緩沖層薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超導(dǎo)材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種燒綠石型Gd2Ti207緩沖層薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相對于其它超導(dǎo)材料，YBC0具有更高的本征釘扎能力，所以在77K條件下具有優(yōu)越的高場性能，是制備液氮溫區(qū)磁體的唯一選擇，而制備第二代高溫超導(dǎo)涂層導(dǎo)體帶材是YBC0超導(dǎo)材料實用化的關(guān)鍵所在，涂層導(dǎo)體是由基帶/緩沖層/超導(dǎo)層/保護(hù)層組成的多層膜結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。人們一直在探索采用一種高度穩(wěn)定且相對簡單的工藝來制備涂層導(dǎo)體帶材，目前，乳制輔助雙軸織構(gòu)鎳基帶材(RABiTS)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，而采用三氟乙酸鹽金屬有機沉積技術(shù)制備超導(dǎo)層是人們公認(rèn)的低成本技術(shù)路線；相比之下，緩沖層材料的選擇和制備還處于不斷的發(fā)展過程中，因此，從實用化角度出發(fā)，迫切需要以低成本技術(shù)路線為途徑解決涂層導(dǎo)體中緩沖層制備的技術(shù)問題。
[0003]在涂層導(dǎo)體的整體結(jié)構(gòu)中，緩沖層是其中的關(guān)鍵功能層，傳遞織構(gòu)和阻隔擴散的雙重要求給緩沖層材料的選擇和制備技術(shù)帶來了挑戰(zhàn)。目前，研究較為成功的緩沖層材料大多為簡單氧化物、鈣鈦礦和燒綠石結(jié)構(gòu)的氧化物等；例如Y203、Ce02、SrTi03、La2Zr207等，其中燒綠石結(jié)構(gòu)氧化物的熱穩(wěn)定性好，而且它與N1-W基帶和超導(dǎo)層之間具有良好的化學(xué)和結(jié)構(gòu)兼容性，因此近年來受到人們的普遍重視。
[0004]目前，緩沖層的制備技術(shù)主要包括物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)溶液沉積(CSD)兩大類，對于PVD技術(shù)，其優(yōu)點是易于獲得高性能的氧化物薄膜，但工藝復(fù)雜、沉積速度慢以及成本較高等缺點為制備實用化的長帶帶來很大的困難；相比之下，CSD技術(shù)工藝相對簡單，而且可以精確控制金屬組元的配比，還能夠在任意形狀的襯底表面均勻成膜，制備成本較低，容易實現(xiàn)連續(xù)制備，因此，采用CSD技術(shù)路線制備緩沖層是高性能低成本技術(shù)涂層導(dǎo)體的重要發(fā)展方向。
[0005]由于Gd2Ti207的化學(xué)穩(wěn)定性好且易于實現(xiàn)稀土離子摻雜，而且與N1-W基帶晶格匹配良好，所以可以用作緩沖層誘導(dǎo)YBC0超導(dǎo)層的取向生長，近年來受到人們的廣泛關(guān)注。
[0006]目前Gd2Ti207緩沖層制備主要采用的是PVD技術(shù)，這并不利于涂層導(dǎo)體制備成本的降低，也不適宜于涂層導(dǎo)體長帶的連續(xù)制備。因此，采用CSD技術(shù)沉積Gd2Ti207薄膜對于實現(xiàn)涂層導(dǎo)體緩沖層低成本技術(shù)路線是非常重要的，同時對于促進(jìn)涂層導(dǎo)體的制備技術(shù)進(jìn)展具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種燒綠石型Gd2Ti207緩沖層薄膜的制備方法。該方法工藝簡單，成本低，有效地簡化了氧化物薄膜的制備工藝，并且適宜于大規(guī)模生產(chǎn)Gd2Ti207薄膜；利用該方法所制備的Gd 2Ti207薄膜具有良好c軸織構(gòu)和平整表面。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種燒綠石型Gd2Ti207緩沖層薄膜的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0009]步驟一、將乙酰丙酮釓溶解于丙酸和乙酰丙酮的混合溶液中，混合均勻后得到溶液A，將乙酰丙酮氧鈦溶解于2-甲氧基乙醇中，混合均勻后得到溶液B，然后將溶液A和溶液B按體積比1: 1混合均勻，得到前驅(qū)液；所述溶液A中乙酰丙酮釓的濃度以及溶液B中乙酰丙酮氧鈦的濃度均為0.lmol/L?0.5mol/L ;
[0010]步驟二、將步驟一中所述前驅(qū)液均勻涂覆在襯底表面，然后將涂覆有前驅(qū)液的襯底置于管式爐中，在還原性氣體的保護(hù)下，先以50°c /min?200°C /min的升溫速率升溫至950°C?1150°C后保溫0.5h?2h，然后以2°C /min?10°C /min的降溫速率降溫至25°C室溫，在襯底表面得到燒綠石型Gd2Ti207緩沖層薄膜。
[0011]上述的一種燒綠石型Gd2Ti207緩沖層薄膜的制備方法，其特征在于，步驟一中所述丙酸和乙酰丙酮的混合溶液由丙酸和乙酰丙酮按體積比(2?4): 1混合均勻而成。
[0012]上述的一種燒綠石型Gd2Ti207緩沖層薄膜的制備方法，其特征在于，步驟二中所述涂覆的方式為旋涂或浸涂，所述涂覆的時間為10s?60s，旋涂過程中襯底的旋轉(zhuǎn)速率為2000r/min?4000r/min，浸涂過程中襯底的提升速率為1 5mm/miη?180mm/min。
[0013]上述的一種燒綠石型Gd2Ti207緩沖層薄膜的制備方法，其特征在于，步驟二中所述還原性氣體為氬氣與氫氣按體積比(20?25): 1混合均勻而成的混合氣體，或者為氮氣與氫氣按體積比(20?25): 1混合均勻而成的混合氣體。
[0014]上述的一種燒綠石型Gd2Ti207緩沖層薄膜的制備方法，其特征在于，步驟二中所述襯底的材質(zhì)為鎳鎢合金、YSZ陶瓷、NdGa03、LaA103S SrT1 3。
[0015]上述的一種燒綠石型Gd2Ti207緩沖層薄膜的制備方法，其特征在于，步驟二中所述襯底的織構(gòu)類型為雙軸織構(gòu)。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0017]1、本發(fā)明制備方法簡單，采用常規(guī)原料，不需要特殊設(shè)備，制備成本低。
[0018]2、本發(fā)明采用常規(guī)簡單金屬有機鹽配制前驅(qū)液，對氣氛無嚴(yán)格要求，可在大氣氣氛中配制前驅(qū)液，有效地提高了前驅(qū)液的穩(wěn)定性，簡化了前驅(qū)液的制備工藝。
[0019]3、本發(fā)明直接采用旋涂法或浸涂法涂覆前驅(qū)液，再經(jīng)過一步法熱處理制得燒綠石結(jié)構(gòu)Gd2Ti207緩沖層，簡化了緩沖層的制備工藝，并可以實現(xiàn)Gd 2Ti207緩沖層的低成本、大規(guī)模制備。
[0020]4、采用本發(fā)明的方法制備的燒綠石型Gd2Ti207緩沖層具有良好c軸織構(gòu)和無明顯缺陷的平整表面，同時緩沖層的晶粒尺寸均勻性明顯改善，從而有效降低了表面粗糙度。
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實施例1制備的燒綠石型Gd2Ti207緩沖層薄膜的XRD譜圖。
[0023]圖2為本發(fā)明實施例1制備的燒綠石型Gd2Ti207緩沖層薄膜的SEM照片。
[0024]圖3為本發(fā)明實施例1制備的燒綠石型Gd2Ti207緩沖層薄膜的AFM照片。
【具體實施方式】
[0025]實施例1
[0026]本實施例燒綠石型Gd2Ti207緩沖層薄膜的制備方法包括以下步驟:
[0027]步驟一、將乙酰丙酮釓溶解于丙酸和乙酰丙酮的混合溶液中，混合均勻后得到溶液A，將乙酰丙酮氧鈦溶解于2-甲氧基乙醇中，混合均勻后得到溶液B，然后將溶液A和溶液B按體積比1: 1混合均勻，得到前驅(qū)液；所述溶液A中乙酰丙酮釓的濃度為0.4mol/L，所述溶液B中乙酰丙酮氧鈦的濃度為0.4mol/L ;所述丙酸和乙酰丙酮的混合溶液由丙酸和乙酰丙酮按體積比3:1混合均勻而成；
[0028]步驟二、選用雙軸織構(gòu)的鎳鎢合金基材為襯底，采用旋涂機將步驟一中所述前驅(qū)液旋涂在襯底表面，旋涂的時間為30s，旋涂過程中襯底的旋轉(zhuǎn)速率為3000r/min，然后將旋涂有前驅(qū)液的襯底置于管式爐中，在還原性氣體的保護(hù)下，以100°C /min的升溫速率升溫至1000°C后保溫lh，然后以5°C /min的降溫速率降溫至25°C室溫，在襯底表面得到燒綠石型Gd2Ti207緩沖層薄膜；所述還原性氣體為氬氣與氫氣按體積比24: 1混合均勻而成的混合氣體。
[0029]圖1為本實施例在雙軸織構(gòu)鎳鎢合金基材上制備的Gd2Ti207緩沖層薄膜的XRD圖譜，由圖1可知，所制得Gd2Ti207薄膜完全晶化并顯示出良好的c軸織構(gòu)。圖2為本實施例在雙軸織構(gòu)鎳鎢合金基材上制備的Gd2Ti207緩沖層薄膜的SEM照片，由圖2可知，所述薄膜表面平整且無微裂紋和孔洞出現(xiàn)。圖3為本實施例在雙軸織構(gòu)鎳鎢合金基材上制備的Gd2Ti207緩沖層薄膜的AFM照片，由圖3可知，所述薄膜表面晶粒尺寸非常均勻，在5μπιΧ5μπι的掃描范圍內(nèi)，表面均方根粗糙度僅為2.53nm，說明本實施例所制備的Gd2Ti207緩沖層薄膜表面光滑，適合在其上繼續(xù)沉積其它緩沖層和超導(dǎo)層薄膜。
[0030]實施例2
[0031]本實施例燒綠石型Gd2Ti207緩沖層薄膜的制備方法包括以下步驟:
[0032]步驟一、將乙酰丙酮釓溶解于丙酸和乙酰丙酮的混合溶液中，混合均勻后得到溶液A，將乙酰丙酮氧鈦溶解于2-甲氧基乙醇中，混合均勻后得到溶液B，然后將溶液A和溶液B按體積比1: 1混合均勻，得到前驅(qū)液；所述溶液A中乙酰丙酮釓的濃度為0.5mol/L，所述溶液B中乙酰丙酮氧鈦的濃度為0.5mol/L ;所述丙酸和乙酰丙酮的混合溶液由丙酸和乙酰丙酮按體積比2:1混合均勻而成；
[0033]步驟二、選用雙軸織構(gòu)的YSZ陶瓷基底為襯底，采用浸涂機將步驟一中所述前驅(qū)液浸涂在襯底表面，所述浸涂的時間為30s，浸涂過程中襯底的提升速率為120mm/min，然后將浸涂有前驅(qū)液的襯底置于管式爐中，在還原性氣體的保護(hù)下，以80°C /min的升溫速率升溫至1150°C后保溫0.5h，然后以2°C /min的降溫速率降溫至25°C室溫，在襯底表面得到燒綠石型Gd2Ti207緩沖層薄膜；所述還原性氣體為氮氣與氫氣按體積比20: 1混合均勻而成的混合氣體。
[0034]對本實施例在雙軸織構(gòu)YSZ陶瓷基底上制備的緩沖層薄膜依次進(jìn)行XRD分析、SEM分析和AFM分析，分析結(jié)果顯示，本實施例在YSZ陶瓷基底上制備的Gd2Ti207緩沖層薄膜晶化并顯示出良好的c軸織構(gòu)，薄膜表面平整且無微裂紋和孔洞出現(xiàn)，并且薄膜表面晶粒尺寸非常均勻，在5 μ mX 5 μ m的掃描范圍內(nèi)，表面均方根粗糙度僅為1.90nm，說明本實施例所制備的Gd2Ti207緩沖層薄膜表面光滑，適合在其上繼續(xù)沉積其它緩沖層和超導(dǎo)層薄膜。
[0035]實施例3
[0036]本實施例燒綠石型Gd2Ti20