一种钇钡铜氧超导纳米线的制备方法
【专利摘要】一种钇钡铜氧超导纳米线的制备方法。首先配制前驱液，把氧化钇Y2O3、氢氧化钡Ba(OH)2和乙酸铜Cu(CH3COO)2按照Y：Ba：Cu=1∶2∶3的摩尔比混合溶于10-30mol℅乙酸的水溶液中；将乙酸盐溶液经磁力搅拌器搅拌0.5-1.5h，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到凝胶；在凝胶中加入乙二醇；随后加入适量的氨水，调节溶液的pH为5-7，制成Y、Ba和Cu三种金属离子总浓度为1.5-3.0mol/L的前驱液；将多孔的阳极氧化铝模板放入上述前驱液中并超声5-15min，在60-80℃搅拌12h，然后在90℃烘箱中烘烤10-15h使含有前驱液的多孔阳极氧化铝模板形成凝胶。最后进行800℃-900℃的高温热处理和450℃-550℃的退火处理形成YBCO超导纳米线。
【专利说明】一种钇钡铜氧超导纳米线的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高温超导纳米线的制备方法，特别涉及一种YBCO超导纳米线的制备方法。
【背景技术】
[0002]1986年，IBM公司苏黎世实验室的科学家J.G.Bednorz和K.A.Mullerr报导发现了无机铜氧化合物La2_xBaxCu04在30K下发生超导转变，接着在世界各地很快发现了 YBa2Cu3CVx (YBCO)系化合物的临界转变温度可高达90K。就此引发了世界范围的高温超导材料研究热潮。在众多的超导材料中，NbTi，Nb3Sn, B1-2223, YBCO和MgB2是可能大规模应用的五种超导材料。在这五种超导材料中，只有B1-2223和YBCO的临界转变温度高于液氮温区，属于高温超导材料。而B1-2223在77K的不可逆场H*(77K)只有约0.2T，远远小于77K的上临界场He2 (77K)(垂直于超导层Hc2的量级为50T)，这样小的不可逆场就阻碍了 B1-2223在77K的应用。而YBCO在77K的不可逆场H* (77K)约为3-5T，远高于B1-2223的不可逆场，是目前在液氮温区强磁场下的应用环境中首选的高温超导材料。YBCO超导材料除具有高的不可逆场外，还具有低微波表面电阻的优点。YBCO高温超导薄膜的微波表面电阻&比常规金属铜材料小几个数量级。用它制成的无源微波器件具有极低的插入损耗和极高的品质因子等优点。与正常导体相比，高温超导薄膜器件的性能成数量级地提高，而体积也相应地大大减小。高温超导薄膜器件的磁场穿透深度与频率无关，可以用来构造无色散的传输结构，设计出利用正常导体难以得到的器件。
[0003]在弱电方面的应用可以分为有源器件的应用和无源器件的应用。超导有源器件利用超导隧道效应支撑的约瑟夫逊器件制作超导计算机和各种灵敏的探测器；利用约瑟夫逊结可用来制造精密的超导磁场计，它能分辨10_14t~10_15T的磁场，可以测量极弱的磁场及磁场微小的变化，测量精度比其他仪器高3~4个数量级。超导磁场计成功地应用于军事学、地质勘探、海洋资源探测、地震预报等领域。无源器件的应用，比如高温微波谐振器、高温超导滤波器等。
[0004]YBCO超导材料在弱电方面的应用在很大程度上取决于YBCO超导薄膜和纳米线的制备技术。目前采用脉冲激光沉积法、溅射法、多元共蒸发法和金属有机化学气相沉积法等都能制备出高质量的YBCO薄膜，但关于YBCO超导纳米线制备方法的专利文献还未见公开。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提`供一种制备YBCO超导纳米线的方法。
[0006]本发明采用化学溶液法形成凝胶，浸涂在多孔阳极氧化铝模板上，经过热处理得到YBCO超导纳米线。本发明采用氧化钇、氢氧化钡和乙酸铜，按照比例混合搅拌均匀后， 经旋转蒸发仪蒸除溶剂得到凝胶，在凝胶中添加适量的乙二醇和氨水制成前驱液。将多孔的阳极氧化铝模板放入上述前驱液中并超声，经过低温热处理、高温烧结和吸氧处理得到 YBCO超导纳米线。[0007]本发明的具体步骤顺序如下:
[0008](I)按照Y:Ba:Cu=l:2:3的摩尔比将氧化钇Y2O3、氢氧化钡Ba (OH) 2和乙酸铜Cu (CH3COO) 2混合，并于室温下将Y203、Ba (OH) 2和Cu (CH3COO) 2的混合物溶于含有10_30mol%的乙酸的去离子水中，配成乙酸盐溶液，所述乙酸盐溶液中溶质与溶剂的摩尔比为1: 4;
[0009](2)将步骤(1)配制的乙酸盐溶液经磁力搅拌器搅拌0.5-1.5h，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到凝胶；
[0010](3)将所述步骤(2)制得的凝胶加入乙二醇中，此步骤中的凝胶与乙二醇的摩尔比为1: 50，并经磁力搅拌器搅拌均匀；
[0011](4)将所述步骤(3)制得的溶液中添加氨水，调节溶液的pH为5-7，制成Y、Ba和Cu三种金属总离子浓度为1.5-3.0mol/L的前驱液；
[0012](5)将多孔的阳极氧化铝模板放入所述步骤(4)所制得的前驱液中并超声5-15min，在 60-80°C搅拌 12h ；
[0013](6)将上述步骤(5)制成含有前驱液的多孔阳极氧化铝模板放入烘箱中，在90°C温度下烘烤10_15h，使前驱液在多孔阳极氧化铝模板内形成凝胶；
[0014](7)将经过步骤(6)处理的多孔阳极氧化铝模板置于800°C _900°C的高温下热处理2-4h，热处理在湿润的氧气和氩气混合气氛下进行，氧气与氩气比例为5: 10000，水汽压力为160hPa~240hPa，此步骤的升温速度为400°C /h ；
[0015](8)将经过步骤(7)处理的多孔阳极氧化铝模板置于450°C _550°C温度及纯氧条件下对样品进行退火热处理0.5-1.5h，制成具有超导性能的YBCO纳米线。
[0016]与现有技术相比，本发明具`有以下有益效果:
[0017]本发明采用化学溶液法在多孔阳极氧化铝模板上制备出YBCO纳米线。与传统的物理气相沉积法相比，本发明不需要真空设备，制备成本比较低。并且模板的尺度可以控制，能够制备各种纳米尺度的YBCO纳米超导线。并且在整个制备YBCO纳米线的工艺流程中没有腐蚀性气体逸出，环境友好且制备成本低，有利于工业化生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是实施例1制备的YBCO超导纳米线的X射线衍射图谱；
[0019]图2是实施例2制备的YBCO超导纳米线的场发射扫描电子显微镜图片；
[0020]图3是实施例3制备的YBCO超导纳米线的场发射扫描电子显微镜图片。
具体实施例方式
[0021]实施例1
[0022](I)称取氧化乾、氢氧化钡和乙酸铜分别为0.005mol、0.01mol和0.015mol,将氧化钇、氢氧化钡和乙酸铜混合后溶于含10mol%的乙酸的100ml去离子水中，配成溶液，制成Y、Ba和Cu三种金属总离子浓度为0.3mol/L的溶液；
[0023](2)将步骤(1)配制的乙酸盐溶液经磁力搅拌器搅拌0.5h，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到凝胶；
[0024](3)将所述步骤(2)制得的凝胶加入20ml乙二醇中，并经磁力搅拌器搅拌均匀，制成Y、Ba和Cu三种金属总离子浓度为1.5mol/L的溶液；[0025](4)将所述步骤(3)配制的溶液中添加氨水，调节溶液的pH为5，制备成前驱液；
[0026](5)将多孔的阳极氧化铝模板放入所述步骤(4)所制得的前驱液中并超声5min， 在60°C搅拌12h ；
[0027](6)将上述步骤(5)制成含有前驱液的多孔阳极氧化铝模板放入烘箱中，在90°C 条件下烘烤10h，使前驱液在多孔阳极氧化铝模板内形成凝胶；
[0028](7)将经过步骤(6)处理的多孔阳极氧化铝进行高温热处理和退火处理。
[0029]高温热处理在湿润的氧气和氩气混合气氛下进行，把500sCCm含有500ppm氧气的氩气混合气体经过装有蒸馏水的玻璃瓶把水蒸气带入反应室，使反应室中水蒸气压力为 160hPa,先是以400°C /h的升温速率升至最高温800°C，并在800°C保温2h。
[0030]退火处理是以100°C /h降温至450°C，在450°C的纯氧气氛围中保温0.5h使四方相的YBCO吸氧转变为正交相的具有超导性能的YBC0，随后样品在氧气氛围下炉冷至室温。
[0031]用X射线衍射仪对样品进行了成分和结构分析，所制备的样品为YBC0，如图1所
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[0032]实施例2
[0033](I)称取氧化钇、氢氧化钡和乙酸铜分别为0.01moU0.02mol和0.03mol，将氧化钇、氢氧化钡和乙酸铜混合后溶于含10mol%的乙酸的100ml去离子水中，配成溶液，制成Y、 Ba和Cu三种金属总离子浓度为0.6mol/L的溶液；
[0034](2)将步骤(1)配制的乙酸盐溶液经磁力搅拌器搅拌lh，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到凝胶；
[0035](3)将所述步骤(2)制得的凝胶加入30ml乙二醇中，并经磁力搅拌器搅拌均匀，制成Y、Ba和Cu三种金属总离子浓度为2.0mol/L的溶液；
`[0036](4)将所述步骤(3)配制的溶液中添加氨水，调节溶液的pH为6，制备成前驱液；
[0037](5)将多孔的阳极氧化铝模板放入所述步骤(4)所制得的前驱液中并超声lOmin， 在70°C搅拌12h ；
[0038](6)将上述步骤(5)制成含有前驱液的多孔阳极氧化铝模板放入烘箱中，在90°C 条件下烘烤12.5h，使前驱液在多孔阳极氧化铝模板内形成凝胶；
[0039](7)将经过步骤(6)处理的多孔阳极氧化铝进行高温热处理和退火处理。
[0040]高温热处理是在湿润的氧气和氩气混合气氛下进行，把500sCCm含有500ppm氧气的氩气混合气体经过装有蒸馏水的玻璃瓶把水蒸气带入反应室，使反应室中水蒸气压力为 200hPa,先是以400°C /h的升温速率升至最高温850°C，并在850°C保温3h。
[0041]退火处理是以100°C /h降温至500°C，在500°C的纯氧气氛围中保温Ih使四方相的YBCO吸氧转变为正交相的具有超导性能的YBC0，随后样品在氧气氛围下炉冷至室温。
[0042]用场发射扫描电子显微镜对样品进行了形貌观察，所制备YBCO孔径为几十纳米， 如图2所示。
[0043]实施例3
[0044](I)称取氧化乾、氢氧化钡和乙酸铜分别为0.015mol、0.03mol和0.045mol,将氧化钇、氢氧化钡和乙酸铜混合后溶于含10mol%的乙酸的100ml去离子水中，配成溶液，制成 Y、Ba和Cu三种金属总离子浓度为0.9mol/L的溶液；
[0045](2)将步骤(1)配制的乙酸盐溶液经磁力搅拌器搅拌1.5h，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到凝胶；
[0046](3)将所述步骤(2)制得的凝胶加入30ml乙二醇中，并经磁力搅拌器搅拌均匀，制成Y、Ba和Cu三种金属总离子浓度为3.0mol/L的溶液；
[0047](4)将所述步骤(3)配制的溶液中添加氨水，调节溶液的pH为7，制备成前驱液；
[0048](5)将多孔的阳极氧化铝模板放入所述步骤(4)所制得的前驱液中并超声15min，在80°C搅拌12h ；
[0049](6)将上述步骤(5)制成含有前驱液的多孔阳极氧化铝模板放入烘箱中，在90°C条件下烘烤15h，使前驱液在多孔阳极氧化铝模板内形成凝胶；
[0050](7)将经过步骤(6)处理的多孔阳极氧化铝进行高温热处理和退火处理。
[0051 ] 高温热处理是在湿润的氧气和氩气混合气氛下进行，把500sCCm含有500ppm氧气的氩气混合气体经过装有蒸馏水的玻璃瓶把水蒸气带入反应室，使反应室中水蒸气压力为240hPa,先是以400°C /h的升温速率升至最高温900°C，并在900°C保温2h。
[0052]退火处理是以100°C /h降温至550°C，在550°C的纯氧气氛围中保温1.5h使四方相的YBCO吸氧转变为正交相的具有超导性能的YBC0，随后样品在氧气氛围下炉冷至室温。
[0053]用场发射扫描电子显微镜对样品进行了形貌观察，所制备YBCO孔径为几十纳米，如图3所示。`
【权利要求】
1.一种钇钡铜氧超导纳米线的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤: (1)按照Y:Ba:Cu=l: 2: 3的摩尔比将氧化钇Y2O3、氢氧化钡Ba(OH)2和乙酸铜Cu (CH3COO) 2混合，并于室温下将Y2O3、Ba (OH) 2和Cu (CH3COO) 2的混合物溶于含有10-30mol%的乙酸的去离子水中，配成乙酸盐溶液，所述乙酸盐溶液中溶质与溶剂的摩尔比为1: 4; (2)将步骤(1)配制的乙酸盐溶液经磁力搅拌器搅拌0.5-1.5h，再采用旋转蒸发仪蒸除溶剂得到凝胶； (3)将所述步骤(2)制得的凝胶加入乙二醇中，此步骤中的凝胶与乙二醇的摩尔比为1: 50，并经磁力搅拌器搅拌均匀； (4)在所述步骤(3)制得的溶液中添加氨水，调节溶液的pH值为5-7，制成Y、Ba和Cu三种金属总离子浓度为1.5-3.0mol/L的前驱液； (5)将多孔的阳极氧化铝模板放入所述步骤(4)制得的前驱液中并超声5-15min，在60-80°C搅拌 12h ； (6)将所述步骤(5)制成含有前驱液的多孔阳极氧化铝模板放入烘箱中，在90°C温度下烘烤10-15h，使前驱液在多孔阳极氧化铝模板内形成凝胶； (7)将经过步骤(6)处理的多孔阳极氧化铝模板置于800°C-900°C的温度范围下热处理2-4h，此步骤的升温速度为400°C /h ； (8)将经过步骤(7)处理的多孔阳极氧化铝模板置于450°C-550°C温度下及纯氧条件下进行退火热处理0.5-1.5h，制成具有超导性能的YBCO纳米线。
2.按照权利要求1所述的钇钡铜氧超导纳米线的制备方法，其特征在于，所述的步骤(7)的热处理在湿润的氧气和氩气混合气氛下进行，氧气与氩气比例为5: 10000，水汽压力为 16OhPa ~240hPa。
【文档编号】C04B35/622GK103496965SQ201310415733
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】丁发柱, 古宏伟, 张腾, 王洪艳, 屈飞, 彭星煜 申请人:中国科学院电工研究所