金属有机沉积法制备YBCO薄膜的研究进展

钇钡铜氧(YBCO)涂层导体因具有高临界转变温度(Tc)、高临界电流密度(J_(c))和高不可逆场(H_(irr))而成为最有应用前途的超导材料。但是,高昂的生产成本限制了YBCO带材的大规模应用。YBCO带材是在薄金属基带上通过外延生长的方法获得并具有良好结晶度和机械强度的超导涂层,而不是采用粉末套管法。金属有机沉积技术(MOD)是一种有效的超导层制备方法,与其他方法相比,它具有不需真空设备、可精确调节薄膜组分以及可实现批量生产等优点。因此,MOD在YBCO带材的生产中具有广阔的应用前景。传统MOD是以金属三氟乙酸盐(TFA)为原料,在热解过程中,TFA前驱体薄膜的热分解导致薄膜厚度急剧减小,薄膜内应力增加。为了避免薄膜龟裂,原始的热解时间需要10~20 h,漫长的热解时间不符合带材的低成本制备要求。因此,研究人员不断改进MOD工艺,在确保YBCO薄膜超导性能的同时大幅缩短了热处理时间。随着研究人员对MOD工艺的不断改善,MOD工艺经历了从传统三氟乙酸盐-金属有机沉积法(TFA-MOD)到低氟三氟乙酸盐-金属有机沉积法(LF-MOD),再到无氟-金属有机沉积法(FF-MOD)的发展变化。目前,通过调节FF-MOD结晶过程的温度和氧分压,YBCO薄膜的外延生长速率已经达到100 nm/s。此外,近年来通过缩小第二相纳米颗粒尺寸来提高YBCO薄膜磁通钉扎性能的研究取得了长足进展。研究人员通过两步加热工艺和制备纳米颗粒的胶体溶液,成功将第二相纳米颗粒的尺寸减小到10~15 nm,Jc(77 K,1 T)从0.1 MA/cm^(2)增大到0.45 MA/cm^(2)。本文按照金属有机沉积法制备YBCO薄膜的发展路径综述了TFA-MOD、LF-MOD和FF-MOD的研究进展,并在此基础上对近年来化学溶液法制备长带和提高YBCO薄膜磁通钉扎性能的主要研究进行了综述和展望。