一種多層結構釔鋇銅氧超導厚膜的製備方法與流程
2023-04-26 10:03:09 2
本發明涉及一種多層結構YBCO超導厚膜的製備方法。
背景技術：
高溫超導電力技術在強電領域的巨大應用潛力促使其所依賴的高溫超導線帶材的製備技術成為各國研究的重點。早在在20世紀90年代末期，基於BiSrCaCuO(BSCCO)超導體系的第一代高溫超導帶材實現了商業化。然而，Bi系超導材料很低的不可逆場(0.5T，77K)和載流能力(104～105A/cm2)決定了該種超導材料的應用條件非常嚴格，在稍微強的磁場環境下(77K)應用極易失超。更為關鍵的是，在Bi帶材製備的過程中需採用銀作為套管材料，因此昂貴的材料成本極大低限制了其應用範圍。與第一代超導帶材相比，以YBCO為代表的第二代高溫超導帶材具有較高的不可逆場(7T)和較高的載流能力(0.1～10MA/cm2)，並且第二代高溫超導帶材在製備的過程中不使用貴金屬，成本大幅度降低：第二代超導帶材的價格可下降至15～25美元/千安米。因此，世界各國政府實施了相關第二代高溫超導帶材的研究計劃，並給予了充分的資金支持。
近年來，美國、日本和韓國等國家在第二代高溫超導帶材的研究上已取得重要進展。2004年，日本的Fujikura公司製備出世界首個百米級的YBCO超導帶材，隨後通過改變工藝，逐步提高帶材的長度和臨界電流，在2008年，製備出504米，臨界電流350A/cm的超導帶材；在2010年，製備出長度為615米，609A/cm的超導帶材。2011年2月12日，該公司製備出長度達816.4米，臨界電流達到572A/cm的帶材。2014年，該公司製備出長度高達1000米，平均電流高於600A/cm的YBCO塗層導體。2010年，美國超導公司生產的YBCO超導帶材的長度已經達到540米，臨界電流密度達到466A/cm。而Superpower公司早在2009年就製備出千米級的二代超導帶材，臨界電流達到282A/cm。韓國SuNAN公司近幾年在YBCO帶材的製備上也取得了顯著的成果，2012年該公司製備出長達1000米的二代高溫超導帶材，臨界電流達到422A/cm。
然而，要實現第二代高溫超導帶材的規模化應用還必須解決的重要問題是帶材成本非常昂貴。目前，美國SuperPower公司製備的YBCO超導帶材的價格為400美元/千安米，是銅線的50倍以上，想要它的應用領域更加具有競爭力，必須進一步提高帶材超導性能進而提高性價比才能滿足工業化的應用需求。對於提高YBCO超導帶材的超導性能，在維持臨界電流密度(JC)不變的情況下增加其厚度是提高超導帶材載流能力的主要途徑之一。因此，如何製備具有高臨界電流密度的厚膜就成為當前YBCO高溫超導塗層應用過程中亟待解決的關鍵問題。目前國內只有中國專利CN 105648401 A(申請公開日2016年6月8日)提及了多層結構YBCO厚膜的製備。該專利採用雷射沉積法通過交替沉積YBCO層和SrTiO3層製備具有多層結構的YBCO/SrTiO3超導厚膜。但由於雷射沉積法需要昂貴的真空系統，導致YBCO帶材的製備成本較高，不利於帶材規模化的工業應用。
技術實現要素：
本發明的目的是克服現有技術不能採用成本低廉的化學溶液法製備YBCO多層結構厚膜的缺點，提出一種多層結構釔鋇銅氧超導厚膜的製備方法，本發明製備的多層結構超導厚膜由YBCO層和與YBCO晶格適配度更小的插層CaTiO3構成。
本發明通過採用化學溶液法交替沉積YBCO層和CaTiO3層，製備具有多層結構的超導厚膜。
本發明的具體步驟順序如下：
(1)按照Y:Ba:Cu＝1:2:3的摩爾比，把乙酸釔、三氟乙酸鋇和乙酸銅混合於丙酸和去離子水的混合溶液中，配成金屬有機鹽的低氟溶液，所述溶液中的溶質與溶劑的摩爾比為1:80；
(2)將步驟(1)配製的溶液經磁力攪拌器攪拌1-3h後，再通過真空旋轉蒸發儀減壓提純為藍色凝膠；
(3)將步驟(2)得到的藍色凝膠溶解於甲醇中，凝膠與甲醇的體積比為1:20，經磁力攪拌器攪拌1-3h後，在通過真空旋轉蒸發儀減壓提純為凝膠；
(4)將步驟(3)得到的凝膠溶解於10-13.5mL的甲醇，配製成YBCO前驅液，所述的YBCO前驅液中，Y、Ba和Cu三種金屬離子的總濃度為1.5-2mol/L；
(5)將步驟(4)製成的YBCO前驅液採用旋塗或浸塗方法塗覆在基片上；
(6)將經步驟(5)塗覆後的基片置於高溫管式石英爐中，在400-600℃溫度下進行4h的低溫熱處理，分解金屬有機鹽；該步驟的升溫速率為5～10℃/min；
(7)將經過步驟(6)熱處理後的基片置於750-850℃的高溫下熱處理2-3h，生成四方相的YBCO薄膜；此步驟的升溫速率為10℃/min；
(8)將步驟(7)的得到的樣品在450-500℃的溫度下進行吸氧處理，製備出YBCO薄膜；
(9)將四水合硝酸鈣溶解於冰醋酸和2-甲氧基乙醇的混合溶液中，四水合硝酸鈣與冰醋酸的摩爾比為1:4；並按照Ti：Ca＝1:1的摩爾比將鈦酸四丁酯添加到該混合溶液中，配製成濃度為0.3-0.9mol/L的CaTiO3前驅液；
(10)將步驟(9)得到的CaTiO3前驅液採用旋塗或浸塗的方式塗覆到上述步驟(8)得到的YBCO薄膜上；
(11)將步驟(10)塗覆有CaTiO3前驅液的YBCO膜置於高溫管式石英爐中，在400℃的溫度下進行熱處理30min，分解硝酸鈣和鈦酸四丁酯；此步驟的升溫速率為10℃/min；
(12)將步驟(11)得到樣品在800-850℃的高溫下熱處理1-1.5h，然後爐冷至室溫，在YBCO薄膜上製備出具有贗立方結構的CaTiO3薄膜，形成YBCO/CaTiO3雙層結構的超導膜；
(13)將步驟(4)製成的YBCO前驅液塗覆於步驟(12)製得的CaTiO3薄膜上，重複步驟(6)至步驟(8)的熱處理過程，製備出YBCO/CaTiO3/YBCO三層結構的膜；
(14)重複1-2次步驟(10)至步驟(13)的塗覆和熱處理過程，製備出YBCO/CaTiO3多層結構的超導厚膜。
步驟6中YBCO薄膜的低溫熱處理是在溼潤的氧氣條件下進行，通過將500sccm的氧氣經過裝有蒸餾水的玻璃瓶把水蒸氣帶入反應爐中，使反應爐中水蒸氣壓為100hPa，從室溫平均以5-10℃/min的升溫速率升溫至400-600℃，然後再爐冷至室溫。低溫熱處理的目的是分解金屬有機鹽，形成無定型的前驅膜並排出有害的殘餘物質。
步驟7中YBCO薄膜的高溫熱處理是在溼潤的氧氣和氬氣混合氣氛下進行，將500sccm含有400ppm氧氣的氬氣混合氣體經過裝有蒸餾水的玻璃瓶把水蒸氣帶入反應爐，使反應爐中水蒸氣壓為100hPa，以10℃/min的升溫速率升至最高溫度750-850℃，在最高溫度保溫2-3h後，以10℃/min的速率降溫至450-500℃，在純氧氣氛圍下保溫100min，使YBCO由四方相轉變為具有超導性能的正交相，最後使樣品在氧氣氛圍下爐冷至室溫。
所述步驟(10)中，將與YBCO晶格失配度為0.8％的CaTiO3作為多層結構中的夾層。
與現有技術相比，本發明具有以下優勢：
本發明採用成本低廉的化學溶液法製備YBCO超導厚膜。由於CaTiO3與YBCO晶格常數非常接近，並且CaTiO3在高溫下十分穩定，因此通過交替沉積YBCO超導層和CaTiO3非超導夾層能夠製備出高載流能力的具有多層結構的超導厚膜。
附圖說明
圖1是實施例1製備的YBCO/CaTiO3/YBCO三層結構超導厚膜的XRD衍射圖譜；
圖2是實施例2製備的YBCO/CaTiO3/YBCO三層結構超導厚膜表面的場發射掃描電子顯微鏡圖片；
圖3是實施例2製備的YBCO/CaTiO3/YBCO三層結構超導厚膜表面的場發射掃描電子顯微鏡圖片；
圖4是實施例2製備的YBCO/CaTiO3/YBCO三層結構超導厚膜表面的場發射掃描電子顯微鏡圖片；
圖5是實施例3製備的YBCO/CaTiO3/五層結構超導厚膜厚度的場發射掃描電子顯微鏡圖片。
具體實施方式
實施例1
(1)採用高精度電子天平稱取0.0025mol的乙酸釔、0.005mol的三氟乙酸鋇和0.0075mol的乙酸銅，室溫下將它們溶解於丙酸和去離子水的混合溶液中，配成金屬有機鹽的低氟溶液，溶液中的溶質與溶劑的摩爾比為1:80；
(2)將步驟(1)製得的溶液經磁力攪拌器攪拌1h後，通過採用真空旋轉蒸發儀減壓提純為藍色凝膠；
(3)將甲醇加入上述步驟(2)製得的凝膠中，凝膠與甲醇的體積比為1:20，再經磁力攪拌器攪拌1h後，採用真空旋轉蒸發儀進一步去除水分，得到純淨的凝膠；
(4)將步驟(3)製得的藍色凝膠加入10mL甲醇，攪拌均勻後，配製成YBCO前驅液，所述的YBCO前驅液中，Y、Ba和Cu三種金屬離子的總濃度為1.5mol/L的YBCO前驅液；
(5)將步驟(4)製得的YBCO前驅液以1mm/s的速率浸塗在鈦酸鍶單晶基片上；
(6)將經步驟(5)塗覆有YBCO前驅液的基片置於高溫管式石英爐中，在400℃溫度下進行4h的低溫熱處理，分解金屬有機鹽；該步驟的升溫速率為10℃/min；
(7)將經過步驟(6)熱處理後的基片置於750℃的高溫下熱處理2h，生成四方相的YBCO薄膜；此步驟的升溫速率為10℃/min；
(8)將步驟(7)的得到的樣品在450℃的溫度下進行吸氧處理，製備出YBCO薄膜；
(9)將0.003mol的四水合硝酸鈣溶解於冰醋酸和2-甲氧基乙醇的混合溶液中，硝酸鈣與冰醋酸的摩爾比為1:4；並按照Ti：Ca＝1:1的摩爾比將0.003mol的鈦酸四丁酯添加到該混合溶液中，配製成濃度為0.3mol/L的CaTiO3前驅液，所述的CaTiO3前驅液中，2-甲氧基乙醇的體積為20mL。
(10)將步驟(9)得到的CaTiO3前驅液採用旋塗的方式塗覆到上述步驟(8)得到的YBCO薄膜上；
(11)將步驟(10)塗覆有CaTiO3前驅液的YBCO膜置於高溫管式石英爐中，在400℃的溫度下進行熱處理30min，分解硝酸鈣和鈦酸四丁酯；此步驟的升溫速率為10℃/min；
(12)將步驟(11)得到樣品在800℃的高溫下熱處理1h，然後爐冷至室溫，製備出YBCO/CaTiO3結構的雙層超導膜；
(13)將步驟(4)製成的YBCO前驅液塗覆於步驟(12)的製得的CaTiO3薄膜上，重複步驟(6)至步驟(8)的熱處理過程，得到YBCO/CaTiO3/YBCO三層結構的超導膜。
步驟6中YBCO薄膜的低溫熱處理是在溼潤的氧氣條件下進行，通過將500sccm的氧氣經過裝有蒸餾水的玻璃瓶把水蒸氣帶入反應爐中，使反應爐中水蒸氣壓為100hPa，從室溫平均以10℃/min的升溫速率升溫至400℃，然後再爐冷至室溫。低溫熱處理的目的是分解金屬有機鹽，形成無定型的前驅膜並排出有害的殘餘物質。
步驟7中YBCO薄膜的高溫熱處理是在溼潤的氧氣和氬氣混合氣氛下進行，將500sccm含有400ppm氧氣的氬氣混合氣體經過裝有蒸餾水的玻璃瓶把水蒸氣帶入反應爐，使反應爐中水蒸氣壓為100hPa，顯示以10℃/min的升溫速率升至最高溫度750℃，在750℃保溫2h後，以10℃/min的速率降溫至450℃，在純氧氣氛圍下保溫100min，使YBCO由四方相轉變為具有超導性能的正交相，最後使樣品在氧氣氛圍下爐冷至室溫。
實施例2
(1)採用高精度電子天平稱取0.003mol的乙酸釔、0.006mol的三氟乙酸和0.009mol的乙酸銅，室溫下將它們溶解於丙酸和去離子水的混合溶液中，配成金屬有機鹽的低氟溶液，溶液中的溶質與溶劑的摩爾比為1:80；
(2)將步驟(1)製得的溶液經磁力攪拌器攪拌1.5h後，通過採用真空旋轉蒸發儀減壓提純為藍色凝膠；
(3)將甲醇加入上述步驟(2)製得的凝膠中，凝膠與甲醇的體積比為1:20，再經磁力攪拌器攪拌1.5h後，採用真空旋轉蒸發儀進一步去除水分，得到純淨的凝膠；
(4)將步驟(3)製得的凝膠加入11mL甲醇，攪拌均勻後，配製成YBCO前驅液，所述的YBCO前驅液中，Y、Ba和Cu三種金屬離子的總濃度為1.6mol/L的溶液；
(5)將步驟(4)製得的YBCO前驅液以3000rpm的速率旋塗在鈦酸鍶單晶基片上；
(6)將經步驟(5)塗覆有YBCO前驅液的基片置於高溫管式石英爐中，在450℃溫度下進行4h的低溫熱處理，分解金屬有機鹽；該步驟的升溫速率為9℃/min；
(7)將經過步驟(6)熱處理後的基片置於770℃的高溫下熱處理2.5h，生成四方相的YBCO薄膜；此步驟的升溫速率為10℃/min；
(8)將步驟(7)的得到的樣品在460℃的溫度下進行吸氧處理，製備出YBCO薄膜；
(9)將0.0035mol的四水合硝酸鈣溶解於冰醋酸和2-甲氧基乙醇的混合溶液中，硝酸鈣與冰醋酸的摩爾比為1:4；並按照Ti：Ca＝1:1的摩爾比將0.0035mol的鈦酸四丁酯添加到該混合溶液中，配製成濃度為0.5mol/L的CaTiO3前驅液，所述的CaTiO3前驅液中，2-甲氧基乙醇的體積為14mL。
(10)將步驟(9)得到的CaTiO3前驅液採用浸塗的方式塗覆到上述步驟(8)得到的YBCO薄膜上；
(11)將步驟(10)塗覆有CaTiO3前驅液的YBCO膜置於高溫管式石英爐中，在400℃的溫度下進行熱處理30min，分解硝酸鈣和鈦酸四丁酯；此步驟的升溫速率為10℃/min；
(12)將步驟(11)得到樣品在810℃的高溫下熱處理1h，然後爐冷至室溫，製備出YBCO/CaTiO3的結構雙層超導膜；
(13)將步驟(4)製成的YBCO前驅液塗覆於步驟(12)製得的CaTiO3薄膜上，重複步驟(6)至步驟(8)的熱處理過程，得到YBCO/CaTiO3/YBCO三層結構的超導膜。
步驟6中YBCO薄膜的低溫熱處理是在溼潤的氧氣條件下進行，通過將500sccm的氧氣經過裝有蒸餾水的玻璃瓶把水蒸氣帶入反應爐中，使反應爐中水蒸氣壓為100hPa，從室溫平均以9℃/min的升溫速率升溫至450℃，然後再爐冷至室溫。低溫熱處理的目的是分解金屬有機鹽，形成無定型的前驅膜並排出有害的殘餘物質。
步驟7中YBCO薄膜的高溫熱處理是在溼潤的氧氣和氬氣混合氣氛下進行，將500sccm含有400ppm氧氣的氬氣混合氣體經過裝有蒸餾水的玻璃瓶把水蒸氣帶入反應爐，使反應爐中水蒸氣壓為160hPa，顯示以10℃/min的升溫速率升至最高溫度770℃，在770℃保溫2.5h後，以10℃/min的速率降溫至460℃，在純氧氣氛圍下保溫100min，使YBCO由四方相轉變為具有超導性能的正交相，最後使樣品在氧氣氛圍下爐冷至室溫。
實施例3
(1)採用高精度電子天平稱取0.0035mol的乙酸釔、0.007mol的三氟乙酸和0.0105mol的乙酸銅，室溫下將它們溶解於丙酸和去離子水的混合溶液中，配成金屬有機鹽的低氟溶液，溶液中的溶質與溶劑的摩爾比為1:80；
(2)將步驟(1)製得的溶液經磁力攪拌器攪拌2h後，通過採用真空旋轉蒸發儀減壓提純為藍色凝膠；
(3)將甲醇加入上述步驟(2)製得的凝膠中，凝膠與甲醇的體積比為1:20，再經磁力攪拌器攪拌2h後，採用真空旋轉蒸發儀進一步去除水分，得到純淨的凝膠；
(4)將步驟(3)製得的凝膠加入12.4mL甲醇，攪拌均勻後，配製成YBCO前驅液，所述的YBCO前驅液中，Y、Ba和Cu三種金屬離子的總濃度為1.7mol/L；
(5)將步驟(4)製得的YBCO前驅液以1mm/s的速率浸塗在鈦酸鍶單晶基片上；
(6)將經步驟(5)塗覆有YBCO前驅液的基片置於高溫管式石英爐中，在500℃溫度下進行4h的低溫熱處理，分解金屬有機鹽；該步驟的升溫速率為8℃/min；
(7)將經過步驟(6)熱處理後的基片置於790℃的高溫下熱處理3h，生成四方相的YBCO薄膜；此步驟的升溫速率為10℃/min；
(8)將步驟(7)的得到的樣品在470℃的溫度下進行吸氧處理，製備出YBCO薄膜；
(9)將0.004mol的四水合硝酸鈣溶解於冰醋酸和2-甲氧基乙醇的混合溶液中，硝酸鈣與冰醋酸的摩爾比為1:4；並按照Ti：Ca＝1:1的摩爾比將0.004mol的鈦酸四丁酯添加到該混合溶液中，配製成濃度為0.7mol/L的CaTiO3前驅液，所述的CaTiO3前驅液中，2-甲氧基乙醇的體積為11.4mL。
(10)將步驟(9)得到的CaTiO3前驅液採用旋塗的方式塗覆到上述步驟(8)得到的YBCO薄膜上；
(11)將步驟(10)塗覆有CaTiO3前驅液的YBCO膜置於高溫管式石英爐中，在400℃的溫度下進行熱處理30min，分解硝酸鈣和鈦酸四丁酯；此步驟的升溫速率為10℃/min；
(12)將步驟(11)得到樣品在820℃的高溫下熱處理1.5h，然後爐冷至室溫，製備出YBCO/CaTiO3結構的雙層超導膜；
(13)將步驟(4)製成的YBCO前驅液塗覆於步驟(12)製得的CaTiO3薄膜上，重複步驟(6)至步驟(8)的熱處理過程，得到YBCO/CaTiO3/YBCO三層結構的超導膜。
步驟6中YBCO薄膜的低溫熱處理是在溼潤的氧氣條件下進行，通過將500sccm的氧氣經過裝有蒸餾水的玻璃瓶把水蒸氣帶入反應爐中，使反應爐中水蒸氣壓為100hPa，從室溫平均以8℃/min的升溫速率升溫至500℃，然後再爐冷至室溫。低溫熱處理的目的是分解金屬有機鹽，形成無定型的前驅膜並排出有害的殘餘物質。
步驟7中YBCO薄膜的高溫熱處理是在溼潤的氧氣和氬氣混合氣氛下進行，將500sccm含有400ppm氧氣的氬氣混合氣體經過裝有蒸餾水的玻璃瓶把水蒸氣帶入反應爐，使反應爐中水蒸氣壓為100hPa，顯示以10℃/min的升溫速率升至最高溫度790℃，在790℃保溫3h後，以10℃/min的速率降溫至470℃，在純氧氣氛圍下保溫100min，使YBCO由四方相轉變為具有超導性能的正交相，最後使樣品在氧氣氛圍下爐冷至室溫。
實施例4
(1)採用高精度電子天平稱取0.004mol的乙酸釔、0.008mol的三氟乙酸和0.012mol的乙酸銅，室溫下將它們溶解於丙酸和去離子水的混合溶液中，配成金屬有機鹽的低氟溶液，溶液中的溶質與溶劑的摩爾比為1:80；
(2)將步驟(1)製得的溶液經磁力攪拌器攪拌2.5h後，通過採用真空旋轉蒸發儀減壓提純為藍色凝膠；
(3)將甲醇加入上述步驟(2)製得的凝膠中，凝膠與甲醇的體積比為1:20，再經磁力攪拌器攪拌2.5h後，採用真空旋轉蒸發儀進一步去除水分，得到純淨的凝膠；
(4)將步驟(3)製得的凝膠加入13.3mL甲醇，攪拌均勻後，配製成YBCO前驅液，所述的YBCO前驅液中，Y、Ba和Cu三種金屬離子的總濃度為1.8mol/L的YBCO前驅液；
(5)將步驟(4)製得的YBCO前驅液以4000rpm的速率旋塗在鈦酸鍶單晶基片上；
(6)將經步驟(5)塗覆有YBCO前驅液的基片置於高溫管式石英爐中，在550℃溫度下進行4h的低溫熱處理，分解金屬有機鹽；該步驟的升溫速率為7℃/min；
(7)將經過步驟(6)熱處理後的基片置於800℃的高溫下熱處理3h，生成四方相的YBCO薄膜；此步驟的升溫速率為10℃/min；
(8)將步驟(7)的得到的樣品在480℃的溫度下進行吸氧處理，製備出YBCO薄膜；
(9)將0.0045mol的四水合硝酸鈣溶解於冰醋酸和2-甲氧基乙醇的混合溶液中，硝酸鈣與冰醋酸的摩爾比為1:4；並按照Ti：Ca＝1:1的摩爾比將0.0045mol的鈦酸四丁酯添加到該混合溶液中，配製成濃度為0.9mol/L的CaTiO3前驅液，所述的CaTiO3前驅液中，2-甲氧基乙醇的體積為10mL。
(10)將步驟(9)得到的CaTiO3前驅液採用浸塗的方式塗覆到上述步驟(8)得到的YBCO薄膜上；
(11)將步驟(10)塗覆有CaTiO3前驅液的YBCO膜置於高溫管式石英爐中，在400℃的溫度下進行熱處理30min，分解硝酸鈣和鈦酸四丁酯；此步驟的升溫速率為10℃/min；
(12)將步驟(11)得到樣品在840℃的高溫下熱處理1.5h，然後爐冷至室溫，製備出YBCO/CaTiO3的結構雙層超導膜；
(13)將步驟(4)製成的YBCO前驅液塗覆於步驟(12)製得的CaTiO3薄膜上，重複步驟(6)至步驟(8)的熱處理過程，得到YBCO/CaTiO3/YBCO三層結構的超導膜。
步驟6中YBCO薄膜的低溫熱處理是在溼潤的氧氣條件下進行，通過將500sccm的氧氣經過裝有蒸餾水的玻璃瓶把水蒸氣帶入反應爐中，使反應爐中水蒸氣壓為100hPa，從室溫平均以7℃/min的升溫速率升溫至550℃，然後再爐冷至室溫。低溫熱處理的目的是分解金屬有機鹽，形成無定型的前驅膜並排出有害的殘餘物質。
步驟7中YBCO薄膜的高溫熱處理是在溼潤的氧氣和氬氣混合氣氛下進行，將500sccm含有400ppm氧氣的氬氣混合氣體經過裝有蒸餾水的玻璃瓶把水蒸氣帶入反應爐，使反應爐中水蒸氣壓為160hPa，顯示以10℃/min的升溫速率升至最高溫度800℃，在800℃保溫3h後，以10℃/min的速率降溫至480℃，在純氧氣氛圍下保溫100min，使YBCO由四方相轉變為具有超導性能的正交相，最後使樣品在氧氣氛圍下爐冷至室溫。
實施例5
(1)採用高精度電子天平稱取0.0045mol的乙酸釔、0.009mol的三氟乙酸和0.0135mol的乙酸銅，室溫下將它們溶解於丙酸和去離子水的混合溶液中，配成金屬有機鹽的低氟溶液，溶液中的溶質與溶劑的摩爾比為1:80；
(2)將步驟(1)製得的溶液經磁力攪拌器攪拌3h後，通過採用真空旋轉蒸發儀減壓提純為藍色凝膠；
(3)將甲醇加入上述步驟(2)製得的凝膠中，凝膠與甲醇的體積比為1:20，再經磁力攪拌器攪拌3h後，採用真空旋轉蒸發儀進一步去除水分，得到純淨的凝膠；
(4)將步驟(3)製得的凝膠加入13.5mL甲醇，攪拌均勻後，配製成YBCO前驅液，所述的YBCO前驅液中，Y、Ba和Cu三種金屬離子的總濃度為2mol/L；
(5)將步驟(4)製得的YBCO前驅液以1mm/s的速率浸塗在鈦酸鍶單晶基片上；
(6)將經步驟(5)塗覆後基片置於高溫管式石英爐中，在600℃溫度下進行4h的低溫熱處理，分解金屬有機鹽；該步驟的升溫速率為5℃/min；
(7)將經過步驟(6)熱處理後的基片置於850℃的高溫下熱處理3h，生成四方相的YBCO薄膜；此步驟的升溫速率為10℃/min；
(8)將步驟(7)的得到的樣品在500℃的溫度下進行吸氧處理，製備出YBCO薄膜；
(9)將0.005mol的四水合硝酸鈣溶解於冰醋酸和2-甲氧基乙醇的混合溶液中，硝酸鈣與冰醋酸的摩爾比為1:4；並按照Ti：Ca＝1:1的摩爾比將0.005mol的鈦酸四丁酯添加到該混合溶液中，配製成濃度為0.3mol/L的CaTiO3前驅液，所述的CaTiO3前驅液中，2-甲氧基乙醇的體積為33.3mL。
(10)將步驟(9)得到的CaTiO3前驅液採用旋塗的方式塗覆到上述步驟(8)得到的YBCO薄膜上；
(11)將步驟(10)塗覆有CaTiO3前驅液的YBCO膜置於高溫管式石英爐中，在400℃的溫度下進行熱處理30min，分解硝酸鈣和鈦酸四丁酯；此步驟的升溫速率為10℃/min；
(12)將步驟(11)得到樣品在850℃的高溫下熱處理1.5h，然後爐冷至室溫，在YBCO薄膜上製備出具有贗立方結構的CaTiO3薄膜，形成YBCO/CaTiO3雙層結構的超導膜；
(13)將步驟(4)製成的YBCO前驅液塗覆於步驟(12)製得的CaTiO3薄膜上，重複步驟(6)至步驟(8)的熱處理過程，製備出YBCO/CaTiO3/YBCO三層結構的膜；
(14)重複1次步驟(10)至步驟(13)的塗覆和熱處理過程，製備出YBCO/CaTiO3五層結構的超導厚膜。
步驟6中YBCO薄膜的低溫熱處理是在溼潤的氧氣條件下進行，通過將500sccm的氧氣經過裝有蒸餾水的玻璃瓶把水蒸氣帶入反應爐中，使反應爐中水蒸氣壓為100hPa，從室溫平均以5℃/min的升溫速率升溫至600℃，然後再爐冷至室溫。低溫熱處理的目的是分解金屬有機鹽，形成無定型的前驅膜並排出有害的殘餘物質。
步驟7中YBCO薄膜的高溫熱處理是在溼潤的氧氣和氬氣混合氣氛下進行，將500sccm含有400ppm氧氣的氬氣混合氣體經過裝有蒸餾水的玻璃瓶把水蒸氣帶入反應爐，使反應爐中水蒸氣壓為160hPa，顯示以10℃/min的升溫速率升至最高溫度850℃，在850℃保溫3h後，以10℃/min的速率降溫至500℃，在純氧氣氛圍下保溫100min，使YBCO由四方相轉變為具有超導性能的正交相，最後使樣品在氧氣氛圍下爐冷至室溫。