CN102568694A - 高温超导体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温超导体，所述高温超导体是一金属间化合物，所述金属间化合物的通式为R_1-x′E_(1-x″)x′A_x″x′[(D_m(1-x′″)G_mx′″)_1-yM_y]_1+z，其中，m＝2或5，0≤x′≤1，0.01≤x″≤0.9，0≤x′″≤1，0≤y≤0.02，0≤z≤0.01；组成物D或组成物G的3d层电子、3s层电子、3p层电子、4s层电子或4p层电子的通道为开通状态。通过所述金属间化合物的三层六边形晶体结构和组成物D、G的电子的通道开通状态，所述金属间化合物为具有临界温度Tc＞300K和有较高的临界电流密度的高温超导体。通过使用金属物质合成所述高温超导体，所述高温超导体具有一定的柔韧性和延展性，便于生产加工成各种形状和结构的产品，大大增加了所述高温超导体的工业应用性能。

Description

高温超导体及其制备方法

技术领域

本发明涉及超导体，更具体地说，涉及一种高温超导体及其制备方法。

背景技术

有一类超导体，称为高温超导体，在贝德诺兹(Bednorz)和穆勒(Muller)的文章：“Possible High-Tc Superconductivity in the BaLaCuO System，Zeitschrifi frPhsik，B64，189(1986)”中首次被披露。从那时起有多种此类铜氧化物(cuprates)超导体被发现。例如，临界温度Tc≈105K以铋为基的铜氧化物在文章“H.Maeda，et al.，J. App.Phys.27，L209(1988)”和美国专利“US Patent 7132288，Maeda etal.1/1989”中被公开。例如，临界温度Tc≈125K以铊为基的铜氧化物在文章“Z.Z.Sheng andA.M.Hermann，Nature，332，55(1988)”和美国专利“US Patent5082825Hermann 8/1988”中被公开。例如，临界温度Tc≈135K以汞为基的铜氧化物在文章“A.Schilling，et al.，Nature，363，56(1993)”和文章“L.Gao，etal.，Phys.Rev.B，50，4260(1994)”和美国专利“US Patent 5578551Chu et al.11/1996”中被公开。

到现在为止，高温超导体的最高临界温度Tc约为164K。这是以汞为基的铜氧化物在高压下达到的临界温度。现在，急需开发出一个临界温度Tc＞300K的高温超导体。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的高温超导体的临界温度不能达到大于300K以上及易碎、高毒性、高挥发性，不便于工业加工等缺陷，提供一种高温超导体及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种高温超导体，所述高温超导体是一金属间化合物，所述金属间化合物的通式为

R_1-x′E_(1-x″)x′A_x″x′[(D_m(1-x′″)G_mx′″)_1-yM_y]_1+z，

其中，组成物R是Y、稀土元素或稀土元素的混合物，组成物E和组成物A是碱土元素或碱土元素的混合物；组成物D是Ga、Al、Si、Ge、Cu、Ni、Co或Zn；组成物G是Ga、Si、Ge、Cu、Ni、Co或Zn；组成物M是Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Al、Ga、In、Si、Ge和Sn中的其中一种元素或一种以上的元素的混合物；m＝2或5，0≤x′≤1，0.01≤x″≤0.9，0≤x′″≤1，0≤y≤0.02，0≤z≤0.01；当x′＝1时，组成物E≠组成物A；组成物D或组成物G的3d层电子、3s层电子、3p层电子、4s层电子或4p层电子的通道为开通状态。

在本发明所述的高温超导体中，所述金属间化合物是具有三层六边形晶体结构的AlB₂-型晶体或CaCu₅-型晶体。

在本发明所述的高温超导体中，所述金属间化合物是具有三层六边形晶体结构的AlB₂-型晶体，其中，m＝2，x′＝1，E≠A；y＝0，z＝0，所述金属间化合物的通式为E_1-x″A_x″D_2(1-x′″)G_2x′″，组成物E是Sr或Ba，组成物A是Ca或Sr，组成物D是Ga、Al、Si或Ge；组成物G是Ga、Si或Ge。

在本发明所述的高温超导体中，所述金属间化合物是具有三层六边形晶体结构的AlB₂-型晶体，其中，m＝2，y＝0，z＝0，所述金属间化合物的通式为R_1-x′E_(1-x″)x′A_x″x′D_2(1-x′″)G_2x′″，组成物A是Ca、Sr或Ba；组成物D是Cu，组成物G是Si或Ge。

在本发明所述的高温超导体中，所述金属间化合物是具有三层六边形晶体结构的CaCu₅-型晶体，其中，m＝5，y＝0，z＝0，所述金属间化合物的通式为R_1-x′E_(1-x″)x′A_x″x′D_5(1-x′″)G_5x′″，组成物E是Ca、Sr或Ba；组成物A是Ca、Ba或Sr；组成物D是Cu、Ni、Co或Zn；组成物G是Cu、Ni、Co或Zn。

根据本发明的另一个方面提供一种高温超导体的制备方法，其包括以下步骤：

A1：根据所述金属间化合物的通式：

R_1-x′E_(1-x″)x′A_x″x′[(D_m(1-x′″)G_mx′″)_1-yM_y]_1+z，按照各个组成物的配比，混合组成物R、组成物E、组成物A、组成物D、组成物G、组成物M的粉末；

A2：在温度为300℃～1600℃之间的氩气感应炉中，溶化混合后的粉末；

A3：在常压与16GPa之间的压力下，冷却经溶化混合后的粉末，以得到凝固的晶体锭；

A4：在常压与16GPa之间的压力下，且在温度为300℃～1200℃之间的氩气中，将所述晶体锭退火0.5小时～24小时，以使得所述晶体锭中的组成物D或组成物G的3d层电子、3s层电子、3p层电子、4s层电子或4p层电子的通道为开通状态；

A5：将所述晶体锭冷却至室温，以得到所述高温超导体。

在本发明所述的制备方法中，所述步骤A3还包括：通过热滚扎或热拉长所述晶体锭，以获得线状晶体锭或带状晶体锭；其中，所述带状晶体锭的超导层与带面平行。

在本发明所述的制备方法中，所述步骤A2还包括：在温度为300℃～1600℃之间，将溶化混合后的粉末维持20分钟至一个小时，以均匀混合各组成物。

根据本发明的再一个方面提供一种高温超导体的制备方法，其包括以下步骤：

B1：根据所述金属间化合物的通式：

R_1-x′E_(1-x″)x′A_x″x′[(D_m(1-x′″)G_mx′″)_1-yM_y]_1+z，按照各个组成物的配比，混合组成物R、组成物E、组成物A、组成物D、组成物G、组成物M的粉末和烧结混合的粉末成块状；

B2：通过溅射或激光烧蚀，将混合的粉末淀积在一衬底基片上，以形成一薄膜；

B3：在常压与16GPa的压力之间，冷却所述薄膜，以获得一薄膜晶体；

B4：在常压与16GPa之间的压力下，且在温度为300℃～1200℃之间的氩气中，将所述薄膜晶体退火0.5小时～24小时，以使得所述薄膜晶体中的组成物D或组成物G的3d层电子、3s层电子、3p层电子、4s层电子或4p层电子的通道为开通状态；

B5：将所述薄膜晶体冷却至室温，以得到薄膜状的所述高温超导体。

10、根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述衬底基片是由硅、石英水晶、不锈钢、SrTiO₃、ZrO₂、YSZ、Al₂O₃或MgO制成。

实施本发明的高温超导体及其制备方法，具有以下有益效果：通过使用金属物质合成具有高温超导性能的金属间化合物，从而获得具有较高的临界电流密度的高温超导体，使得该高温超导体的临界温度Tc＞300K，同时还使得该高温超导体具有一定的柔韧性和延展性，便于生产加工成各种形状和结构的产品，大大增加了该高温超导体的工业应用性能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是一般物质的(T，x)-相图；

图2是本发明具有三层六边形晶体结构的AlB₂-型的金属间化合物的晶体单位细胞的结构示意图；

图3a是本发明具有三层六边形晶体结构的CaCu₅-型的金属间化合物的晶体单位细胞的中间层的结构示意图；

图3b是本发明具有三层六边形晶体结构的CaCu₅-型的金属间化合物的晶体单位细胞的外层的结构示意图。

具体实施方式

在文章“New Approach to Quantum Electrodynamics，Progress in Physics，2，15-49(2008)”公开量子电动力学(QED)的一个新理论。在该新的量子电动力学理论的基础上，通过引入一个参数ih+κ和引入一个变换

其中，s是相对论的真时(proper time)，参数h是普朗克常数，参数κ≥0和κ＝k_BT，其中T是绝对温度，k_B是玻尔兹曼常数；统计物理和量子物理便可以统一起来。

通过这个新的量子电动力学理论的海鸥顶点项(seagull vertex term)，磁性和超导电性便可以统一起来。这个海鸥顶点项是一种新的量子电动力学效应。这新的量子电动力学效应给出了形成库柏电子对(Cooper pair)的吸引力效果。这新的量子电动力学效应给出了铁磁性、反铁磁性、顺磁性和抗磁性的磁性统一理论，它也给出了包括玻色-爱因斯坦凝聚，I型和II型常规超导电性和高温超导电性的超导统一理论。

在这个高温超导理论里，高温超导相(和II型常规超导相)在相线h²＝3κ²出现。由此，对于一个固定的κ，一般化合物(例如铜氧化物和金属间化合物)的掺杂参数x的增加给出了h的增加。然后，h的增加给出了超导电性的掺杂机制。

在这个高温超导理论里，有以下的重整化群方程的非平凡的不动点：

$r^{*}=B^{-\frac{2}{3}}\frac{{\left({1-b}^{\mathrm{\ϵ}}\right)}^{\frac{2}{3}}[b^2-1+\frac{{\mathrm{CB}}^2{b}^{2+2\mathrm{\ϵ}}}{{\left({1-b}^{\mathrm{\ϵ}}\right)}^2}]}{{\mathrm{Ab}}^{4+\frac{2}{3}\mathrm{\ϵ}}}$

$u^{*}=B^{-2}\frac{{\left({1-b}^{\mathrm{\ϵ}}\right)}^2{[b^2-1+\frac{{\mathrm{CB}}^2{b}^{2+2\mathrm{\ϵ}}}{{(1-b^{\mathrm{\ϵ}})}^2}]}^{\frac{3}{2}}}{A^{\frac{3}{2}}{b}^{3+3\mathrm{\ϵ}}}---\left(2\right)$

其中A，B，C是含有因子(ih+κ)^-1的系数，ε＞0是一类似于金兹堡-朗道-威尔逊(Ginzburg-Landau-Wilson，GLW)统计物理模型里的ε-展开的参数ε。类似于GLW模型，参数ε是使得d＝3-ε是空间(分数)维的有关紫外极限的小量参数，而另一参数b是有关红外极限的参数。

从(2)式的不动点分析，有以下两种情况：

情况1)：0＜ε＜＜1

这种情况给出了三维(3D)的I型和II型常规超导电性。

情况2)：ε＝1

这种情况给出了准二维(quasi-2D)高温超导电性。

从(2)式的因子2⁶CB²＝(ih+κ)^-12的展开，我们推导出上述的磁性和超导电性的统一理论和高温超导理论。

根据上述的高温超导理论，并参考了在文章“R.J.Cava，et al.，Phys.Rev.Lett.，58，408(1987)”和文章“W.Y.Liang，etal.，J. Phys.：Condens.Matter，10，11365(1998)”中关于铜氧化物La_2-xSr_xCuO₄的超导实验的(T，x)-相图。如图1示出了一般物质的(T，x)-相图。由公式κ＝k_BT，在这个相图中的参数κ对应于绝对温度T。在这个相图中，曲线a代表了在(T，x)超导相平面(或在(κ，h)相平面)中的相线κ²＝3h²。曲线b代表了在(T，x)超导相平面(或在(κ，h)相平面)中的相线κ²＝h²。曲线c代表了在(T，x)超导相平面(或在(κ，h)相平面)中的相线h²＝3κ²。曲线d代表了在(T，x)超导相平面(或在(κ，h)相平面)中的相线

再者，在这个相图中，曲线c代表了在(T，x)超导相平面(或在(κ，h)相平面)中的原相线h²＝3κ²与虚线部分给出的分岔相线h²＝3κ²。

相线a和c是两条基本相线代表了反铁磁相(antiferromagnetism)和超导相(superconductivity)。

在图1中，在相线a和b之间的区域是自旋密度波区域和绝缘体区域。

在b和c之间的区域是电荷密度波区域和半导体区域。在a和c之间的区域通常称为伪能隙(pseudogap)区域。

在c和d之间的区域是顺磁性迈斯纳(Messiner)效应区域，通常称为非费米液体区域(我们也称这个区域为伪能隙区域的延伸区域)。

在d的右侧是正常金属态区域。然后相线c的分岔给出了高温超导电性区域。在a的左侧就是反铁磁性区域(即反铁磁性区域也由相线a的分岔而获得。这反铁磁性区域的一部分是在这个相图的外面)。

然后考虑相线e，这是一条特殊的相线。这条相线e是从准二维现象的相(即情况2)与ε＝1)横过到三维现象的相(即情况1)与0＜ε＜＜1)的相线。这条相线以上是准二维现象(包括高温超导相)。低于此相线是三维现象(包括传统的II型超导电性)

因此，图1是一个完整的统一了磁性和超导电性的相图。它包括了I型超导电性，常规的II型超导电性和高温超导电性。应当注意的是，这一相图的三维相的存在是重要的，因为它使高温超导电性的区域稳定地存在。

由此，通过使用金属物质和超导物质合成一种高温超导体，该高温超导体是一金属间化合物，其通式为：

R_1-x′E_(1-x″)x′A_x″x′[(D_m(1-x′″)G_mx′″)_1-yM_y]_1+z，其中，组成物R是Y、稀土元素或稀土元素的混合物，组成物E和组成物A是碱土元素或碱土元素的混合物；组成物D是Ga、Al、Si、Ge、Cu、Ni、Co或Zn；组成物G是Ga、Si、Ge、Cu、Ni、Co或Zn；组成物M是Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Al、Ga、In、Si、Ge和Sn中的其中一种元素或一种以上的元素的混合物；m＝2或5，0≤x′≤1，0.01≤x″≤0.9，0≤x′″≤1，0≤y≤0.02，0≤z≤0.01；当x′＝1时，组成物E≠组成物A；组成物D或组成物G的3d层电子、3s层电子、3p层电子、4s层电子或4p层电子的通道为开通状态。

优选的，该金属间化合物是具有三层六边形晶体结构的AlB₂-型晶体或CaCu₅-型晶体。如图2和图3所示具有三层六边形晶体结构的AlB₂-型和CaCu₅-型金属间化合物的晶体单位细胞的结构示意图。在图2和图3中，中间层为内层，顶层和底层为外层，其中，内层由超导元素和金属元素构成，外层由金属元素构成。

当m＝2，x′＝1，E≠A；y＝0，z＝0时，该金属间化合物是具有三层六边形晶体结构的AlB₂-型金属间化合物，其通式为E_1-x″A_x″D_m(1-x′″)G_mx′″，组成物E是Sr或Ba，组成物A是Ca或Sr，组成物D是Ga、Al、Si或Ge；组成物G是Ga、Si或Ge。

在第一实施例中，当m＝2，x′＝1，E≠A；y＝0，z＝0时，组成物E是Sr，组成物A是Ca，组成物D和G均是Ga，从而该金属间化合物为Sr_1-x″Ca_x″Ga₂。

参考文章“L.H.Bennett and R.E.Watson，in Theory of Alloy PhaseFormation，ed.L.H.Bennett，p.425(The Metallurgical Society AIME 1980)”可知，CaGa₂和SrGa₂可以形成AlB₂-型单位细胞的晶体结构。因此，金属间化合物Sr_1-x″Ca_x″Ga₂也可以形成AlB₂-型单位细胞的晶体结构。其晶胞如图2所显示，其中白球代表元素Sr或Ca和黑球代表元素Ga。

为得到超导的掺杂机制，参考下面的函数：

f(x)＝6491x+5500(1-x)               (3)

其中6491kJ/mol和5500kJ/mol大约地是Ca和Sr的第四电离能。

由此，x的增加给出了h的增加。从这函数我们建立以下的关系：对某些x″(0.01≤x″≤0.9)，使得

f(x″)＝6491x″+5500(1-x″)＝6200        (4)

其中6200kJ/mol大约是Ga的第四电离能。一个主要点是6200接近6491。

当这种关系成立(或大约地成立)时，连接Ca和Ga的第四电离能状态的通道可以开通。这个通道的开通给出一个与Ga-平面正交的电流的自由度。从这个电流的自由度，Ca和Ga的3s，3p-层电子可以形成库珀对(Cooper pair)。

因此，这个通道的开通给出常规超导的三维区域(这个常规超导的三维区域类似于MgB₂的π-带)。而这个常规超导的三维区域给出在Ga-平面的非常规高温超导的准二维分岔区域的稳定存在(这个非常规高温超导的准二维分岔区域类似于MgB₂的σ-带)。

应当注意到，x″≈0.706。由此，对一定的x₁使得0.01≤x″＜x₁≤0.9，x″≤x≤x₁，Sr_1-xCa_xGa₂进入高温超导的范围。

当(4)成立时，连接Ca和Ga的第四电离能状态的通道开通，Ga-平面的3s，3p-层电子和Ca的3s，3p-层电子在第四电离能的基本状态，而其它状态则通过这两个状态来达到。进一步，Ga-平面的3s，3p-层电子和Ca的3s，3p-层电子统一成这样的状态序列：Ga-平面的3s，3p-层电子占据较高能量的状态，而Ca的3s，3p-层电子占据较低能量的状态。

因此，Ga-平面的3s，3p-层电子可达到Ga的第五电离能状态，这是Ga-平面的3s，3p-层电子准二维高温超导可达到的状态，而Ca的3s，3p-层电子占据较低能量的Ca的第四电离能状态。

然后，当关系式(4)成立时，连接Ca和Ga的第四电离能状态的通道开通，Ga和Ca的s，p-价电子也可以形成库珀对。这些价电子是在第一电离能基础状态，也可以达到价电子的第二和第三电离能状态。

因此，Ga的3s，3p-层电子的能量参数|h_Ga5|的最大值与Ga的第五电离能成正比；Ca的3s，3p-层电子的能量参数|h_Ca4|的最大值与Ca的第四电离能成正比；Ga和Ca的s-价电子的能量参数|h_Ga|和|h_Ca|与Ga和Ca的第一电离能成正比(当Ga和Ca的s-价电子是在第一电离能基础状态)；

由此得到Sr_1-xCa_xGa₂的Tc的公式：

$k_B{T}_c=\mathrm{\κ}=\frac{1}{\sqrt{3}}\mathrm{\ΔCaSrGa}---\left(5\right)$

其中ΔCaSrGa＝h＝24|h_Ga5|+4|h_Ca4|+6|h_Ga|+|h_Ca|是Sr_1-xCa_xGa₂的超导能隙；其中的系数4，6，24＝4×6，(其中8来自Ga或Ca的8个3s，3p-层电子)，和6来自Ga的六边形晶体结构的6个Ga原子(为了简单起见，省略了Sr的s，p电子的效应)；|h_Ga|≈ξ578.8kJ/mol，|h_Ga5|≈ξ8700kJ/mol，|h_Ca|≈ξ587.8kJ/mol和|h_Ca4|≈ξ6491kJ/mol；其中ξ＝2.83133971×10^-5是比例常数，和8700kJ/mol大约是Ga的第五电离能，和578.8kJ/mol，587.8kJ/mol大约分别是Ga和Ca的第一电离能。

然后根据(5)式可以计算出Sr_1-xCa_xGa₂的临界温度Tc：

Tc≈463.9K(Sr_1-xCa_xGa₂的Tc计算值)            (6)

可以使用其它碱土元素，如Ba(第五电离能≈6000kJ/mol)来代替碱土元素Sr(BaGa₂也可以形成AlB₂-型相)。最高临界温度也可以达到Tc≈463.9K。

同理，也可以用Ba(第五电离能≈6000kJ/mol)来代替碱土元素Ca(第四电离能≈6491kJ/mol))以形成Sr_1-xBa_xGa₂(Sr的第五电离能≈6910kJ/mol)。最高临界温度也可以达到Tc≈463.9K。

与第一实施例密切相关的超导体中，有金属间化合物Mg_1-xBe_xB₂，(0≤x≤0.1，包括了MgB₂)。由该金属间化合物可得到与第一实施例密切相关的实验数据。该金属间化合物形成AlB₂-型相。其超导原理与第一实施例相同，其中Mg，Be，B分别对应Sr，Ca，Ga，并分别同属元素周期表的一组。对于该金属间化合物，与第一实施例同一原理，有如下关系式

f(x)＝899.5x+737.7(1-x)                                (3*)

f(x″)＝899.5x″+737.7(1-x″)＝800.6        (4*)

其中737.7kJ/mol，899.5kJ/mol，800.5kJ/mol，分别是Mg，Be，B的第一电离能。与第一实施例同一原理，当(4*)成立(或大约地成立)，连接B和Mg的第一电离能状态的电子通道可以开通。因为737.7接近800.6，我们有x″≈0。因此，MgB₂接近成为一超导体。与第一实施例同一原理，有MgB₂的超导能隙公式：

ΔMgB₂＝h＝6|h_B1|+6|h_B2|+|h_Mg|；

其中的系数6来自MgB₂的六边形晶胞的6个B原子；|h_B1|≈ξ800.5kJ/mol，|h_Mg|≈ξ737.7kJ/mol，|h_B2|≈ξ2427.1kJ/mol；2427.1kJ/mol是B的第二电离能。如同第一实施例，第二电离能状态是B-平面的B的1s-层电子由第一电离能状态可达到的高温超导的状态。然后，由(5)，其中的ΔCaSrGa由ΔMgB₂替代，由此MgB₂和Mg_1-xBe_xB₂的Tc计算值≈39.3K。这Tc计算值符合MgB₂和Mg_1-xBe_xB₂的Tc实验值≈39.14K。

在第二实施例中，当m＝2，x′＝1，E≠A；y＝0，z＝0时，组成物E是Sr，组成物A是Ca，组成物D是Al，组成物G是Si，从而该金属间化合物为Sr_1-x″Ca_x″AlSi。

参考文章“M.Imai，et al.，Phys.Rev.Lett.，87，077003(2001)”，可知在大气层压力下金属间化合物CaAlSi和SrAlSi可以形成AlB₂-型相。因此，Sr_1-x″Ca_x″对应Al，AlSi对应B₂，Sr_1-x″Ca_x″AlSi可以形成AlB₂-型相。其晶胞可如图2所显示，其中，白球代表元素Sr或Ca，黑球代表元素Si或Al，其中每个AlSi-平面由包括三个Al原子和三个Si原子的六边形的晶体结构所组成。

在此，主要考虑AlSi-平面中的Si-平面，为得到超导的掺杂机制，让我们参考如下函数：

f(x)＝4138(1-x)+4912.4x          (7)

其中4138kJ/mol和4912.4kJ/mole大约地是Sr和Ca的第三电离能。

由此，x的增加给出了h的增加。从这函数我们建立以下的关系：对某些x″(0.01≤x″≤0.9)，使得

f(x″)＝4138(1-x″)+4912.4x″＝4355.5       (8)

其中4355.5kJ/mol大约是Si的第四电离能。

当关系式(8)成立(或大约成立)，连接Sr的第三电离能状态和Si的第四电离能状态的通道可以开通。

这个通道的开通给出一个与Si-平面正交的电流的自由度。从这个电流的自由度，Si和Sr的s，p价电子，Si的2s，2p-层电子，Sr的4s，4p-层电子，可以形成库珀对(Cooper pair)。

因此，这个通道的开通给出常规超导的三维区域(这个常规超导的三维区域类似于MgB₂的π-带)。而这个常规超导的三维区域给出在Si-平面的非常规高温超导的准二维分岔区域的稳定存在(这个非常规高温超导的准二维分岔区域类似于MgB₂的σ-带)。

应当注意到，x″≈0.28。由此，对一定的x₁使得0.01≤x″＜x₁≤0.9，x″≤x≤x₁，Sr_1-xCa_xAlSi进入高温超导的范围。

当关系式(8)成立时，该通道开通，Si-平面的s，p价电子在第四电离能的基本状态，和Sr的4s，4p-层电子在第三电离能的基本状态，而其它状态则通过这两个状态来达到。

进一步，Si-平面的Si的s，p价电子和2s，2p-层电子，和Sr的4s，4p-层电子统一成这样的状态序列：Si-平面的Si的2s，2p-层电子占据较高能量的状态，而Sr的4s，4p-层电子占据较低能量的状态。

因此，Si-平面的Si的s，p价电子可达到Si的第四电离能状态，Si-平面的Si的2s，2p-层电子可达到Si的第五电离能状态，这是Si-平面的2s，2p-层电子准二维高温超导可达到的状态，而Sr的4s，4p-层电子占据较低能量的三维超导的Sr的第三电离能状态。

因此，Si的s，p-层电子的能量参数|h_Si|的最大值与Si的第四电离能成正比；Si的2s，2p-层电子的能量参数|h_Si5|与Si的第五电离能成正比；Sr的2s，2p-层电子的能量参数|h_Sr|与Sr的第三电离能成正比。

由此得到Sr_1-xCa_xAlSi的Tc的公式：

$k_B{T}_c=\mathrm{\κ}=\frac{1}{\sqrt{3}}\mathrm{\ΔSrCaAlSi}---\left(9\right)$

其中ΔSrCaAlSi＝h＝6|h_Si|+12|h_Si5|+4|h_Sr|是Sr_1-xCa_xAlSi的超导能隙；其中的系数

(其中8来自Sr的8个4s，4p-层电子)，12＝4×3，6＝2×3，(其中8来自Si的8个2s，2p-层电子)，

来自Si的3s，3p-层电子，3来自Si和Al组成的六边形晶体结构的3个Si原子(为了简单起见，省略了Al的效应)；|h_Si|≈ξ4355.5kJ/mol，|h_Si5|≈ξ16091kJ/mol和|h_Sr|≈ξ4138kJ/mol；其中16091kJ/mol大约是Si的第五电离能。

然后根据(9)式可以计算出Sr_1-xCa_xAlSi的临界温度Tc：

Tc≈463.59K(Sr_1-xCa_xAlSi的Tc计算值)         (10)

可以使用其它碱土元素，如Mg(第三电离能≈7732kJ/mol)和Ba(第四电离能≈4700kJ/mol)来代替Ca(第三电离能≈4912.4kJ/mol)。

可以理解，也可以使用Ga和Ge来分别代替Al和Si。

同理，在高压下金属间化合物CaSi₂和SrSi₂也可形成AlB₂-型相。类似于Sr_1-xCa_xAlSi，对某些x_c，0.01≤x_c≤0.9，当金属间化合物Sr1

形成AlB₂-型相时，此金属间化合物也可以是一个超导体，其临界温度Tc≥300K。

因为第一实施例和第二实施例为相似的AlB₂-型相，与第一实施例相关的实验数据也是与第二实施例相关的实验数据。

在第三实施例中，组成物R是La，组成物E和组成物A均为Ba，组成物D是Cu，组成物G是Ge，y＝0，z＝0，

m＝2，该具有三层六边形晶体结构的AlB₂-型金属间化合物的通式为La_1-x′Ba_x′CuGe。

参考文章“C.Zheng and R.Hoffmann，Inorg.Chem.，28，1074(1989)”，可知LaCuGe和BaCuGe可形成AlB₂-型相。

与第一实施例和第二实施例的原理相同，根据关系式：

f(x)＝1850(1-x)+3600x                      (11)

f(x′)＝1850(1-x′)+3600x′＝1957.9，或    (12)

g(x)＝4410-4819(1-x)                       (13)

g(x′₀)＝4410-4819(1-x′₀)＝3600x′₀，     (14)

$k_B{T}_c=\mathrm{\κ}=\frac{1}{\sqrt{3}}\mathrm{\ΔLaBaCuGe}---\left(15\right)$

其中，3600kJ/mol和1850kJ/mole大约是Ba和La的第三电离能，0≤x′≤1，1957.9kJ/mol大约是Cu的第二电离能，4410kJ/mol和4819kJ/mole大约是Ge和La的第四电离能，3600kJ/mole大约是Ba的第三电离能；

ΔLaBaCuGe＝h＝(4|h_La4|+12|h_Ge5|+6|h_Ge|)+(15|h_Cu3|+|hLa|)是La_1-x′Ba_x′CuGe的超导能隙；|h_Ge|≈ξ4410kJ/mol，|h_Ge5|≈ξ9020kJ/mol，|h_La4|≈ξ4819kJ/mol，|h_Cu3|≈ξ3555kJ/mol，|h_La4|≈ξ1067kJ/mol；9020kJ/mol大约是Ge的第五电离能，1067kJ/mol大约是La的第二电离能。

由此，可计算出La_1-x′Ba_x′CuGe的临界温度Tc，

Tc≈409.70K(La_1-x′Ba_x′CuGe的Tc计算值)     (16)

因为第一实施例与第三实施例为相似的AlB₂-型相，与第一实施例相关的实验数据也是与第三实施例相关的实验数据。

在第四实施例中，组成物R是Gd，组成物E和组成物A均为Ca，组成物D是Cu，组成物G是Si，y＝0，z＝0，

m＝2，该具有三层六边形晶体结构的AlB₂-型金属间化合物的通式为Gd_1-x′Ca_x′CuSi。

参考文章“C.Zheng and R.Hoffmann，Inorg.Chem.，28，1074(1989)”，可知GdCuSi和CaCuSi可形成AlB₂-型相。

与第一实施例和第二实施例的原理相同，根据关系式：

f(x)＝1957.9-1990(1-x)                   (17)

f(x′)＝1957.9-1990(1-x′)＝1145x′，或  (18)

g(x)＝4250(1-x)+4910x                    (19)

g(x′₀)＝4250(1-x′₀)+4910x′₀＝4355.5， (20)

$k_B{T}_c=\mathrm{\κ}=\frac{1}{\sqrt{3}}\mathrm{\ΔGdCaCuSi}---\left(21\right)$

其中，1957.9kJ/mol和1990kJ/mole大约是Cu的第二电离能和Gd的第三电离能，0≤x′≤1，1145kJ/mol大约是Ca的第二电离能，4250kJ/mol大约是Gd的第四电离能，4910kJ/mol大约是Ca的第三电离能，4355kJ/mol大约是Si的第四电离能；ΔGdCaCuSi＝h＝(4|h_Gd4|+12|h_Si5|+6|h_Si|)+(15|h_Cu3|+|h_Gd|)是Gd_1-x′Ca_x′CuSi的超导能隙；|h_Si|≈ξ4355.5kJ/mol，|h_Si5|≈ξ16091kJ/mol，|h_Gd4|≈ξ4250kJ/mol，|h_Cu3|≈ξ3555kJ/mol，|h_Gd|≈ξ1167kJ/mol；16091kJ/mol大约是Si的第五电离能，1167kJ/mol大约是Gd的第二电离能。

由此，可计算出Gd_1-x′Ca_x′CuSi的临界温度Tc，

Tc≈571.62K(Gd_1-x′Ca_x′CuSi的Tc计算值)  (22)

因为第一实施例与第四实施例为相似的AlB₂-型相，与第一实施例相关的实验数据也是与第四实施例相关的实验数据。

在第五实施例中，组成物R是La，组成物E和组成物A均为Ca，组成物D和组成物G均是Cu，y＝0，z＝0，

m＝5，该具有三层六边形晶体结构的CaCu₅-型金属间化合物的通式为La_1-x′Ca_x′Cu₅。

参考文章“D.J.Chakrabari and D.E.Laughlin，Bull.Alloy Phase Diagram，2，319(1981)”和“P.R.Subramanian and D.E.Laughlin，Bull.AlloyPhase Diagram，9，316(1988)”，可知LaCu₅和CaCu₅形成CaCu₅-型相。由此La_1-x′Ca_x′Cu₅可形成CaCu₅-型相，其中La_1-x′Ca_x′对应Ca。

这CaCu₅-型类似于AlB₂-型相，有六边形晶胞。如图3a所示，该CaCu₅-型相的晶体结构有一个有12个Cu原子的六边形晶胞的Cu-平面。这Cu-平面在两个有6个Ca原子的六边形晶胞的Ca-平面之间，如图3b所示。而这些六边形的Ca原子晶胞内有形成六边形的6个Cu原子。这两个Ca-平面对应AlB₂-型的两个外层Al-平面，而Cu-平面对应AlB₂-型的B-平面。

与第一实施例和第二实施例的原理相同，根据关系式：

f(x)＝1850(1-x)+4912.4x                (23)

f(x′)＝1850(1-x′)+4912.4x′＝1957.9  (24)

$k_B{T}_c=\mathrm{\κ}=\frac{1}{\sqrt{3}}\mathrm{\ΔLaCaCu}---\left(25\right)$

其中，1850kJ/mol和4912.4kJ/mol大约是La和Ca的第三电离能，0≤x′≤1，1957.9kJ/mol大约是Cu的第二电离能；ΔLaCaCu＝h＝45|h_Cu|+|h_La|是La_1-x′Ca_x′Cu₅的超导能隙；|h_Cu|≈ξ3555kJ/mol，|h_La|ξ≈538.1kJ/mol；3555kJ/mol大约是Cu第三电离能，538.1kJ/mol大约是La的第一电离能。

由此，可计算出La_1-x′Ca_x′Cu₅的临界温度Tc，

Tc≈315.6K(La_1-x′Ca_x′Cu₅的Tc计算值)  (26)

如果包括在La-平面的6个Cu的3d-层电子的效应，并假设这些电子的效应等同晶胞中的Cu-平面的Cu的3d-层电子的效应，则La_1-x′Ca_x′Cu₅的临界温度Tc可以达到：

Tc≈525.3K(La_1-x′Ca_x′Cu₅的Tc计算值)  (27)

与第五实施例密切相关的超导体中，有铜氧化物La_2-xSr_xCuO₄，(0≤x≤2)。由该铜氧化物可得到与第五实施例密切相关的实验数据。该铜氧化物的超导原理与第五实施例相同。对于该铜氧化物，与第五实施例同一原理，有如下的关系式：

$f\left(x\right)=1850(1-\frac{x}{2})+4138\frac{x}{2}---(23*)$

$f\left(x^{\′}\right)=1850(1-\frac{x^{\′}}{2})+4138\frac{x^{\′}}{2}=1957.9---(24*)$

其中4138kJ/mol(Sr的第三电离能)替代(23)，(24)的4912.4kJ/mol(Ca的第三电离能)。如果第五实施例的Ca也由Sr替代，则(23*)，(24*)与(23)，(24)的原理完全相同。与第五实施例相同，当(24*)成立(或大约地成立)，连接Cu和La的电子通道可以开通。这个通道的开通给出一个与Cu-平面正交的电流的自由度。因此，这个通道的开通给出常规超导的三维区域。而这个常规超导的三维区域给出在Cu-平面的非常规高温超导的准二维分岔区域的稳定存在。然后，与第五实施例相同，有La_2-xSr_xCuO₄的超导能隙公式：

ΔLaCaCuO＝h＝5|h_Cu|+2|h_La|；

其中的系数2来自La_2-xSr_xCuO₄的晶胞的2个La原子，系数5来自晶胞的1个Cu原子的10个3d-层电子(第五实施例的对应系数45来自第五实施例的六边形晶胞的9个Cu原子的90个3d-层电子)；与第五实施例相同，|h_Cu|≈ξ3555kJ/mol；3555kJ/mol大约是Cu的第三电离能。第三电离能状态是Cu的3d-层电子由第二电离能状态可达到的高温超导的状态。然后，由(25)，其中的ΔLaCaCu由ΔLaCaCuO替代，我们有La_2-xSr_xCuO₄的Tc计算值≈39.14K。该Tc计算值符合La_2-xSr_xCuO₄的Tc实验值≈39K。

在第六实施例中，将第五实施例中的La替换为Gd，其余条件不变，则该具有三层六边形晶体结构的CaCu₅-型金属间化合物的通式为Gd_1-x′Ca_x′Cu₅，再变形为

与第一实施例和第二实施例的原理相同，根据关系式：

f(x)＝1957.9-1145.4(1-x)                (28)

f(x_O)＝1957.9-1145.4(1-x_O)=1990x_O        (29)

$k_B{T}_c=\mathrm{\κ}=\frac{1}{\sqrt{3}}\mathrm{\ΔGdCaCu}---\left(30\right)$

其中，1957.9kJ/mol和1145.4kJ/mol大约是Cu和Ca的第二电离能，0≤x_O≤1，1990kJ/mol大约是Gd的第三电离能；ΔGdCaCu＝h＝75|h_Cu|+|h_Gd|是

的超导能隙；|h_Cu|≈ξ3555kJ/mol，|h_Gd|≈ξ592.5kJ/mol；592.5kJ/mol大约是Gd的第一电离能。

由此，可计算出

的临界温度Tc，

因为第五实施例与第六实施例为相似的CaCu₅-型相，与第五实施例相关的实验数据也是与第六实施例相关的实验数据。

在第七实施例中，将第六实施例中的Gd替换为Y，其余条件不变，则该具有三层六边形晶体结构的CaCu₅-型金属问化合物的通式为

与第一实施例和第二实施例的原理相同，根据关系式：

f(x)＝1957.9-1145.4(1-x)                (32)

f(x_O)=1957.9-1145.4(1-x_O)＝1980x_O     (33)

$k_B{T}_c=\mathrm{\κ}=\frac{1}{\sqrt{3}}\mathrm{\ΔYCaCu}---\left(34\right)$

其中，1980kJ/mol大约是尸的第三电离能。ΔYCaCu＝h＝75|h_Cu|+|h_Y|是

的超导能隙；|h_Cu|≈ξ3555kJ/mol，|h_Y|≈ξ600kJ/mol；600kJ/mol大约是Y的第一电离能。

由此，可计算出

的临界温度Tc，

若将Ca替换为Ba，其余条件不变，则该CaCu₅-型金属间化合物有关系式：

f(x)＝1980-3600(1-x)                     (32*)

f(x₀)＝1980-3600(1-x₀)＝1957.9x₀         (33*)

其中，3600kJ/mol大约是Ba的第三电离能。该CaCu₅-型金属间化合物的超导能隙大约也是h＝75|h_Cu|+|h_Y|。由此，可计算出Tc≈525.43K。

与第七实施例密切相关的超导体中，有铜氧化物YBa₂Cu₃O_6+x，(0≤x≤1)。由该铜氧化物可得到与第七实施例密切相关的实验数据。该铜氧化物的超导原理与第七实施例相同。对于该铜氧化物，与第七实施例相同，有关系式(32*)，(33*)。与第七实施例相同，当(33*)成立(或大约地成立)，连接Cu和Y的电子通道可以开通。这个通道的开通给出一个与Cu-平面正交的电流的自由度。因此，这个通道的开通给出常规超导的三维区域。而这个常规超导的三维区域给出在Cu-平面的非常规高温超导的准二维分岔区域的稳定存在。然后，与第七实施例相同，有YBa₂Cu₃O_6+x的超导能隙公式：

ΔYBCO＝h＝10|h_Cu|+5|h_CuO|+|h_Y|；

其中的系数10来自YBa₂Cu₃O_6+x的晶胞的2个CuO₂平面的2个Cu原子的20个3d-层电子，系数5来自晶胞的1个CuO平面的1个Cu原子的10个3d-层电子(第七实施例的对应系数75来自第七实施例的六边形晶胞的15个Cu原子的150个3d-层电子)；|h_CuO|≈ξ600kJ/mol；600kJ/mol大约是Cu的第一电离能；与第七实施例相同，|h_Cu|≈ξ3555kJ/mol；3555kJ/mol大约是Cu的第三电离能。第三电离能状态是Cu的3d-层电子由第二电离能状态可达到的高温超导的状态。然后由(34)，其中的ΔYCaCu由ΔYBCO替代，由此有YBa₂Cu₃O_6+x的Tc计算值≈90.32K。该Tc计算值符合YBa₂Cu₃O_6+x的Tc实验值≈90K。

在第八实施例中，组成物R是La，组成物D是Ni，组成物G是Gu，x′＝0，y＝0，z＝0，m＝5，该具有三层六边形晶体结构的CaCu₅-型金属间化合物的通式为LaNi_5(1-x′″)Cu_5x′″。

与第一实施例和第二实施例的原理相同，根据关系式：

f(x)＝1753(1-x)+1957.9x                        (36)

f(x′″)＝1753(1-x′″)+1957.9x′″＝1850，或      (37)

g(x)＝1753(1-x)+3555x                          (38)

g(x′″₀)＝1753(1-x′″₀)+3555x′″₀＝1850，   (39)

$k_B{T}_c=\mathrm{\κ}=\frac{1}{\sqrt{3}}\mathrm{\ΔLaNiCu}---\left(40\right)$

其中，1753kJ/mol和1957.9kJ/mol大约是Ni和Cu的第二电离能，0≤x′″≤1，1850kJ/mol大约是La的第三电离能，3555kJ/mol大约是Cu的第三电离能；

ΔLaNiCu＝h＝60|h_Ni|+15|h_Ni1|+|h_La|是LaNi_5(1-x′″)Cu_5x′″的超导能隙，其中，|h_Ni|≈ξ3393kJ/mol；3393kJ/mol大约是Ni的第三电离能，|h_Ni1|≈ξ736.7kJ/mol；736.7kJ/mol大约是Ni的第一电离能(为了简单起见，简化了Cu的3d层电子的效应)。由此，可计算出LaNi_5(1-x′″)Cu_5x′″的临界温度Tc，

Tc≈423.321K(LaNi_5(1-x′″)Cu_5x′″的Tc计算值) (41)

因为第五实施例与第八实施例为相似的CaCu₅-型相，与第五实施例相关的实验数据也是与第八实施例相关的实验数据。

在第九实施例中，组成物R是La_1-xCe_x，0≤x≤1(或是Mm，一种稀土元素的混合物)，组成物D是Ni，组成物G是Cu，x′＝0，y＝0，z＝0，m＝5，该具有三层六边形晶体结构的CaCu₅-型金属间化合物的通式为La_1-xCe_xNi_5(1-x′″)Cu_x′″。

与第一实施例和第二实施例的原理相同，根据关系式：

f(x)＝1850(1-x)+1949x                             (42)

f(x)＝1850(1-x)+1949x＝1753(1-x′″)+1957.9x′″  (43)

$k_B{T}_c=\mathrm{\κ}=\frac{1}{\sqrt{3}}\mathrm{\ΔLaCeNiCu}---\left(44\right)$

其中，1850kJ/mol和1949kJ/mol大约是La和Ce的第三电离能；

ΔLaCeNiCu＝h＝75|h_Cu|+|h_La|大约是La_1-xCe_xNi_5(1-x′″)Cu_x′″的超导能隙。

由此，可计算出La_1-xCe_xNi_5(1-x′″)Cu_x′″的临界温度Tc，

Tc≈525.3K(La_1-xCe_xNi_5(1-x′″)Cu_x′″的Tc计算值) (45)

因为第五实施例与第九实施例为相似的CaCu₅-型相，与第五实施例相关的实验数据也是与第九实施例相关的实验数据。

在第十实施例中，组成物R是Y，组成物D是Ni，组成物G是Cu，x＝0，y＝0，z＝0，m＝5，该具有三层六边形晶体结构的CaCu₅-型金属间化合物的通式为YNi_5(1-x′″)Cu_5x′″。

与第一实施例和第二实施例的原理相同，根据关系式：

f(x)＝1980-3393(1-x)                         (46)

f(x′″)＝1980-3393(1-x′″)＝1957.9x′″    (47)

$k_B{T}_c=\mathrm{\κ}=\frac{1}{\sqrt{3}}\mathrm{\ΔYNiCu}---\left(48\right)$

其中1980kJ/mol和3393kJ/mol大约足Y和Ni的第三电离能，1957.9kJ/mol大约是Cu的第二电离能；ΔYNiCu＝h＝75|h_Cu|+|hY|是YNi_5(1-x′″)Cu_5x′″的超导能隙(为了简单起见，简化了Ni的3d层电子的效应)。

由此，可计算出YNi_5(1-x′″)Cu_5x′″的临界温度Tc，

Tc≈525.43K(YNi_5(1-x′″)Cu_5x′″的Tc计算值) (49)

因为第七实施例与第十实施例为相似的CaCu₅-型相，与第七实施例相关的实验数据也是与第十实施例相关的实验数据。

在第十一实施例中，将第十实施例中的Cu替换为Co，其余条件不变，则该具有三层六边形晶体结构的CaCu₅-型金属间化合物的通式为YNi_5(1-x′″)Co_5x′″。

与第一实施例和第二实施例的原理相同，根据关系式：

f(x)＝1980-3232(1-x)                         (46)

f(x′″)＝1980-3232(1-x′″)＝1753x′″      (47)

$k_B{T}_c=\mathrm{\κ}=\frac{1}{\sqrt{3}}\mathrm{\ΔYNiCo}---\left(48\right)$

其中，1980kJ/mol和3232kJ/mol大约是Y和Co的第三电离能，1753kJ/mol大约是Ni的第二电离能；ΔYNiCo＝h＝60|h_Ni|+15|h_Ni1|+|h_Y|是YNi_5(1-x′″)Co_5x′″的超导能隙(为了简单起见，简化了Co的3d层电子的效应)。

由此，可计算出YNi_5(1-x′″)Co_5x′″的临界温度Tc，

Tc≈423.21K(YNi_5(1-x′″)Co_5x′″的Tc计算值)  (49)

因为第七实施例与第十一实施例为相似的CaCu₅-型相，与第七实施例相关的实验数据也是与第十一实施例相关的实验数据。

在第十二实施例中，组成物E是Sr，组成物A是Ca，组成物D和组成物G均是Cu，x′＝1，y＝0，z＝0，m＝5，该具有三层六边形晶体结构的CaCu₅-型金属间化合物的通式为Sr_1-x″Ca_x″Cu₅。

与第一实施例和第二实施例的原理相同，根据关系式：

f(x)＝6491x+5500(1-x)                      (50)

f(x″)＝6491x″+5500(1-x″)＝5536          (51)

$k_B{T}_c=\mathrm{\κ}=\frac{1}{\sqrt{3}}\mathrm{\ΔCaSrCu}---\left(52\right)$

其中，6491kJ/mol和5500kJ/mol分别大约是Ca和Sr的第四电离能，5536kJ/mol大约是Cu的第四电离能；ΔCaSrCu＝h＝60|h_Cu5|+4|h_Sr4|+|h_Sr|是Sr_1-x″Ca_x″Cu₅的超导能隙，其中，|h_Cu5|≈ξ7700kJ/mol；7700kJ/mol大约是Cu的第五电离能，|h_Sr4|≈ξ5500kJ/mol，|h_Sr|≈ξ549.5kJ/mol；549.5kJ/mol大约是Sr的第一电离能。由此，可计算出Sr_1-x″Ca_x″Cu₅的临界温度Tc，

Tc≈952.7K(Sr_1-x″Ca_x″Cu₅的Tc计算值)            (53)

与第十二实施例密切相关的超导体中，有铜氧化物(Sr_1-xCa_x)_0.9CuO₂，(0＜x＜1)。由该铜氧化物可得到与第十二实施例密切相关的实验数据。该铜氧化物的超导原理与第十二实施例相同。该铜氧化物与第十二实施例有相同的关系式(50)，(51)。与第十二实施例同一原理，当(51)成立(或大约地成立)，连接Cu和Sr的电子通道可以开通。这个通道的开通给出一个与Cu-平面正交的电流的自由度。因此，这个通道的开通给出常规超导的三维区域。而这个常规超导的三维区域给出在Cu-平面的非常规高温超导的准二维分岔区域的稳定存在。然后，与第十二实施例同一原理，有(Sr_1-xCa_x)_0.9CuO₂的超导能隙公式：

ΔSrCaCuO＝h＝4|h_Cu5|+4|h_Sr4|+|h_Sr|；

其中的系数4来自晶胞的1个Cu原子(或Sr原子)的8个3s，3p-层电子(第十二实施例的对应系数60来自第十二实施例的六边形晶胞的15个Cu原子的120个3s，3p-层电子)；与第十二实施例相同，|h_Cu5|≈ξ7700kJ/mol；7700kJ/mol大约是Cu的第五电离能。第五电离能状态是Cu的3s，3p-层电子由第四电离能状态可达到的高温超导的状态。然后，由(52)，其中的ΔCaSrCu由ΔSrCaCuO替代，有(Sr_1-xCa_x)_0.9CuO₂的Tc计算值≈106.7K。该Tc计算值符合(Sr_1-xCa_x)_0.9CuO₂的Tc实验值≈110K。

由此，上述十二个实施例所得到的通过使用金属物质合成具有高温超导性能的金属间化合物，实现了具有较高的临界电流密度，使得这些高温超导体的临界温度Tc＞300K，同时还使得这些高温超导体具有一定的柔韧性和延展性，便于生产加工成各种形状和结构的产品，大大增加了这些高温超导体的工业应用性能。由于本发明的高温超导体具有较好的柔韧性和延展性，可根据实际需要加工成块状、带状、线状或薄膜状。

对于加工成块状的高温超导体，其制备方法包括以下步骤：

S1：根据所述金属间化合物的通式：

R_1-x′E_(1-x″)x′A_x″x′[(D_m(1-x′″)G_mx′″)_1-yM_y]_1+z，按照各个组成物的配比，混合组成物R、组成物E、组成物D、组成物G、组成物M的粉末，m等于2或5；该步骤又可分为如下子步骤：

S11：按照配比(1-x′)∶(1-x″)x′∶x″x′，准备和混合组成物R、组成物E和组成物A的粉末，其中，0≤x′≤1，0.01≤x″≤0.9。

S12：按照配比(1-x′″)∶x′″，准备和混合组成物D和组成物G的粉末，其中，0≤x′″≤1；

S13：按照配比(1-y)∶y，准备和混合步骤S12得到的混合物的粉末及组成物M的粉末，其中，0≤y≤0.02；

S14：按照配比1∶(1+z)，准备和混合步骤S11得到的混合物的粉末及步骤S13得到的混合物的粉末，其中，0≤z≤0.01；

S2：在温度为300℃～1600℃之间的氩气感应炉中，溶化步骤S14中得到的混合物的粉末；在此步骤中，优选的，在将氩气感应炉中的混合物的粉末溶化后，可在温度为300℃～1600℃之间，将溶化混合后的粉末维持20分钟至一个小时，以充分均匀混合各组成物；

S3：在常压与16GPa之间的压力下，冷却经溶化混合后的粉末，以得到凝固的晶体锭；

S4：在常压与16GPa之间的压力下，且在温度为300℃～1200℃之间的氩气中，将所述晶体锭退火0.5小时～24小时，以使得所述晶体锭中的组成物D或组成物G的3d层电子、3s层电子、3p层电子、4s层电子或4p层电子的通道为开通状态；

S5：将所述晶体锭冷却至室温，以得到高温超导体。

对于加工成带状或线状的高温超导体，其制备方法包括以下步骤：

H1：根据所述金属间化合物的通式：

R_1-x′E_(1-x″)x′A_x″x′[(D_m(1-x′″)G_mx′″)_1-yM_y]_1+z，按照各个组成物的配比，混合组成物R、组成物E、组成物D、组成物G、组成物M的粉末，m等于2或5；该步骤又可分为如下子步骤：

H11：按照配比(1-x′)∶(1-x″)x′∶x″x′，准备和混合组成物R、组成物E和组成物A的粉末，其中，0≤x′≤1，0.01≤x″≤0.9；

H12：按照配比(1-x′″)∶x′″，准备和混合组成物D和组成物G的粉末，其中，0≤x′″≤1；

H13：按照配比(1-y)∶y，准备和混合步骤H12得到的混合物的粉末及组成物M的粉末，其中，0≤y≤0.02；

H14：按照配比1∶(1+z)，准备和混合步骤H11得到的混合物的粉末及步骤H13得到的混合物的粉末，其中，0≤z≤0.01；

H2：在温度为300℃～1600℃之间的氩气感应炉中，溶化步骤H14中得到的混合物的粉末；在此步骤中，优选的，在将氩气感应炉中的混合物的粉末溶化后，可在温度为300℃～1600℃之间，将溶化混合后的粉末维持20分钟至一个小时，以充分均匀混合各组成物；

H3：在常压与16GPa之间的压力下，冷却经溶化混合后的粉末，以得到凝固的晶体锭；在该步骤中，为了得到线状晶体锭，可通过热滚扎该晶体锭，从而可得到一条有规定直径的线状晶体锭，可以理解的，也可以使用别的方法，以获得该线状物；或者，为了得到带状晶体锭，可通过热拉长所述晶体锭，以获得带状晶体锭；其中，对于该热拉长程度，一般为使得获得带状晶体锭的超导层与带面平行，同理，可以理解的，也可以使用别的加工方法，以获得该带状物；

H4：在常压与16GPa之间的压力下，且在温度为300℃～1200℃之间的氩气中，将所述晶体锭退火0.5小时～24小时，以使得所述晶体锭中的组成物D或组成物G的3d层电子、3s层电子、3p层电子、4s层电子或4p层电子的通道为开通状态；

H5：将所述晶体锭冷却至室温，以得到相应的线状或带状高温超导体。

对于加工成薄膜状的高温超导体，其制备方法包括以下步骤：

B1：根据所述金属间化合物的通式：

R_1-x′E_(1-x″)x′A_x″x′[(D_m(1-x′″)G_mx′″)_1-yM_y]_1+z，按照各个组成物的配比，混合组成物R、组成物E、组成物A、组成物D、组成物G、组成物M的粉末和烧结混合的粉末成块状，m等于2或5；

该步骤又可分为如下子步骤：

B11：按照配比(1-x′)∶(1-x″)x′∶x″x′，准备和混合组成物R、组成物E和组成物A的粉末，其中，0≤x′≤1，0.01≤x″≤0.9。

B12：按照配比(1-x′″)∶x′″，准备和混合组成物D和组成物G的粉末，其中，0≤x′″≤1；

B13：按照配比(1-y)∶y，准备和混合步骤B12得到的混合物的粉末及组成物M的粉末，其中，0≤y≤0.02；

B14：按照配比1∶(1+z)，准备和混合步骤B11得到的混合物的粉末及步骤B13得到的混合物的粉末和烧结混合的粉末成块状，其中，0≤z≤0.01；

B2：通过溅射、激光烧蚀或其它方法，将步骤B14中得到的混合物的粉末淀积在一衬底基片上，以形成一薄膜；其中，该衬底基片可以是由硅、石英水晶、不锈钢、SrTiO₃、ZrO₂、YSZ、Al₂O₃或MgO制成。

B3：在常压与16GPa的压力之间，冷却该薄膜，以获得一薄膜晶体；

B4：在常压与16GPa之间的压力下，且在温度为300℃～1200℃之间的氩气中，将该薄膜晶体退火0.5小时～24小时，以使得该薄膜晶体中的组成物D或组成物G的3d层电子、3s层电子、3p层电子、4s层电子或4p层电子的通道为开通状态；

B5：将该薄膜晶体冷却至室温，以得到薄膜状的高温超导体。

本发明是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或具体情况，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (10)

1.一种高温超导体，其特征在于，所述高温超导体是一金属间化合物，所述金属间化合物的通式为

R_1-x′E_(1-x″)x′A_x″x′[(D_m(1-x′″)G_mx′″)_1-yM_y]_1+z，

其中，组成物R是Y、稀土元素或稀土元素的混合物，组成物E和组成物A是碱土元素或碱土元素的混合物；组成物D是Ga、Al、Si、Ge、Cu、Ni、Co或Zn；组成物G是Ga、Si、Ge、Cu、Ni、Co或Zn；组成物M是Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Al、Ga、In、Si、Ge和Sn中的其中一种元素或一种以上的元素的混合物；m＝2或5，0≤x′≤1，0.01≤x″≤0.9，0≤x′″≤1，0≤y≤0.02，0≤z≤0.01；当x′＝1时，组成物E≠组成物A；组成物D或组成物G的3d层电子、3s层电子、3p层电子、4s层电子或4p层电子的通道为开通状态。

2.根据权利要求1所述的高温超导体，其特征在于，所述金属间化合物是具有三层六边形晶体结构的AlB₂-型晶体或CaCu₅-型晶体。

3.根据权利要求1或2所述的高温超导体，其特征在于，所述金属间化合物是具有三层六边形晶体结构的AlB₂-型晶体，其中，m＝2，x′＝1，E≠A；y＝0，z＝0，所述金属间化合物的通式为E_1-x″A_x″D_2(1-x′″)G_2x′″，组成物E是Sr或Ba，组成物A是Ca或Sr，组成物D是Ga、Al、Si或Ge；组成物G是Ga、Si或Ge。

4.根据权利要求1或2所述的高温超导体，其特征在于，所述金属间化合物是具有三层六边形晶体结构的AlB₂-型晶体，其中，m＝2，y＝0，z＝0，所述金属间化合物的通式为R_1-x′E_(1-x″)x′A_x″x′D_2(1-x′″)G_2x′″，组成物A是Ca、Sr或Ba；组成物D是Cu，组成物G是Si或Ge。

5.根据权利要求1或2所述的高温超导体，其特征在于，所述金属间化合物是具有三层六边形晶体结构的CaCu₅-型晶体，其中，m＝5，y＝0，z＝0，所述金属间化合物的通式为R_1-x′E_(1-x″)x′A_x″x′D_5(1-x′″)G_5x′″，组成物E是Ca、Sr或Ba；组成物A是Ca、Sr或Ba；组成物D是Cu、Ni、Co或Zn；组成物G是Cu、Ni、Co或Zn。

6.一种针对如权利要求1所述的高温超导体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1：根据所述金属间化合物的通式：

R_1-x′E_(1-x″)x′A_x″x′[(D_m(1-x′″)G_mx′″)_1-yM_y]_1+z，按照各个组成物的配比，混合组成物R、组成物E、组成物A、组成物D、组成物G、组成物M的粉末；

A2：在温度为300℃～1600℃之间的氩气感应炉中，溶化混合后的粉末；

A3：在常压与16GPa之间的压力下，冷却经溶化混合后的粉末，以得到凝固的晶体锭；

A4：在常压与16GPa之间的压力下，且在温度为300℃～1200℃之间的氩气中，将所述晶体锭退火0.5小时～24小时，以使得所述晶体锭中的组成物D和/或组成物G的3d层电子、3s层电子、3p层电子、4s层电子或4p层电子的通道为开通状态；

A5：将所述晶体锭冷却至室温，以得到所述高温超导体。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A3还包括：通过热滚扎或热拉长所述晶体锭，以获得线状晶体锭或带状晶体锭；其中，所述带状晶体锭的超导层与带面平行。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A2还包括：在温度为300℃～1600℃之间，将溶化混合后的粉末维持20分钟至一个小时，以均匀混合各组成物。

9.一种针对如权利要求1所述的高温超导体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

B1：根据所述金属间化合物的通式：

R_1-x′E_(1-x″)x′A_x″x′[(D_m(1-x′″)G_mx′″)_1-yM_y]_1+z，按照各个组成物的配比，混合组成物R、组成物E、组成物A、组成物D、组成物G、组成物M的粉末和烧结混合的粉末成块状；

B2：通过溅射或激光烧蚀，将混合的粉末淀积在一衬底基片上，以形成一薄膜；

B3：在常压与16GPa的压力之间，冷却所述薄膜，以获得一薄膜晶体；

B4：在常压与16GPa之间的压力下，且在温度为300℃～1200℃之间的氩气中，将所述薄膜晶体退火0.5小时～24小时，以使得所述薄膜晶体中的组成物D和/或组成物G的3d层电子、3s层电子、3p层电子、4s层电子或4p层电子的通道为开通状态；

B5：将所述薄膜晶体冷却至室温，以得到薄膜状的所述高温超导体。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述衬底基片是由硅、石英水晶、不锈钢、SrTiO₃、ZrO₂、YSZ、Al₂O₃或MgO制成。

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