《大面积双面REBCO超导膜制备关键技术研发及产业化》

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高质量超导薄膜制备的微波滤波器与普通金属滤波器相比,具有带内插损小、带边陡峭度高、带外抑制度高等优势。国内超导滤波器多采用进口薄膜,而国产大面积超导薄膜还存在一致性和均匀性不足等问题,其性价比也不具备优势。因此,寻找低成本高质量的大面积超导薄膜制备技术对高温超导膜的大规模应用开发和打破垄断具有重要的意义。

在科技部863项目、国家自然基金、航空基金、航天科技创新基金、科技部中小企业创新基金等支持下,在超导膜低成本大面积制备方面取得突破性进展,包括:

针对前驱液配方和工艺问题,提出了利用红外光谱对前驱液提纯过程进行控制,保证了前驱液的质量;针对超导膜热解处理时间长达十几个小时的问题,提出了向前驱母液中加入二乙醇胺等高沸点溶剂,有效的将前驱膜的热解时间降低为几十秒;针对超导膜易于潮解的问题,提出将Gd与Dy元素掺杂部分替代Y阳离子,有效解决了超导膜潮解的问题,提高了超导膜的性能。

针对化学溶液法制备的超导膜内部存在孔洞及缺陷这一普遍性世界难题,发明了离子束表面改性方法,有效消除超导膜的内部缺陷,提高了超导膜性能。为使制备的超导膜适用于多种技术衬底,提出采用离子束辅助沉积方法制备高质量的缓冲层,再采用化学溶液方法制备超导薄膜,保护层和电极则采用磁控溅射方法制备。有效兼顾了性价比,全套工艺路线属自主创新。

发明了气氛可控的新型批处理CVD设备。相关技术和产品美国严格禁运,因此独立设计制作了一套气氛可控热处理CVD系统,尤其对烧制薄膜的基片夹具进行设计,突破了大面积超导膜批量化制备的难题,单炉年产2英寸膜五千片以上。

针对超导膜测试的难题,发明了基于制冷机的系列自主超导膜性能检测设备,解决了传统测量设备严重依赖液氦进行40K-300K温区测量的问题,极大地节约了成本。

授权国家发明专利39项,发表论文60篇,著作1部。

制备的大面积高温超导膜成功应用于超导滤波器的制备,插入损耗最好达到了0.2dB,达到国际先进水平。在国际上首次实现低成本超导膜在超导滤波器制备上的应用。支撑了超导滤波器系统在第三代或第四代移动通信及无线系统的应用。联合北京鼎臣超导科技有限公司通过对批量化制备技术的集中攻关,切实降低了批量制备成本。超导膜产品应用到中科院物理所、清华大学、北京卫星环境工程研究院、南方电网高压所等多家单位,取得了重大的社会与经济效益。

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