專利名稱：一種NiW合金基底上的立方織構(gòu)Ce<sub>1-σ</sub>Gd<sub>σ</sub>O<sub>2</sub>薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超導(dǎo)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種NiW合金基底上的立方織構(gòu)Ce1^0Gd0O2薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
YBa2Cu3CVx (YBCO)是一種很有前景的高溫超導(dǎo)材料，在電子器件等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。由于很多金屬離子在高溫下會(huì)與YBCO層相互擴(kuò)散，進(jìn)而會(huì)嚴(yán)重降低YBCO的超導(dǎo)性能，因此需要在金屬基板上先沉積一層或多層緩沖層材料以阻止金屬基板和YBCO層之間的擴(kuò)散；另外，就YBCO膜來(lái)講，具有雙軸織構(gòu)才能具備良好的超導(dǎo)電性，這就要求緩沖層與基底和YBCO具有良好的晶格匹配，將金屬基板的雙軸織構(gòu)外延傳遞給YBCO層。因此在制備YBCO涂層導(dǎo)體帶材的過(guò)程中，制備低成本、高質(zhì)量、穩(wěn)定性好的緩沖層成為一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。目前，很多工藝方法都被用于制備高質(zhì)量的緩沖層，PLD(脈沖激光沉積)、CSV以及熱噴涂法的設(shè)備造價(jià)高昂，而溶液法由于設(shè)備簡(jiǎn)單以及成本低廉，可用于大面積沉積和精確控制化學(xué)計(jì)量比等眾多 優(yōu)點(diǎn)受到研究者的廣泛關(guān)注。Zhu X.B.等用化學(xué)溶液沉積方法制備了 LaxSivxTiO3導(dǎo)電緩沖層；K.S.Hwang等用熱噴涂法制備了 Laa5Sra5CoO3導(dǎo)電緩沖層；K.Kim等用PLD法制備了 LaTi03+x導(dǎo)電緩沖層，Y.-J.Yu等用CSD法制備了 BaPbO3導(dǎo)電緩沖層。但是在雙軸結(jié)構(gòu)的NiW合金上制備具有良好晶格匹配度的薄膜目前還未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。在眾多的YBCO復(fù)合緩沖層結(jié)構(gòu)中，CeO2是一種經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的極好的緩沖層材料，但CeO2在還原性氣氛超過(guò)20nm的臨界厚度以后，很容易產(chǎn)生裂紋，易產(chǎn)生裂紋的這種局限與CeO2自身的晶格氧空位有關(guān)，因此如何減少其裂紋使之成為合格的緩沖材料也是亟待解決的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種NiW合金基底上的立方織構(gòu)Ce1^0Gd0O2薄膜及其制備方法，目的是得到一種和YBCO具有良好晶格匹配的緩沖層，實(shí)現(xiàn)YBCO超導(dǎo)材料的外延生長(zhǎng)，從而提高超導(dǎo)帶材的導(dǎo)電性。一種NiW合金基底上的立方織構(gòu)Ce1IGc^O2薄膜，是生長(zhǎng)在立方織構(gòu)的NiW合金基底上的Ce1^GcLO2薄膜，厚度為200-500nm，具有(200)擇優(yōu)取向和面心立方晶體結(jié)構(gòu)，織構(gòu)形式為{100}〈001〉，其中0.1彡σ彡0.2，所述的NiW合金是按質(zhì)量百分比含5%W的N1-5%W 合金。制備NiW合金基底上的立方織構(gòu)CebGcLO2薄膜的方法按照以下步驟進(jìn)行:
(I)以乙酸鈰((CH3CO2)3Ce(III))和硝酸釓(GdN3O9)為起始原料，按照摩爾比Ce3+:
Gd3+= (4、): I的比例將原料溶解于丙酸(C2H5COOH)中，調(diào)節(jié)溶液Ce3+和Gd3+的總濃度為1.(Tl.2mol/l，得到 Ce1^GcLO2 前驅(qū)液，0.I 彡 σ ^ 0.2 ；
(2)將Ce1^GcLO2前驅(qū)液用勻膠機(jī)以300(T4000r/min的轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)30 60s，旋涂在N1-5%W合金基底上，再將旋涂后的基片送入爐管，在體積百分比為2 4%的H2和96 98%的Ar氣氛保護(hù)下100(Tl20(TC熱處理0.5_2h，得到Ni_5%W合金基底上的{100}〈001〉織構(gòu)
Ce1^0Gd0O2 薄膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是:
現(xiàn)有技術(shù)中CeO2在還原性氣氛超過(guò)20nm的臨界厚度以后，很容易產(chǎn)生裂紋，易產(chǎn)生裂紋的這種局限與CeO2自身的晶格氧空位有關(guān)，本發(fā)明中向CeO2中添加稀土元素，減輕了CeO2產(chǎn)生裂紋的程度。本發(fā)明采用化學(xué)溶液法，以乙酸鈰(III)和硝酸釓(III)為起始原料，在立方織構(gòu)的NiW基底上制備得到了 Ce1IGcLO2(CGO)薄膜緩沖層，該CGO層受到NiW外延作用的影響，形成了很好的(200)擇優(yōu)取向和較強(qiáng)的面內(nèi)織構(gòu)，通過(guò)Φ掃描測(cè)試，確定了 CGO(OOl)面與Niff(OOl)面之間存在著相對(duì)旋轉(zhuǎn)關(guān)系。CGO具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)，YBCO的a、b軸晶格常數(shù)與CGO (001)面的半對(duì)角線長(zhǎng)度接近相等，YBCO(OOl)面和CGO(OOl)面通過(guò)面內(nèi)相對(duì)旋轉(zhuǎn)45°后，可以形成良好的晶格匹配，能夠?qū)崿F(xiàn)YBCO超導(dǎo)膜的外延生長(zhǎng)，對(duì)于改善化學(xué)法制備超導(dǎo)帶材的超導(dǎo)性能具有重大意義。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中NiW合金基底上的Cea9 GdaiO2薄膜的XRD圖譜；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中Ni W合金基底上的Cea9 GdaiO2薄膜的SEM顯微圖像；
圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中NiW合金基底和Cea9 GdaiO2薄膜的(111)面Φ掃描圖譜。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例中采用的XRD檢測(cè)的儀器型號(hào)為:DX2600-1I，丹東方圓儀器有限公司；
SEM掃描儀器的型號(hào)為:SSX-550，日本島津公司。本發(fā)明實(shí)施例中使用的丙酸是國(guó)藥集團(tuán)分析純產(chǎn)，乙酸鈰和硝酸釓是阿拉丁試劑分析純級(jí)產(chǎn)品。實(shí)施例1
一種NiW合金基底上的立方織構(gòu)Cea9 GdaiO2薄膜，是生長(zhǎng)在立方織構(gòu)的NiW合金基底上的Cea9GdaiO2薄膜，厚度為200nm，具有(200)擇優(yōu)取向和面心立方晶體結(jié)構(gòu)，織構(gòu)形式為{100}〈001〉，所述的NiW合金是按質(zhì)量百分比含5%W的N1-5%W合金。其制備方法是:
(1)以(CH3CO2)3Ce (III)和GdN3O9為起始原料，按照摩爾比Ce3+: Gd3+=9:1的比例將原料溶解于丙酸(C2H5COOH)中，調(diào)節(jié)溶液Ce3+和Gd3+的總濃度為1.2mo 1/1，得到Cea9GdaiO2前驅(qū)液；
(2)將Cea9GdaiO2前驅(qū)液用勻膠機(jī)以3000r/min的轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)60s，旋涂在Ni_5%W合金基底上，再將旋涂后的基片送入爐管，在體積百分比為2%的H2和98%的Ar氣氛保護(hù)下1000°c熱處理2h，得到N1-5%w合金基底上的{100} <001>織構(gòu)Cea9Gda 薄膜。Ce0.9 GdaiO2緩沖層的XRD圖譜如圖1所示，SEM顯微圖像如圖2所示，Ni_5%W基底和Cea9 GdaiO2緩沖層的(111)面Φ掃描圖譜如圖3所示。從圖1可以看出，CGO膜在NiW上已形成了良好的(200)單軸擇優(yōu)取向；
從圖2可以看出，CGO膜表面均勻無(wú)裂紋；
判斷CGO膜的面內(nèi)織構(gòu)情況，用XRD對(duì)CGO/NiW進(jìn)行Φ掃描，把CGO/NiW樣品置于XRD衍射儀的樣品臺(tái)上，首先以2 Θ夾角28.7°，極角α為54.7°的衍射條件，進(jìn)行CGO(Ill)面的Φ掃描；完成測(cè)試后，樣品經(jīng)過(guò)360°旋轉(zhuǎn)，回到初始位置，此時(shí)調(diào)整2 Θ夾角至43.8° (NiW合金的(111)晶面衍射角)，極角α保持不變，繼續(xù)進(jìn)行NiW(Ill)面的Φ掃描，結(jié)果如圖3所示，兩次Φ掃描過(guò)程分別出現(xiàn)了四條明顯的間隔90°的特征峰，NiW(Ill)的Φ掃描半高寬為1.01°，CGO的(111)的Φ掃描半高寬為1.07°，CGO膜的面內(nèi)織構(gòu)比NiW稍有下降，但仍具備明顯的強(qiáng){100}〈001>織構(gòu)。最為有趣的發(fā)現(xiàn)是，CGO(Ill)面的Φ掃描特征峰出現(xiàn)的位置與NiW(Ill)的Φ掃描特征峰間隔45°，這說(shuō)明CGO在NiW上是通過(guò)面內(nèi)旋轉(zhuǎn)45°后完成外延生長(zhǎng)的這一結(jié)果。面心立方結(jié)構(gòu)的CGO的晶格常數(shù)為5.42Α(PDF2:Νο.750162)，面心立方結(jié)構(gòu)的NiW合金的晶格常數(shù)為3.54Α (由XRD圖譜實(shí)測(cè))，CGO/Niff晶格適配率約為8%，但仍然產(chǎn)生了較強(qiáng)的外延生長(zhǎng)模式。實(shí)施例2
一種NiW合金基底上的立方織構(gòu)Cea8 Gda2O2薄膜，是生長(zhǎng)在立方織構(gòu)的NiW合金基底上的Cea8Gda2O2薄膜，厚度為400nm，具有(200)擇優(yōu)取向和面心立方晶體結(jié)構(gòu)，織構(gòu)形式為{100}〈001>，NiW合金是按質(zhì)量百分比含5%W的N1-5%W合金。其制備方法是:` (1)以(CH3CO2)3Ce(III)和GdN3O9為起始原料，按照摩爾比Ce3+:Gd3+=4:1的比例將原料溶解于丙酸(C2H5COOH)中，調(diào)節(jié)溶液Ce3+和Gd3+的總濃度為1.0mo 1/1，得到Cea8Gda2O2前驅(qū)液；
(2)將Cea8Gda2O2前驅(qū)液用勻膠機(jī)以3500r/min的轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)30s，旋涂在Ni_5%W合金基底上，再將旋涂后的基片送入爐管，在4%體積的H2和96%體積的Ar氣氛保護(hù)下1100°C熱處理lh，得到NiW合金基底上的立方織構(gòu)Cea8Gda2O2薄膜。經(jīng)檢測(cè)，CGO薄膜表面均勻性良好，無(wú)明顯裂紋，具有良好的(200)單軸擇優(yōu)取向和面心立方晶體結(jié)構(gòu)。實(shí)施例3
一種N1-5%W基底上的{100}〈001>織構(gòu)Cea86Gdai4O2緩沖層，是生長(zhǎng)在立方織構(gòu)的NiW合金基底上的Cea86Gdai4O2薄膜，厚度為500nm，具有(200)擇優(yōu)取向和面心立方晶體結(jié)構(gòu)，織構(gòu)形式為{100}〈001〉，NiW合金是按質(zhì)量百分比含5%W的N1-5%W合金。其制備方法是:
(1)以(CH3CO2)3Ce(III)和GdN3O9為起始原料，按照摩爾比Ce3+:Gd3+=6:1的比例將原料溶解于丙酸(C2H5COOH)中，調(diào)節(jié)溶液Ce3+和Gd3+的總濃度為1.lmol/1，得到Cea86Gdai4O2前驅(qū)液；
(2)將Cea86Gdai4O2前驅(qū)液用勻膠機(jī)以4000r/min的轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)50s，旋涂在Ni_5%W合金基底上，再將旋涂后的基片送入爐管，在3%體積的H2和97%體積的Ar氣氛保護(hù)下1200°C熱處理0.5h，得到N1-5%w合金基底上的{100} <001>織構(gòu)Cea86Gda 1402緩沖層。經(jīng)檢測(cè)，CGO薄膜表面均勻性良好，無(wú)明顯裂紋，具有良好的(200)單軸擇優(yōu)取向和面心立 方晶體結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種NiW合金基底上的立方織構(gòu)Ce1^Gd。O2薄膜，其特征在于是生長(zhǎng)在立方織構(gòu)的Niff合金基底上的Ce1^GcLO2薄膜，厚度為200-500nm，具有(200)擇優(yōu)取向和面心立方晶體結(jié)構(gòu)，織構(gòu)形式為{100}〈001〉，其中0.1 < σ <0.2，所述的NiW合金是按質(zhì)量百分比含5%ff 的 N1-5%W 合金。
2.權(quán)利要求1所述的一種NiW合金基底上的立方織構(gòu)Ce1^GcLO2薄膜的制備方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行: (1)以(CH3CO2)3Ce(III)和GdN3O9為起始原料，按照摩爾比Ce3+:Gd3+= (4 9):1的比例將原料溶解于丙酸(C2H5COOH)中，調(diào)節(jié)溶液Ce3+和Gd3+的總濃度為1.(Tl.2mol/l，得到 Cei_QGdQ02 前驅(qū)液，0.1 彡 σ ^ 0.2 ； (2)將Ce1^GcLO2前驅(qū)液用勻膠機(jī)以300(T4000r/min的轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)30 60s，旋涂在N1-5%W合金基底上，再將旋涂后的基片送入爐管，在體積百分比為2 4%的H2和96 98%的Ar氣氛保護(hù)下100(Γ1200 熱處理0.5_2h，得到NiW合金基底上的立方織構(gòu)Ce1^GcLO2薄膜。`
全文摘要
本發(fā)明屬于超導(dǎo)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種NiW合金基底上的立方織構(gòu)Ce1-σGdσO2薄膜及其制備方法。本發(fā)明的Ce1-σGdσO2薄膜是生長(zhǎng)在立方織構(gòu)的Ni-5%W合金基底上的Ce1-σGdσO2薄膜，厚度為200-500nm，具有(200)擇優(yōu)取向和面心立方晶體結(jié)構(gòu)，織構(gòu)為{100}<001>，其中0.1≤σ≤0.2，其制備方法是將(CH3CO2)3Ce(III)和GdN3O9溶解于C2H5COOH中得到Ce1-σGdσO2前驅(qū)液，將前驅(qū)液旋涂在Ni-5%W合金基底上，再將旋涂后的基片送入爐管熱處理。本發(fā)明的CGO緩沖層具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)，YBCO的a、b軸晶格常數(shù)與CGO(001)面的半對(duì)角線長(zhǎng)度接近相等，YBCO(00l)面和CGO(00l)面通過(guò)面內(nèi)相對(duì)旋轉(zhuǎn)45°后，可以形成良好的晶格匹配，能夠?qū)崿F(xiàn)YBCO超導(dǎo)膜的外延生長(zhǎng)，對(duì)于改善化學(xué)法制備超導(dǎo)帶材的超導(dǎo)性能具有重大意義。
文檔編號(hào)H01B13/00GK103236319SQ201310146978
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者李英楠, 羅清威, 林琳, 李鳳華, 王麗娜, 樊占國(guó) 申請(qǐng)人:東北大學(xué)