBCO中Y元素来实现场性能的提高。但是，目前主要采用的是PLD，磁控溅射等 方法来实现YBCO的掺杂，这些方法虽然掺杂效果明显，但是设备复杂，需要高真空，成本昂贵，并且不易灵活地控制掺杂量，这些对于大规模的产业化是不利的。本专利技术提供一种掺Nb的方法，Nb在薄膜中形成双钙钛矿结构纳米颗粒，与YBCO的晶格适配度更大，能产生更大的内应力，即钉扎力，能更高的提高场性能。并且采用价格低廉的，设备简单的化学法，易于产业化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种工艺简单，成本低廉，高场下场性能好的Nb掺杂的YBCO超导薄膜及其制备方法。本专利技术的一种Nb掺杂的YBCO超导薄膜，其特征在于，超导薄膜为YBCO薄膜中掺杂有纳米颗粒的双钙钛矿结构(双钙钛矿结构的晶胞由两个钙钛矿的晶胞组成)的Ba2YNbO6(BYNO)，Nb物质的量占总的金属阳离子的物质的量为1%_10%。本专利技术所提供的Nb掺杂YBCO超导薄膜的制备方法，包括以下步骤A、Nb掺杂的YBCO前驱液的配制(I)将醋酸钇，醋酸钡按摩尔比I :2的比例溶解在去离子水中，在40_60°C下充分搅拌溶解后，按照醋酸钇和三氟乙酸的物质的量比为I :(3 4)加入三氟乙酸，在40-60°C下充分反应后，在40-60°C下旋转蒸发，得到白色粉末，用无水甲醇溶解，得到Y，Ba的前驱液；(2)将醋酸铜和α-甲基丙烯酸按摩尔比I :4的比例溶解在无水甲醇中，在70-90°C下回流充分后，在40-60°C下旋转蒸发，得到蓝色凝胶，用无水甲醇溶解，得到Cu的前驱液；(3)将Y，Ba, Cu的前驱液分别过滤后混合，得到蓝色透明混合液，在40_60°C下旋转蒸发，得到蓝色凝胶，再用无水甲醇稀释，控制总阳离子浓度为I. 0-2. Omol/L,即为YBCO前驱液；(4)按照(I)配置Y，Ba的前驱液；(5)在惰性气体保护下，将乙醇铌按照和醋酸钇摩尔比为I :1加入到Y，Ba的前驱液中，得到含Nb的前驱液；(6)按照Nb的物质的量为1%_10%，将Nb的前驱液加入到YBCO前驱液中进行混合，得到Nb掺杂的YBCO前驱液；B.将Nb掺杂的YB⑶前驱液通过旋涂的方式涂敷到具有双轴织构的基底上，得到凝胶湿膜；C.低温烧结室温下，将凝胶湿膜以600°C /小时的升温速度升温至100°C，再以2000C /小时的升温速度升温纸400°C，得到非晶前驱膜；其中，从室温升至150°C升温过程中，通入干氧，气体流量是O. 1-0. 3升/分钟；在1501至400°C升温过程中，通入湿氧；湿氧 是以O. 1-0. 3升/分钟的气流量通入温度为25°C _35°C的蒸馏水中获得的；D.高温烧结将非晶前驱膜于800_850°C高温烧结2_4小时，其中，前2/3的时间内通入氧含量200-500ppm的湿Ar/02混合气，后1/3的时间内通入氧含量为200-500ppm的干Ar/02混合气，然后高温烧结完后继续在通入氧含量为200-500ppm的干Ar/02混合气的条件下随炉降温至450°C _500°C后，并在此条件下保温2-4小时，得到Nb掺杂YBCO超导薄膜；湿Ar/02混合气是将干Ar/02混合气以O. 5-1. O升/分钟的气流量通入40_60°C的蒸馏水中获得的。本专利技术具有以下收益效果I.本专利技术采用成本低廉的TFA-MOD化学方法，通过在YBCO前驱液中加入含有Nb的掺杂前驱溶液，再通过低温和高温热处理从而实现YBCO薄膜中引入双钙钛矿结构的纳米掺杂颗粒，相比现广泛使用的PLD方法，不仅设备简单，成本低廉，而且能够随意控制掺杂配比，易实现大规模制备。2.采用本专利技术方法所制备的Nb掺杂的YBCO薄膜，具有很好的c轴取向，并没有出现YBCO其他晶面的衍射峰及超导相的存在(如图I所示);并且薄膜表面平整，致密，没有明显的孔洞，裂纹以及a轴晶的存在(如图2所示)。3.采用本专利技术方法所制备的Nb掺杂的YBCO薄膜具有较高的临界转变温度(如图3所示)4. 3)采用本专利技术方法所制备的Nb掺杂的YBCO薄膜有效的提高了在高场下的场性能，使YBCO薄膜在磁场下具有较高的临界电流密度。(如图4所示)。附图说明图I.实施例I所得Nb掺杂的YBCO薄膜的XRD图。图2实施例2所得Nb掺杂的YBCO薄膜的SEM图。图3实施例3所得Nb掺杂的YBCO薄膜的临界转变温度Tc。图4实施例4所得Nb掺杂的YBCO薄膜的Jc随着磁场的变化曲线(77K)。具体实施方法以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。实施例II. Nb掺杂YBCO前驱液的制备(I)将醋酸钇，醋酸钡按摩尔比I :2的比例溶解在去离子水中，在40°C下充分搅拌溶解后，按照醋酸钇和三氟乙酸的物质的量比为I :3加入三氟乙酸，在40°C下反应2小时后，在40°C下旋转蒸发，得到白色粉末，用无水甲醇溶解，Y，Ba的前驱液。(2)将醋酸铜和α -甲基丙烯酸按摩尔比I :4的比例溶解在无水甲醇中，在70°C下回流2小时以上后，在40°C下旋转 蒸发，得到蓝色凝胶，用无水甲醇溶解，得到Cu的前驱液。(3)将Y，Ba, Cu的前驱液分别过滤后混合，得到蓝色透明溶液，在40°C下旋转蒸发，得到蓝色凝胶，再用无水甲醇稀释，控制总阳离子浓度为I. 5mol/L,即为YBCO前驱液。(4)按照(I)配置Y，Ba的前驱液。(5)在惰性气体保护下，将乙醇铌按照和醋酸钇摩尔比为I :1加入到Y，Ba的前驱液中，得到含Nb的前驱液。(6)将O. 15mlNb的前驱液和2mlYBC0前驱液混合，得到摩尔掺杂量为3%的Nb掺杂的YBCO前驱液。2.前驱液的涂敷将Nb掺杂的YBCO前驱液通过旋涂的方式涂敷到LAO基底上，得到凝胶湿膜，涂膜转数3500转/分钟，涂膜时间I分钟。3.低温烧结室温下，将凝胶湿膜以600°C /小时的升温速度升温至100°C，再以200°C /小时的升温速度升温纸400°C，得到非晶前驱膜。其中，从室温升至150°C升温过程中，通入干氧，气体流量是O. I升/分钟；在1501至400°C升温过程中，通入湿氧；湿氧是以O. I升/分钟的气流量通入温度为25°C的蒸馏水中获得的；4.高温烧结将非晶前驱膜于820°C烧结3小时，其中，前2小时内通入氧含量200ppm的湿Ar/02混合气,后I小时内通入氧本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Nb掺杂的YBCO超导薄膜，其特征在于，超导薄膜为YBCO薄膜中掺杂有纳米颗粒的双钙钛矿结构的BYNO，Nb物质的量占总的金属阳离子的物质的量为1%？10%。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：索红莉，毛磊，刘敏，叶帅，徐燕，马麟，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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