无氟溶胶-凝胶法制备Tl-2212高温超导薄膜的研究

本项目拟采用无氟sol-gel方法制备Tl-2212超导薄膜。实验计划以醋酸盐、氯化盐、硝酸盐、金属氧化物等为起始原料设计四个方案，通过选择适当和适量的有机溶剂及络合剂制备具有一定粘度的、稳定的、均匀的含Tl溶胶。采用旋转涂层和浸涂层方法获得凝胶膜，通过干燥和分解热处理工艺获得先驱膜。通过先驱膜在相对低温条件下后退火工艺处理，使先驱膜转化为Tl-2212超导相。通过本项目的研究，使采用化学方法制备Tl-2212超导薄膜的主要指标要接近、或达到采用物理方法所制备的Tl-2212超导薄膜的指标。研究方法可以应用于具有更高Tc和上临界磁场Hc2的Tl系其它相薄膜的制备，研究成果将丰富超导物理学的内容，促进Tl系高温超导带材、线材和高频器件的研制，推动超导材料在信息、能源、交通、医疗、国防和科研等领域里的应用。因此，本项目的研究具有重要的理论意义及实用价值。

超导薄膜是超导电子学应用的基础。Tl2Ba2CaCu2O8（Tl-2212）超导薄膜的临界温度(Tc)高，临界电流密度(Jc)大，微波表面电阻低（Rs），抗潮湿能力强，是制备高性能高温超导滤波器等无源器件的重要材料。采用无氟溶胶-凝胶方法制备Tl-2212超导薄膜，具有工艺设备简单、成本低、易于实现规模化生产等优点。研究方法可以应用于具有更高Tc和上临界磁场Hc2的Tl系其它相薄膜的制备，研究成果将丰富超导物理学的内容，促进Tl系高温超导带材、线材和高频器件的研制，推动超导材料在信息、能源、交通、医疗、国防和科研等领域里的应用。因此，项目的研究具有重要的理论意义及实用价值。本项目的研究内容及成果如下：     .1.研究了TBCCO溶胶的制备方法。在实验中，采用了七个方案，其中两个方案可制备出具有良好超导性能的Tl-2212超导薄膜。一个方案是以乙酸铊、乙酸钡、乙酸钙、乙酸铜为起始原料，其中，Tl、Cu的含量要略高于Tl-2212超导相中的比例，并以乳酸、α-甲基丙烯酸、二乙烯三胺、三乙烯四胺、甲酰胺、甲醇为络合剂及溶剂，制得粘度合适的溶胶。采用该溶胶在铝酸镧所制备320nm厚的Tl-2212超导薄膜为纯c轴取向，面内织构，且具有平整致密的表面形貌，其Tc可达106K，Jc可达0.83 MA/cm2 (77 K, 0 T)，Rs为916µΩ（77K，10GHz）。另一个方案是采用丙酸代替α-甲基丙烯酸及部分乳酸，采用该溶胶所制备400nm厚的Tl-2212薄膜具有良好的超导电性，其Tc可达105.5K，Jc可达0.96MA/cm2。.2.研究了凝胶膜的热分解工艺。包括甲酰胺的添加量对先驱膜及超导薄膜的形貌及性能影响，热分解温度、时间、气氛对先驱膜及超导薄膜的形貌及性能影响等。.3.研究了先驱膜的烧结工艺。包括陪烧靶的制备，烧结温度和烧结气氛对超导薄膜的形貌及性能影响等。发现把样品置于密闭靶中在氧气下烧结，可得到纯c轴取向、超导性能良好的Tl-2212薄膜。.4.研究了在蓝宝石、MgO、YSZ基片上采用磁控溅射技术制备CeO2隔离层及Tl-2212薄膜的方法。提出了原位双温工艺法在蓝宝石衬底上制备CeO2缓冲层。采用该方法制备的薄膜表面光滑，能有效地阻挡衬底对薄膜的扩散，随后制备的Tl-2212薄膜具有优越的电学性能，其Tc为108.3K，Jc为5.33 MA