CN101229980A - 一种提高顶角氧掺杂高温超导转变温度的方法 - Google Patents

一种提高顶角氧掺杂高温超导转变温度的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101229980A
CN101229980A CNA2008100575130A CN200810057513A CN101229980A CN 101229980 A CN101229980 A CN 101229980A CN A2008100575130 A CNA2008100575130 A CN A2008100575130A CN 200810057513 A CN200810057513 A CN 200810057513A CN 101229980 A CN101229980 A CN 101229980A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cuo
temperature
superconductor
pressure
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2008100575130A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100575309C (zh
Inventor
刘青清
杨华
杨留响
余勇
禹日成
李凤英
靳常青
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Physics of CAS
Original Assignee
Institute of Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Physics of CAS filed Critical Institute of Physics of CAS
Priority to CN200810057513A priority Critical patent/CN100575309C/zh
Publication of CN101229980A publication Critical patent/CN101229980A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100575309C publication Critical patent/CN100575309C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

本发明涉及一种新的提高超导转变温度Tc的方法——利用顶角氧有序化提高超导转变温度Tc。本发明采用前驱体方法、高温高压法合成单相的Sr2CuO3+δ(0＜δ＜1)高温超导体。该材料是结构简单的含单层CuO2平面的p－型高温超导体，并且其顶角氧部分占据，然后对高压合成的该高温超导体进行热处理，热处理温度为50℃－500℃，热处理时间为0.5－30h。通过顶角氧有序化，使高压合成的Sr2CuO3+δ的Tc从30－75K提高到低温热处理后的90－100K。将这种方法运用到其它体系，可以作为研制更高Tc超导材料的新途径。

Description

一种提高顶角氧掺杂高温超导转变温度的方法
技术领域
本发明涉及一种Sr2CuO3+δ高温超导体的热处理方法。具体来说，涉及一种利用顶角氧有序化，即掺杂子有序化，对高温合成的Sr2CuO3+δ高温超导晶体进行后续热处理，以提高其高温超导转变温度Tc的方法。
背景技术
从晶格结构上来说，高温超导体由CuO2平面导电层和电荷库层两部分构成。通过异价金属阳离子替代或改变氧含量，电荷库层向CuO2平面提供电荷载流子(空穴或电子)，产生超导电性。掺杂载流子浓度、单胞中CuO2平面的层数是调控超导转变温度Tc的可行参数。例如，对每一体系铜氧化物来说，当每个Cu位置上最佳掺杂浓度的变化范围是0.15～0.2时，Tc达到最大；单胞中CuO2平面数n＝3时，Tc最高。提高超导转变温度Tc是高温超导体研究的重要问题之一。调节电荷库层的氧含量是高温超导体最基本的化学掺杂机制之一。例如通过氧的调节，YBCO能从90K的超导态变成非超导态；在这种情况下，氧掺杂和它的有序化是发生在次紧邻电荷库层，而最近邻电荷库层的顶角氧都是计量不变的，并且次紧邻电荷库层的有序或无序对CuO2平面电子态的影响最小。另一方面，在CuO5金字塔或CuO6八面体顶角位置的氧原子(即顶角氧)形成最紧邻电荷库层。由于他们与CuO2平面有直接的化学键合，根据电子交换相互作用，最近邻电荷库层的有序或无序可能对CuO2平面有直接的影响。但是绝大多数高温超导体的顶角位置都是完全占据的，并且顶角氧含量是不可调的。寻找一种顶角氧部分占据的化合物，实现顶角氧含量的调控，对理解顶角氧掺杂对Tc和电子结构的影响有着重要的物理意义。在高温高压下合成的Sr2CuO3+δ超导体，结晶为K2NiF4结构，它的顶角氧部分被占据并且扮演着掺杂子的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用电荷库有序化，即顶角氧有序化，对高压合成的Sr2CuO3+δ超导体进行后续的低温热处理，以提高其超导转变温度Tc的方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明的一种提高顶角氧掺杂高温超导转变温度的方法，包括以下步骤：在N2气氛下将高压法制备的Sr2CuO3+δ超导样品进行热处理，其中0＜δ＜1，热处理的温度范围是50-500℃，优选150-350℃热处理时间为1h-20h。
上述提高顶角氧掺杂高温超导转变温度的方法中，所述高压法制备Sr2CuO3+δ高温超导样品步骤包括：
1)在常压下制备Sr2CuO3前驱体样品。
2)将前驱体Sr2CuO3、SrO2和CuO按(1-x)∶2x∶x的摩尔比，其中0＜x＜1，在惰性气体，例如氩气中称量、混合、并研磨，然后压片，用金箔或铂箔包裹，并封装在NaCl内，并将压好的样品放入置于高压组装件装置内的石墨炉中，进行高压合成，得到Sr2CuO3+δ高温超导体晶体，其中高压合成的压力为3-8GPa，温度为800-1200℃，保温时间20分钟以上。
其中，步骤1)中常压下制备Sr2CuO3前驱体样品包括以下具体步骤：
采用常压下固相反应方法，将99.9％或以上纯度的SrCO3和CuO粉末以2∶1的摩尔比混合、研磨，在950-1000℃的条件下烧结，保温24小时或者重复该烧结三次，得到单相的Sr2CuO3化合物。
其中，步骤2)高压下合成Sr2CuO3+δ高温超导体的具体步骤包括：
将前驱体Sr2CuO3、SrO2和CuO按(1-x)∶2x∶x的摩尔比，其中0＜x＜1，在充有惰性气体、例如氩气的手套箱中称量、混合、均匀研磨，然后压成直径5mm的小圆片，用金箔包裹，并封装在Ф8×15mm的NaCl圆柱内，将压好的样品放入置于高压组装件内的石墨炉中，进行高压合成，样品合成在六面顶大压机上进行，先在室温下缓慢升压至4-7GPa，再启动加热程序加热至900-1200℃，在此高温高压(6GPa，1000-1200℃)条件下保温20-120分钟，淬火至室温，然后卸压(1GPa＝1万大气压)。
其中，在高压实验前，首先进行温度和压力的标定，并用控制加热功率的方法控制加热温度。
本发明采用前驱体方法、后经高温高压合成法来制备单相的顶角氧部分占据的Sr2CuO3+δ(0＜δ＜1)超导体，然后进行低温后处理。我们发现电荷库的有序化使超导转变温度Tc显著提高，从高压制备的Tc＝75K到低温热处理后的95K。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述：
图1是本发明的高压制备Sr2CuO3+δ样品和在300℃条件下热处理后的Sr2CuO3+δ样品的XRD图谱。热处理前后样品的基本晶体结构保持不变。
图2是本发明的Sr2CuO3+δ样品的热重测量(TGA)图。在300℃以下样品的重量没有变化发生，说明超导转变温度Tc的提高与顶角氧的有序化有关。
图3是本发明的高压制备Sr2CuO3+δ样品和在不同温度下热处理后的Sr2CuO3+δ样品的磁化率随温度的变化关系。在退火温度为250℃时，顶角氧有序化使超导转变温度Tc提高到95K。
具体实施方式
实施例1：
Sr2CuO3前驱体的制备：
采用常压下固相反应方法，将99.9％纯度的SrCO3和CuO粉末以2∶1的摩尔比混合、研磨，在950-1000℃的条件下烧结，保温24小时或者重复该烧结三次，就可得到单相的Sr2CuO3化合物。
高压合成Sr2CuO3+δ超导体
利用SrO2作氧源，通过控制氧含量，高温高压制备Sr2CuO3+δ样品。将前驱体Sr2CuO3、SrO2和CuO按(1-x)∶2x∶x的摩尔比(x＝0.1)在充有氩气的手套箱中称量、混合、均匀研磨。然后压成直径5mm的小圆片，用金箔包裹，并封装在Ф8×15mm的NaCl圆柱内。将压好的样品放入石墨炉，装入高压组装件装置内进行高压合成。样品合成在六面顶大压机上进行，高压实验前首先进行温度和压力的标定，用控制加热功率的方法控制加热温度。先在室温下缓慢升压至6GPa，再启动加热程序加热至1100℃，在高温高压条件下保温30分钟，淬火至室温，然后卸压。(1GPa＝1万大气压)
高压合成的Sr2CuO3+δ超导体进行低温热处理
在管式炉中，在惰性气体气氛下(如N2)将高压合成的Sr2CuO3+δ超导样品在150℃下进行热处理，热处理时间为12h。
实施例2：
Sr2CuO3前驱体的制备和高压合成Sr2CuO3+δ超导体的步骤同实施例1；只是除了x＝0.3，压力为7GPa，温度为900℃。
高压合成的Sr2CuO3+δ超导体进行低温热处理
在管式炉中，在惰性气体气氛下(如Ar气)将高压合成的Sr2CuO3+δ超导样品在250℃下进行热处理，热处理时间为10h。
实施例3：
Sr2CuO3前驱体的制备和高压合成Sr2CuO3+δ超导体的步骤同实施例1；只是除了x＝0.7，压力为5GPa，温度为1000℃。
高压合成的Sr2CuO3+δ超导体进行低温热处理
在管式炉中，在惰性气体气氛下(如N2)将高压合成的Sr2CuO3+δ超导样品在300℃下进行热处理，热处理时间为8h。
实施例4：
Sr2CuO3前驱体的制备和高压合成Sr2CuO3+δ超导体的步骤同实施例1；只是除了x＝0.9。
高压合成的Sr2CuO3+δ超导体进行低温热处理
在管式炉中，在惰性气体气氛下(如Ar气)将高压合成的Sr2CuO3+δ超导样品在350℃下进行热处理，热处理时间为5h。
实施例5
Sr2CuO3+δ超导体也可以采用其它高温高压法(见参考文献Z.Hiroi，M.Takano，M.Azuma，Y.Takeda，Nature 364，315(1993))进行制备；
然后采用如实施例1-4表述的低温热处理，也能达到相同的技术效果。
分别对高压下合成的样品和300℃下进行热处理后的样品进行X射线衍射测量，结果示于图1中，结果表明低温热处理后并没有改变样品的基本晶体结构；分别对它们进行了热重测试，结果示于图2中，结果表明在300℃以下样品的重量没有变化发生，说明超导转变温度Tc的提高与顶角氧的有序化有关。分别对未进行热处理以及不同热处理温度下，例如150℃、250℃和350℃下的磁化率随温度的变化关系进行测量，结果表明在退火温度为250℃时，顶角氧有序化使超导转变温度Tc提高到95K。
值得注意的是，上文结合实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，但是本领域的技术人员容易想到，在本发明技术方案基础上，可以对本发明的技术方案进行各种变化和修改，但都不脱离本发明所要求保护的权利要求书概括的范围。

Claims (10)

1.一种提高顶角氧掺杂高温超导转变温度的方法，包括以下步骤：在惰性气体气氛下将高压法制备的Sr2CuO3+δ超导样品进行热处理，其中0＜δ＜1，该热处理的温度范围是50-500℃，热处理时间为0.5h-30h。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理温度为100-400℃；所述热处理时间为1h-20h。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气或氮气。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述高压法制备Sr2CuO3+δ高温超导样品步骤包括：
1)在常压下制备Sr2CuO3前驱体样品。
2)将前驱体Sr2CuO3、SrO2和CuO按(1-x)∶2x∶x的摩尔比，其中0＜x＜1，在惰性气体中称量、混合、并研磨，然后压片，用金箔或铂箔包裹，并封装在NaCl内，并将压好的样品放入置于高压组装件内的石墨炉中，进行高压合成，得到Sr2CuO3+δ高温超导体晶体，其中高压合成的压力为3-8GPa，温度为800-1200℃，保温时间20分钟以上。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1)中常压下制备Sr2CuO3前驱体样品包括以下具体步骤：
采用常压下固相反应方法，将99.9％或以上纯度的SrCO3和CuO粉末以2∶1的摩尔比混合、研磨，在900-1100℃的条件下烧结，保温24小时或者重复该烧结三次，得到单相的Sr2CuO3化合物。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2)高压下合成Sr2CuO3+δ高温超导体的具体步骤包括：
将前驱体Sr2CuO3、SrO2和CuO按所述摩尔比在充有惰性气体的手套箱中称量、混合、均匀研磨，然后压成直径5mm的小圆片，用金箔包裹，并封装在Ф8×15mm的NaCl圆柱内，将压好的样品放入置于高压组装件内的石墨炉中，进行高压合成，样品合成在六面顶大压机上进行，先在室温下缓慢升压至4-7GPa，再启动加热程序加热至900-1200℃，在此高温高压条件下保温10-120分钟，淬火至室温，然后卸压。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在高压实验前，首先进行温度和压力的标定，并用控制加热功率的方法控制加热温度。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述惰性气体为氩气。
9.如权利要求1-8任一项所述的方法制备的Sr2CuO3+δ高温超导体，其中0＜δ＜1，其特征在于，所述高温超导体的超导转变温度为30-100K。
10.如权利要求9所述的高温超导体，其特征在于，所述超导转变温度为90-100K。
CN200810057513A 2008-02-02 2008-02-02 一种提高顶角氧掺杂高温超导转变温度的方法 Expired - Fee Related CN100575309C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200810057513A CN100575309C (zh) 2008-02-02 2008-02-02 一种提高顶角氧掺杂高温超导转变温度的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200810057513A CN100575309C (zh) 2008-02-02 2008-02-02 一种提高顶角氧掺杂高温超导转变温度的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101229980A true CN101229980A (zh) 2008-07-30
CN100575309C CN100575309C (zh) 2009-12-30

Family

ID=39896855

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200810057513A Expired - Fee Related CN100575309C (zh) 2008-02-02 2008-02-02 一种提高顶角氧掺杂高温超导转变温度的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100575309C (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103361728A (zh) * 2012-03-26 2013-10-23 中国科学院物理研究所 Sr2CuO3+δ高温超导体单晶体及制备方法
CN103433045A (zh) * 2013-09-05 2013-12-11 桂林理工大学 可见光响应的光催化剂Sr2CuO3及其制备方法
CN108447613A (zh) * 2018-02-02 2018-08-24 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种调控超导转变温度的方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5202306A (en) * 1991-09-18 1993-04-13 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fracture toughness for copper oxide superconductors
CN1036361C (zh) * 1993-10-20 1997-11-05 中国科学院物理研究所 掺锶的汞钡(钙)铜氧化物高温超导体及其制备方法
JP2007073447A (ja) * 2005-09-08 2007-03-22 Hamamatsu Univ School Of Medicine （Ｐｂ，Ｂ）系銅酸化物高温超伝導体及びその作製方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103361728A (zh) * 2012-03-26 2013-10-23 中国科学院物理研究所 Sr2CuO3+δ高温超导体单晶体及制备方法
CN103433045A (zh) * 2013-09-05 2013-12-11 桂林理工大学 可见光响应的光催化剂Sr2CuO3及其制备方法
CN108447613A (zh) * 2018-02-02 2018-08-24 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种调控超导转变温度的方法
CN108447613B (zh) * 2018-02-02 2020-05-08 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种调控超导转变温度的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN100575309C (zh) 2009-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102082010B (zh) 一种铁基超导体的制备方法
Isawa et al. Encapsulation method for the synthesis of nearly single-phase superconducting HgBa2Ca2Cu3O8+ δ with Tc⩾ 135 K
Gao et al. Out-of-plane effect on the superconductivity of Sr 2− x Ba x CuO 3+ δ with T c up to 98 K
Paranthaman et al. Synthesis and magnetic characterization of the high-Tc superconducting compound HgBa2CuO4+ δ
CN100575309C (zh) 一种提高顶角氧掺杂高温超导转变温度的方法
CN102255041B (zh) 一种ybco超导薄膜的制备方法
TW200834609A (en) Production method of Bi-2223-based superconducting wire
Knı́žek et al. Synthesis of HgBa2CuO4+ δ by sol–gel method under controlled oxygen pressure; electron and thermal transport properties
CN101401171A (zh) 氧化物超导材料，其制造方法，以及均使用该超导材料的超导线和超导装置
CN102000815B (zh) 一种FeAs粉体的负压固相反应制备方法
CN102615280A (zh) 一种sps技术制备铁基超导体的方法
Mimouni et al. Structural and Magneto-Electrical Properties of Bi 2-x Sm x Sr 2 CaCu 2 O 8+ δ High T c Superconductor Prepared by Pechini Method
CN101880165B (zh) 一种短时间固相烧结技术制备铁基超导体的方法
Grassi et al. Synthesis and Characterization of High Temperature Properties of YBa2Cu3O6+ δ Superconductor as Potential Cathode for Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells
Tamura et al. Pb-1223 cuprate superconductor with Tc above 120 K synthesized under high pressure
CN101307489A (zh) 一种含卤素的高温超导体晶体及其制备方法
CN102173777B (zh) 一种硝酸盐制备ybco超导薄膜的方法
Fujinami et al. Investigation of different hole-doping routes in Cu (Ba, Sr) 2 (Yb1− xCax) Cu2O6+ z
CN101540220A (zh) 一种铁基空穴型超导材料及其制备方法
Aksan et al. Structural characterization and transport properties of the HTc Bi2Sr2 (Ca, Cd) Cu2O8+ δ glass-ceramic rods
CN103274682B (zh) 一种高温超导薄膜的制备方法
JP2603688B2 (ja) 超電導材料の改質方法
Mimouni et al. Structural and Magneto-Electrical Properties of Bi2-x Smx Sr2 CaCu2 O8 High Tc Superconductor Prepared by Pechini Method
Karpov et al. Plasma-Chemical Synthesis of YBa2Cu3O7–y/CuO Granular Composites
CN113480305B (zh) 一种基于溶胶-凝胶法制备高温超导薄膜及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20091230

Termination date: 20120202