專利名稱：一種單一材料ZrO₂納米點、制備方法及應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于高溫超導材料制備技術領域，涉及高溫超導涂層導體過渡層表面改性的制備技術，具體涉及一種單一材料^O2納米點、制備方法及應用。
背景技術：
以TOCO為主的稀土類鋇銅氧化物第二代涂層超導體，由于具有高的不可逆場，高的載流能力、低的交流損失，潛在的價格優勢，早在上世紀80年代末就被預測將有非常廣泛的應用前景。但是超導材料大都應用于外加磁場的環境下，而其工程臨界電流密度CL) 又是隨著外加磁場的增加而急劇下降的。其中磁場與Je存在一定的關系Je = Η_α。α值表示Je在外加磁場下的下降趨勢，其值越小，Je的下降趨勢越小。因此要真正實現其實用化，就不僅要提高涂層導體在自場下的載流能力，而且要求它在較高的外加磁場下也具有較大的載流能力。而過渡層表面改性是一個很好的方法來減小α值，提高TOCO場性能。Je降低的主要原因除了自身的各向異性和熱量的波動，另一重要原因是缺乏有效的釘扎中心。在薄膜內部人為地引入適量的缺陷作為釘扎中心，可以在保持超導相的轉變溫度和織構性能基本沒受到大的破壞的同時，很好的提高薄膜在高場下的Je值。目前常用的方法是有稀土元素的取代或替換；納米顆粒的摻雜；重離子輻射。然而重離子輻射因其具有輻射性已逐漸被人們所拋棄，而稀土元素的取代或替換和納米顆粒的摻雜都是在制備 YBCO的前驅液里進行操作，無法實現對膜中人工引入物的形態，分布及數目的控制，因而很難保證缺陷的適量問題。

發明內容
本發明的目的在于解決現有涂層導體過渡層制備過程中存在的問題，提供一種在 YBCO沉積以前能夠對引入的納米點的形態、數目及分布進行有效控制的工藝簡單、高效的制備方法。本發明所提供的一種^O2納米點，涂覆在單晶基板上的、不連續的、分散均勻；高度在5 50nm，直徑在30 200nm，顆粒密度在10 80個/ μ m。與TOCO的失配度大，可提供足夠的缺陷來形成釘扎中心，提高YBCO的場性能。本發明通過以有機鋯鹽為前驅鹽，采用化學溶液方法制備前驅液后，經過旋涂的方法將前驅液涂敷到單晶基板上，再經過熱處理工藝在單晶表面獲得納米點，具體步驟如下1)制備前驅液將乙酰丙酮鋯溶解到正丙酸中，得到陽離子摩爾濃度為 0. 001-0. 003mol/L 的前驅液；2)涂敷前驅液將步驟1)制備的前驅液采用旋涂的方式涂敷到單晶基板上，得到前驅膜；3)高溫燒結在通保護氣體的條件下，將前驅膜于1000 1300°C燒結100 1000 分鐘，得到不連續的，高度在5 50nm，直徑在30 200nm，顆粒密度在10 80個/ μ m的ZrO2納米點。一種提高外加磁場下YBCO薄膜的超導性能的方法，其特征在于，在上述步驟3)制備的涂有納米點的過渡層基板上用低氟MOD工藝制備YBCO膜。步驟1)中采用的單晶基板有一定的預切割處理，角度分別為0 20度。步驟2)中采用旋涂方式將前驅液涂敷到單晶基板上時，旋轉涂敷的轉數為 2500 5000rpm，旋涂時間為40 120s。步驟3)中所述的保護氣體為H2氣、隊氣或Ar氣的一種或幾種的混合。與現有技術相比較，本發明具有以下優點1)本發明在沉積TOCO以前在過渡層基板的表面獲得一層較薄的、不連續的島狀顆粒，使得YBCO在這些島狀顆粒附近形核時由于晶格上的匹配差從而產生一些缺陷，以此作為釘扎中心來提高外加磁場下YBCO薄膜的超導性能。2)本發明對比其它提高YBCO的場性能的稀土元素的取代或替換法和納米顆粒的摻雜法，在引入物的尺寸、數目和分布方面可預先控制。3)本發明所制備的^O2納米點為不連續的；分散均勻的；高度在5 50nm，直徑在30 200nm，顆粒密度在10 80個/ μ m。4)本發明所制備的納米點材料單一，技術簡單。5)本發明所制備的過渡層基板經過^O2納米點改性過的YBCO膜層的α值由沒修飾過的樣品的0. 75改善到小于0. 61。下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行進一步詳細說明。


圖1、實施例1中制備的^O2納米點的AFM-2D照片。圖2、實施例2中制備的^O2納米點的AFM-3D照片。圖3、實施例3中制備的^O2納米點，在其上涂覆YBCO后的Jc曲線與空白YBCO 曲線的對比圖。圖4、實施例3中制備的^O2納米點，在其上涂覆YBCO后的α曲線。圖5、實施例4中制備的^O2納米點的AFM-2D照片。下面結合附圖及具體實施方式
對本發明進行具體的描述。具體實施方法實施例11)將乙酰丙酮鋯溶解到正丙酸中，配置成0. OOlmol/L的前驅液；2)將前驅液用旋涂法涂敷到(100)的SrTiO3單晶基板上，轉數為2500rpm，時間為120s，得到前驅膜；3)在吐氣保護條件下，將前驅膜于1000°C燒結1000分鐘，得到^O2納米點。4)在涂有納米點的過渡層基板上用低氟MOD工藝制備YBCO膜。ZrO2的表面形貌圖如圖1所示，由此AFM-2D照片可見納米點完全分散開，密度為 80個/ μ m，高度平均5納米，直徑平均100納米。實施例21)將乙酰丙酮鋯溶解到正丙酸中，配置成0. 03mol/L的前驅液；
2)將前驅液用旋涂法涂敷到與(100)方向成20度的SrTiO3單晶基板上，轉數為 5000rpm,時間為40s，得到前驅膜；3)在H2氣保護條件下，將前驅膜于1300°C燒結100分鐘，得到^O2納米點。4)在涂有納米點的過渡層基板上用低氟MOD工藝制備YBCO膜。ZrO2的三維表面形貌如圖2所示，由此AFM-3D照片納米點形態規則。其中密度為 10個/ μ m ；高度為Hnm ；直徑為200nm。實施例31)將乙酰丙酮鋯溶解到正丙酸中，配置成0. 005mol/L的前驅液；2)將前驅液用旋涂法涂敷到與(100)方向偏離10度的LaAW3單晶基板上，轉數為4000rpm，時間為60s，得到前驅膜；3)在H2與Ar的混合(H2與Ar的體積百分比分別為4%和96% )氣保護條件下， 將前驅膜于1150°C燒結300分鐘，得到^O2納米點。4)在涂有納米點的過渡層基板上用低氟MOD工藝制備YBCO膜。圖3為&02+YBC0與空白TOCO歸一化后的Je圖；圖4為&02+YBC0歸一化處理后的Je值CVX(Sf))與外加磁場的對數關系圖(77K)，即α曲線圖。圖3的J6曲線顯示， Zr02+YBC0Je在外加磁場1-5T下，下降趨勢遠遠小于過渡層基板表面未做納米改性的空白 TOC0JBC0場性能得到很好的提高。而^^+YBCO的α曲線如圖5所示，也證明了這一點。 Zr02+YBC0的α值為0. 61，遠小于而空白YBCO的α值0. 75。實施例41)將乙酰丙酮鋯溶解到正丙酸中，配置成0. 005mol/L的前驅液；2)將前驅液用旋涂法涂敷到(IOO)LaAW3單晶基板上，轉數為3000rpm，時間為 80s，得到前驅膜；3)在Ar氣保護條件下，將前驅膜于1100°C燒結350分鐘，得到^O2納米點。4)在涂有納米點的過渡層基板上用低氟MOD工藝制備YBCO膜。圖5為&02的表面形貌圖。圖5中納米顆粒的密度為30個/μ m;高度為50nm; 直徑為30nm。
權利要求
1.一種&02納米點，其特征在于，涂覆在單晶基板上的、不連續的、分散均勻；高度在 5 50nm，直徑在30 200nm，顆粒密度在10 80個/ μ m。
2.—種^O2納米點的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)制備前驅液將乙酰丙酮鋯溶解到正丙酸中，得到陽離子摩爾濃度為 0. 001-0. 003mol/L 的前驅液；2)涂敷前驅液將步驟1)制備的前驅液采用旋涂的方式涂敷到單晶基板上，得到前驅膜；3)高溫燒結在通保護氣體的條件下，將前驅膜于1000 1300°C燒結100 1000分鐘，得到不連續的，高度在5 50nm，直徑在30 200nm，顆粒密度在10 80個/ μ m的 ZrO2納米點。
3.按照權利要求2的一種納米點的制備方法，其特征在于，步驟1)中采用的單晶基板有一定的預切割處理，角度分別為0 20度。
4.按照權利要求2的一種納米點的制備方法，其特征在于，步驟2)中采用旋涂方式將前驅液涂敷到單晶基板上時，旋轉涂敷的轉數為2500 5000rpm，旋涂時間為40 120s。
5.按照權利要求2的一種納米點的制備方法，其特征在于，步驟3)中所述的保護氣體為H2氣、N2氣或Ar氣的一種或幾種的混合。
6.一種提高外加磁場下YBCO薄膜的超導性能的方法，其特征在于，包括以下步驟1)制備前驅液將乙酰丙酮鋯溶解到正丙酸中，得到陽離子摩爾濃度為 0. 001-0. 003mol/L 的前驅液；2)涂敷前驅液將步驟1)制備的前驅液采用旋涂的方式涂敷到單晶基板上，得到前驅膜；3)高溫燒結在通保護氣體的條件下，將前驅膜于1000 1300°C燒結100 1000分鐘，得到不連續的，高度在5 50nm，直徑在30 200nm，顆粒密度在10 80個/ μ m的 ZrO2納米點；4)在上述步驟幻制備的涂有納米點的過渡層基板上用低氟MOD工藝制備TOCO膜。
全文摘要
本發明公開了一種單一材料ZrO2納米點、制備方法及應用，屬于高溫超導材料制備技術領域。將乙酰丙酮鋯溶解到正丙酸中，得到前驅液；2)涂敷前驅液將步驟1)制備的前驅液采用旋涂的方式涂敷到單晶基板上，得到前驅膜；3)高溫燒結在通保護氣體的條件下，將前驅膜于1000～1300℃燒結100～1000分鐘，得到不連續的，高度在5～50nm，直徑在30～200nm，顆粒密度在10～80個/μm的ZrO2納米點。在上述基板上用低氟MOD工藝制備YBCO膜，使得YBCO在這些島狀顆粒附近形核時由于晶格上的匹配差從而產生一些缺陷，以此作為釘扎中心來提高外加磁場下YBCO薄膜的超導性能。
文檔編號C23C20/08GK102173452SQ20111005221
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月4日 優先權日2011年3月4日
發明者劉敏, 葉帥, 呂昭, 吳紫平, 徐燕, 程艷玲, 索紅莉, 董傳博, 邱火勤, 馬麟 申請人:北京工業大學