CN111768918A - 氢基超导材料及其制备方法 - Google Patents

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CN111768918A CN202010657224.5A CN202010657224A CN111768918A CN 111768918 A CN111768918 A CN 111768918A CN 202010657224 A CN202010657224 A CN 202010657224A CN 111768918 A CN111768918 A CN 111768918A
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李文杰
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Abstract

本发明提供了一种氢基超导材料及其制备方法，所述氢基超导材料的分子式为TbHn，其中1≤n≤12；所述氢基超导材料的制备方法包括：提供铽粉和氢气，在密闭条件下，对所述铽粉和所述氢气进行加压压制处理使其金属化，制备获得所述氢基超导材料。本发明提供了一种金属氢化物的氢基超导材料，是一种具有二元金属特性的新型超导材料体系，为超导材料的选择及其应用提供了更大的空间。

Description

氢基超导材料及其制备方法
技术领域
本发明属于超导材料技术领域，具体涉及一种氢基超导材料及其制备方法。
背景技术
超导材料因其在一定温度下电阻会消失的特性，在能源、信息电子和量子器件等领域都有着重要的作用。目前的超导材料大致可以分为传统超导体、铜基超导体、铁基超导体、界面超导体、有机超导体和氢基超导体等，其中氢基超导体被视为最有前景的高温超导体之一。
对于氢基超导材料，早在1935年Wigner等人就提出了绝缘的固态氢在高压下转变成金属状态，即金属氢，学术界认为它极有可能是室温超导体，但是，目前实验压力已经达到388GPa左右，仍然没有获得氢金属化的直接证据。最近，硫化氢引起了众多科学家的关注，理论上预言了硫化氢在高压下具有高温超导的特性，并且实验上发现，硫化氢系统在155GPa下具有高达203K的超导特性，这打破了铜氧化物高压下164K的超导转变温度的记录。已有的基于硫化氢的氢基超导材料，其工作压力和临界超导温度的调制范围均较窄，严重限制了应用范围。
发明内容
鉴于现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种氢基超导材料及其制备方法，以解决现有的氢基超导材料的工作压力和临界超导温度的调制范围较窄的问题。
为实现上述发明目的，本发明的一方面是提供了一种氢基超导材料，所述氢基超导材料的分子式为TbHn，其中1≤n≤12。
其中，所述氢基超导材料的分子式为TbH1、TbH2、TbH3、TbH4、TbH5、TbH6、TbH7、TbH8、TbH9、TbH10、TbH11或TbH12。
其中，所述氢基超导材料的工作压力为5GPa～350GPa、临界超导温度为0.008K～277.8K。
本发明的另一方面是提供一种如上所述的氢基超导材料的制备方法，其包括：提供铽粉和氢气，在密闭条件下，对所述铽粉和所述氢气进行加压压制处理使其金属化，制备获得所述氢基超导材料。
其中，所述铽粉和所述氢气的物质的量比为1:(n/2)，其中1≤n≤12。
其中，所述加压压制处理的压力范围为5GPa～350GPa。
其中，采用金刚石对顶砧作为加压装置对所述铽粉和所述氢气进行加压压制处理。
其中，所述金刚石对顶砧的垫片为铼片或不锈钢片、传压介质为氦气、压标物质为红宝石。
其中，在进行所述加压压制处理之前，分别对所述铽粉和所述垫片进行预压处理。
其中，所述制备方法包括：
提供所述铽粉，对所述铽粉进行压片处理，获得铽粉预压片；
提供所述金刚石对顶砧作为加压装置，对所述金刚石对顶砧的垫片进行预压处理，在所述垫片中形成孔；
将所述铽粉预压片放置于所述孔中，应用封气装置向所述金刚石对顶砧中充装所述氢气；
控制所述金刚石对顶砧对所述铽粉预压片和所述氢气进行加压压制处理使其金属化，制备获得所述氢基超导材料。
本发明实施例提供的氢基超导材料及其制备方法，以铽粉和氢气作为原料，在密闭条件下进行加压压制处理使原料金属化，获得金属氢化物的氢基超导材料，其分子式为TbHn，是一种具有二元金属特性的超导材料体系，为超导材料的选择及其应用提供了更大的空间。本发明实施例提供的氢基超导材料的工作压力为5GPa～350GPa、临界超导温度为0.008K～277.8K，工作压力和临界超导温度均具有很宽的调制范围，可以更好地适用于各个行业领域。
附图说明
图1是本发明实施例中的氢基超导材料的制备方法的工艺流程图；
图2是本发明实施例所采用的金刚石对顶砧的结构示意图；
图3是本发明实施例所采用的封气装置的结构示意图；
图4是本发明实施例1中的氢基超导材料的晶体结构图；
图5是本发明实施例1中的氢基超导材料的电子态密度图谱；
图6是本发明实施例1中的氢基超导材料的声子谱以及伊利埃伯格谱函数和电声耦合积分的图示；
图7是本发明实施例2中的氢基超导材料的晶体结构图；
图8是本发明实施例2中的氢基超导材料的电子态密度图谱；
图9是本发明实施例2中的氢基超导材料的声子谱以及伊利埃伯格谱函数和电声耦合积分的图示；
图10是本发明实施例3中的氢基超导材料的晶体结构图；
图11是本发明实施例3中的氢基超导材料的电子态密度图谱；
图12是本发明实施例3中的氢基超导材料的声子谱以及伊利埃伯格谱函数和电声耦合积分的图示；
图13是本发明实施例4中的氢基超导材料的晶体结构图；
图14是本发明实施例4中的氢基超导材料的电子态密度图谱；
图15是本发明实施例4中的氢基超导材料的声子谱以及伊利埃伯格谱函数和电声耦合积分的图示；
图16是本发明实施例5中的氢基超导材料的晶体结构图；
图17是本发明实施例5中的氢基超导材料的电子态密度图谱；
图18是本发明实施例5中的氢基超导材料的声子谱以及伊利埃伯格谱函数和电声耦合积分的图示；
图19是本发明实施例6中的氢基超导材料的晶体结构图；
图20是本发明实施例6中的氢基超导材料的电子态密度图谱；
图21是本发明实施例6中的氢基超导材料的声子谱以及伊利埃伯格谱函数和电声耦合积分的图示；
图22是本发明实施例7中的氢基超导材料的晶体结构图；
图23是本发明实施例7中的氢基超导材料的电子态密度图谱；
图24是本发明实施例7中的氢基超导材料的声子谱以及伊利埃伯格谱函数和电声耦合积分的图示；
图25是本发明实施例8中的氢基超导材料的晶体结构图；
图26是本发明实施例8中的氢基超导材料的电子态密度图谱；
图27是本发明实施例8中的氢基超导材料的声子谱以及伊利埃伯格谱函数和电声耦合积分的图示；
图28是本发明实施例9中的氢基超导材料的晶体结构图；
图29是本发明实施例9中的氢基超导材料的电子态密度图谱；
图30是本发明实施例9中的氢基超导材料的声子谱以及伊利埃伯格谱函数和电声耦合积分的图示；
图31是本发明实施例10中的氢基超导材料的晶体结构图；
图32是本发明实施例10中的氢基超导材料的电子态密度图谱；
图33是本发明实施例10中的氢基超导材料的声子谱以及伊利埃伯格谱函数和电声耦合积分的图示。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
如前所述，已有的基于硫化氢的氢基超导材料，其工作压力和临界超导温度的调制范围均较窄，严重限制了应用范围。为了解决这一问题，本发明提出了以铽粉和氢气作为原料制备获得具有二元金属特性的超导材料体系，该超导材料体系具有更宽的工作压力和临界超导温度的调制范围，可以更好地适用于各个行业领域。
本发明实施例首先提供了一种氢基超导材料，所述氢基超导材料的分子式为TbHn，其中1≤n≤12。
优选的实施例中，所述氢基超导材料的分子式为TbH1、TbH2、TbH3、TbH4、TbH5、TbH6、TbH7、TbH8、TbH9、TbH10、TbH11或TbH12。
本发明实施例提供的氢基超导材料的工作压力为5GPa～350GPa、临界超导温度为0.008K～277.8K。
本发明实施例还提供一种如上所述的氢基超导材料的制备方法，其包括：提供铽粉和氢气，在密闭条件下，对所述铽粉和所述氢气进行加压压制处理使其金属化，制备获得所述氢基超导材料。
其中，所述铽粉和所述氢气的物质的量比为1:(n/2)，其中1≤n≤12。
其中，所述加压压制处理的压力范围为5GPa～350GPa，制备获得的氢基超导材料的临界超导温度为0.008K～277.8K。
具体地，本发明实施例制备得到的氢基超导材料随压力的变化表现出明显的空间结构变化。在不同压强下该氢基超导材料的晶体结构可以通过基于粒子群算法的卡里普索(CALYPSO)软件精确获得。CALYPSO软件是一款结构预测方法软件，其基于结构对称性的分类检索思想，结合粒子群多目标优化算法，同时引入了成键特征矩阵的结构表征方法。CALYPSO方法通过给定物质的种类、化学配比和外界条件(如压力)，预测材料的基态及亚稳态结构，还可进行功能材料逆向设计。CALYPSO方法的高效可靠性已经在科研实践中得到了证实，目前已经被广泛应用到三维晶体、二维层状材料和表面、零维的团簇等体系的结构研究领域，成为理论确定材料结构的有效手段。
具体地，超导材料所能达到的超导转变温度(即临界超导温度)可通过求解伊利埃伯格(Eliashberg)方程得到。通常地，由于求解伊利埃伯格方程难度过高，转而求解戴恩斯修正的麦克米兰方程(如下方程式1)或艾伦-戴恩斯修正的麦克米兰方程(如下方程式2)得到超导材料的超导转变温度：
Figure BDA0002577193920000051
Figure BDA0002577193920000052
其中，方程式1和方程式2中，Tc为超导转变温度、λ为电声耦合常数、μ为库伦赝势、ωlog为声子频率对数平均值、f1为强耦合修正因子、f2为形状修正因子。
其中，采用金刚石对顶砧作为加压装置对所述铽粉和所述氢气进行加压压制处理。具体地，所述金刚石对顶砧的垫片为铼片或不锈钢片、传压介质为氦气、压标物质为红宝石。其中，不锈钢片优选为T301不锈钢片。
其中，在进行所述加压压制处理之前，分别对所述铽粉和所述垫片进行预压处理。
优选的实施例中，参阅图1，所述氢基超导材料的制备方法包括步骤：
S10、提供铽粉，对铽粉进行压片处理，获得铽粉预压片。
为了获得成型的产品，需要对铽粉进行压片处理。具体地，本发明实施例中采用阿法埃莎(中国)化学有限公司的99.9％纯度的铽粉作为粉末样品，对粉末样品进行压片处理，制备获得预定厚度的铽粉预压片。铽粉预压片的厚度可以根据实际需要设置，例如可以设置为20μm左右。
S20、提供金刚石对顶砧作为加压装置，对所述金刚石对顶砧的垫片进行预压处理，在所述垫片中形成孔。
具体地，金刚石对顶砧的结构如图2所示，采用铼片11作为垫片、氦气作为传压介质、压砧直径为300μm，红宝石球111置于金刚石对顶砧的样品腔内作为压力内标，利用红宝石的荧光峰在压力下的移动来标定压力。需要说明的是，也可以使用T301不锈钢片替换铼片11作为垫片，两种垫片的选择不会给最终的制备结果带来显著影响。
进一步地，用金刚石对顶砧在铼片11上压出凹痕，预压压力通常设置为15GPa左右。在进行加压压制处理之前，为了便于后续的压制处理，采用金刚石对顶砧对垫片11进行预压处理，预压垫片至压力为15GPa左右，然后在垫片11的压痕中心形成孔(图2中未示出)。
S30、将所述铽粉预压片放置于所述孔中，应用封气装置向所述金刚石对顶砧中充装氢气。
具体地，参阅图2，将所述铽粉预压片112放置于所述孔中，接着应用封气装置向所述金刚石对顶砧中充装氢气。封气装置的结构如图3所示。封气装置是专门针对金刚石对顶砧设计的，它的基本原理是：将金刚石对顶砧放在一个密封的容器中，将气体用压缩机压缩到比较高的压力下(可以设置在0.1GPa～0.2GPa的范围内)，然后将压缩后的气体通过气体通道打入密封的容器中，再将金刚石对顶砧在高压封装气体环境中合上，使气体封装进入金刚石对顶砧的样品腔中。
需要说明的是，步骤S30中充装的氢气的量需要根据步骤S10中铽粉的量以及所要制备获得的氢基超导材料的结构来确定。本发明实施例提供的氢基超导材料中，铽原子与氢原子的物质的量之比为1:n，其中1≤n≤12，因此在提供原料时，铽粉和氢气的物质的量比优选为1:(n/2)，其中1≤n≤12。
S40、控制所述金刚石对顶砧对所述铽粉预压片和所述氢气进行加压压制处理使其金属化，制备获得所述氢基超导材料。
以下将结合具体的实施例来说明上述氢基超导材料及其制备方法，本领域技术人员所理解的是，下述实施例仅是本发明上述超导材料及其制备方法的具体示例，而不用于限制其全部。
实施例1
本实施例中，参阅图2的流程图以及前述步骤S10至步骤S40的工艺流程制备氢基超导材料。
其中，所述步骤S30中控制充装的氢气的量，使得步骤S10中所用的铽粉和氢气的物质的量比为1:(1/2)。
其中，所述步骤S40中进行加压压制处理的压力设置为250GPa。
通过CALYPSO方法对本实施例制备获得的氢基超导材料进行确定，其晶体结构如图4所示。从图4中可知，本实施例制备获得的氢基超导材料是由物质的量比为1:(1/2)的铽原子和氢分子组成的，其化学式为TbH1。
图5是本实施例制备获得的氢基超导材料的电子态密度图谱。图5证明了本实施例的氢基超导材料在50GPa～300GPa压力下的金属化特征，这是加压产品具有超导电性的前提条件。
本实施例的氢基超导材料的声子谱、伊利埃伯格(Eliashberg)谱函数和电声耦合积分如图6所示，图6证明了该氢基超导材料在250GPa压力下的声子特征，该氢基超导材料在250GPa声子动力学稳定且具有强的电声耦合，具有超导电性的特征。
在250GPa压力下，本实施例的氢基超导材料在温度为7.338K时可以实现超导转变。也就是说，在250GPa的工作压力下，本实施例的氢基超导材料是临界温度为7.338K的超导材料。
实施例2
本实施例中，参阅图2的流程图以及前述步骤S10至步骤S40的工艺流程制备氢基超导材料。
其中，所述步骤S30中控制充装的氢气的量，使得步骤S10中所用的铽粉和氢气的物质的量比为1:1。
其中，所述步骤S40中进行加压压制处理的压力设置为5GPa。
通过CALYPSO方法对本实施例制备获得的氢基超导材料进行确定，其晶体结构如图7所示。从图7中可知，本实施例制备获得的氢基超导材料是由物质的量比为1:1的铽原子和氢分子组成的，其化学式为TbH2。
图8是本实施例制备获得的氢基超导材料的电子态密度图谱。图8证明了本实施例的氢基超导材料在5GPa～300GPa压力下的金属化特征，这是加压产品具有超导电性的前提条件。
本实施例的氢基超导材料的声子谱、伊利埃伯格(Eliashberg)谱函数和电声耦合积分如图9所示，图9证明了该氢基超导材料在5GPa压力下的声子特征，该氢基超导材料在5GPa声子动力学稳定且具有强的电声耦合，具有超导电性的特征。
在5GPa压力下，本实施例的氢基超导材料在温度为2.047K时可以实现超导转变。也就是说，在5GPa的工作压力下，本实施例的氢基超导材料是临界温度为2.047K的超导材料。
实施例3
本实施例中，参阅图2的流程图以及前述步骤S10至步骤S40的工艺流程制备氢基超导材料。
其中，所述步骤S30中控制充装的氢气的量，使得步骤S10中所用的铽粉和氢气的物质的量比为1:1.5。
其中，所述步骤S40中进行加压压制处理的压力设置为50GPa。
通过CALYPSO方法对本实施例制备获得的氢基超导材料进行确定，其晶体结构如图10所示。从图10中可知，本实施例制备获得的氢基超导材料是由物质的量比为1:1.5的铽原子和氢分子组成的，其化学式为TbH3。
图11是本实施例制备获得的氢基超导材料的电子态密度图谱。图11证明了本实施例的氢基超导材料在50GPa～300GPa压力下的金属化特征，这是加压产品具有超导电性的前提条件。
本实施例的氢基超导材料的声子谱、伊利埃伯格(Eliashberg)谱函数和电声耦合积分如图12所示，图12证明了该氢基超导材料在50GPa压力下的声子特征，该氢基超导材料在50GPa声子动力学稳定且具有强的电声耦合，具有超导电性的特征。
在50GPa压力下，本实施例的氢基超导材料在温度为0.008K时可以实现超导转变。也就是说，在50GPa的工作压力下，本实施例的氢基超导材料是临界温度为0.008K的超导材料。
实施例4
本实施例中，参阅图2的流程图以及前述步骤S10至步骤S40的工艺流程制备氢基超导材料。
其中，所述步骤S30中控制充装的氢气的量，使得步骤S10中所用的铽粉和氢气的物质的量比为1:2。
其中，所述步骤S40中进行加压压制处理的压力设置为200GPa。
通过CALYPSO方法对本实施例制备获得的氢基超导材料进行确定，其晶体结构如图13所示。从图13中可知，本实施例制备获得的氢基超导材料是由物质的量比为1:2的铽原子和氢分子组成的，其化学式为TbH4。
图14是本实施例制备获得的氢基超导材料的电子态密度图谱。图14证明了本实施例的氢基超导材料在150GPa～300GPa压力下的金属化特征，这是加压产品具有超导电性的前提条件。
本实施例的氢基超导材料的声子谱、伊利埃伯格(Eliashberg)谱函数和电声耦合积分如图15所示，图15证明了该氢基超导材料在200GPa压力下的声子特征，该氢基超导材料在200GPa声子动力学稳定且具有强的电声耦合，具有超导电性的特征。
在200GPa压力下，本实施例的氢基超导材料在温度为41.27K时可以实现超导转变。也就是说，在200GPa的工作压力下，本实施例的氢基超导材料是临界温度为41.27K的超导材料。
实施例5
本实施例中，参阅图2的流程图以及前述步骤S10至步骤S40的工艺流程制备氢基超导材料。
其中，所述步骤S30中控制充装的氢气的量，使得步骤S10中所用的铽粉和氢气的物质的量比为1:2.5。
其中，所述步骤S40中进行加压压制处理的压力设置为200GPa。
通过CALYPSO方法对本实施例制备获得的氢基超导材料进行确定，其晶体结构如图16所示。从图16中可知，本实施例制备获得的氢基超导材料是由物质的量比为1:2.5的铽原子和氢分子组成的，其化学式为TbH5。
图17是本实施例制备获得的氢基超导材料的电子态密度图谱。图17证明了本实施例的氢基超导材料在200GPa～300GPa压力下的金属化特征，满足超导转变的条件。
本实施例的氢基超导材料的声子谱、伊利埃伯格(Eliashberg)谱函数和电声耦合积分如图18所示，图18证明了该氢基超导材料在200GPa压力下的声子特征，该氢基超导材料在200GPa声子动力学稳定且具有强的电声耦合，具有超导电性的特征。
在200GPa压力下，本实施例的氢基超导材料在温度为79.29K时可以实现超导转变。也就是说，在200GPa的工作压力下，本实施例的氢基超导材料是临界温度为79.29K的超导材料。
实施例6
本实施例中，参阅图2的流程图以及前述步骤S10至步骤S40的工艺流程制备氢基超导材料。
其中，所述步骤S30中控制充装的氢气的量，使得步骤S10中所用的铽粉和氢气的物质的量比为1:3。
其中，所述步骤S40中进行加压压制处理的压力设置为200GPa。
通过CALYPSO方法对本实施例制备获得的氢基超导材料进行确定，其晶体结构如图19所示。从图19中可知，本实施例制备获得的氢基超导材料是由物质的量比为1:3的铽原子和氢分子组成的，其化学式为TbH6。
图20是本实施例制备获得的氢基超导材料的电子态密度图谱。图20证明了本实施例的氢基超导材料在150GPa～300GPa压力下的金属化特征，满足超导转变的条件。
本实施例的氢基超导材料的声子谱、伊利埃伯格(Eliashberg)谱函数和电声耦合积分如图21所示，图21证明了该氢基超导材料在200GPa压力下的声子特征，该氢基超导材料在200GPa声子动力学稳定且具有强的电声耦合，具有超导电性的特征。
在200GPa压力下，本实施例的氢基超导材料在温度为148.3K时可以实现超导转变。也就是说，在200GPa的工作压力下，本实施例的氢基超导材料是临界温度为148.3K的超导材料。
实施例7
本实施例中，参阅图2的流程图以及前述步骤S10至步骤S40的工艺流程制备氢基超导材料。
其中，所述步骤S30中控制充装的氢气的量，使得步骤S10中所用的铽粉和氢气的物质的量比为1:4.5。
其中，所述步骤S40中进行加压压制处理的压力设置为230GPa。
通过CALYPSO方法对本实施例制备获得的氢基超导材料进行确定，其晶体结构如图22所示。从图22中可知，本实施例制备获得的氢基超导材料是由物质的量比为1:4.5的铽原子和氢分子组成的，其化学式为TbH9。
图23是本实施例制备获得的氢基超导材料的电子态密度图谱。图23证明了本实施例的氢基超导材料在200GPa～300GPa压力下的金属化特征，满足超导转变的条件。
本实施例的氢基超导材料的声子谱、伊利埃伯格(Eliashberg)谱函数和电声耦合积分如图24所示，图24证明了该氢基超导材料在230GPa压力下的声子特征，该氢基超导材料在230GPa声子动力学稳定且具有强的电声耦合，具有超导电性的特征。
在230GPa压力下，本实施例的氢基超导材料在温度为226.3K时可以实现超导转变。也就是说，在230GPa的工作压力下，本实施例的氢基超导材料是临界温度为226.3K的超导材料。
实施例8
本实施例中，参阅图2的流程图以及前述步骤S10至步骤S40的工艺流程制备氢基超导材料。
其中，所述步骤S30中控制充装的氢气的量，使得步骤S10中所用的铽粉和氢气的物质的量比为1:5。
其中，所述步骤S40中进行加压压制处理的压力设置为250GPa。
通过CALYPSO方法对本实施例制备获得的氢基超导材料进行确定，其晶体结构如图25所示。从图25中可知，本实施例制备获得的氢基超导材料是由物质的量比为1:5的铽原子和氢分子组成的，其化学式为TbH10。
图26是本实施例制备获得的氢基超导材料的电子态密度图谱。图26证明了本实施例的氢基超导材料在250GPa～350GPa压力下的金属化特征，满足超导转变的条件。
本实施例的氢基超导材料的声子谱、伊利埃伯格(Eliashberg)谱函数和电声耦合积分如图27所示，图27证明了该氢基超导材料在250GPa压力下的声子特征，该氢基超导材料在250GPa声子动力学稳定且具有强的电声耦合，具有超导电性的特征。
在250GPa压力下，本实施例的氢基超导材料在温度为277.8K时可以实现超导转变。也就是说，在250GPa的工作压力下，本实施例的氢基超导材料是临界温度为277.8K的超导材料。
实施例9
本实施例中，参阅图2的流程图以及前述步骤S10至步骤S40的工艺流程制备氢基超导材料。
其中，所述步骤S30中控制充装的氢气的量，使得步骤S10中所用的铽粉和氢气的物质的量比为1:5。
其中，所述步骤S40中进行加压压制处理的压力设置为350GPa。
通过CALYPSO方法对本实施例制备获得的氢基超导材料进行确定，其晶体结构如图28所示。从图28中可知，本实施例制备获得的氢基超导材料是由物质的量比为1:5的铽原子和氢分子组成的，其化学式为TbH10。
图29是本实施例制备获得的氢基超导材料的电子态密度图谱。图29证明了本实施例的氢基超导材料在270GPa～350GPa压力下的金属化特征，满足超导转变的条件。
本实施例的氢基超导材料的声子谱、伊利埃伯格(Eliashberg)谱函数和电声耦合积分如图30所示，图30证明了该氢基超导材料在350GPa压力下的声子特征，该氢基超导材料在350GPa声子动力学稳定且具有强的电声耦合，具有超导电性的特征。
在350GPa压力下，本实施例的氢基超导材料在温度为262.5K时可以实现超导转变。也就是说，在350GPa的工作压力下，本实施例的氢基超导材料是临界温度为262.5K的超导材料。
实施例9
本实施例中，参阅图2的流程图以及前述步骤S10至步骤S40的工艺流程制备氢基超导材料。
其中，所述步骤S30中控制充装的氢气的量，使得步骤S10中所用的铽粉和氢气的物质的量比为1:6。
其中，所述步骤S40中进行加压压制处理的压力设置为150GPa。
通过CALYPSO方法对本实施例制备获得的氢基超导材料进行确定，其晶体结构如图31所示。从图31中可知，本实施例制备获得的氢基超导材料是由物质的量比为1:6的铽原子和氢分子组成的，其化学式为TbH12。
图32是本实施例制备获得的氢基超导材料的电子态密度图谱。图32证明了本实施例的氢基超导材料在150GPa～300GPa压力下的金属化特征，满足超导转变的条件。
本实施例的氢基超导材料的声子谱、伊利埃伯格(Eliashberg)谱函数和电声耦合积分如图33所示，图33证明了该氢基超导材料在150GPa压力下的声子特征，该氢基超导材料在150GPa声子动力学稳定且具有强的电声耦合，具有超导电性的特征。
在150GPa压力下，本实施例的氢基超导材料在温度为170.5K时可以实现超导转变。也就是说，在150GPa的工作压力下，本实施例的氢基超导材料是临界温度为170.5K的超导材料。
在另外的一些具体实施例中，参照以上实施例的工艺步骤：在步骤S30中控制充装的氢气的量使得铽粉和氢气的物质的量比为1:3.5，由此制备获得的氢基超导材料是由物质的量比为1:3.5的铽原子和氢分子组成的，其化学式为TbH7。在步骤S30中控制充装的氢气的量使得铽粉和氢气的物质的量比为1:4，制备获得的氢基超导材料是由物质的量比为1:4的铽原子和氢分子组成的，其化学式为TbH8。在步骤S30中控制充装的氢气的量使得铽粉和氢气的物质的量比为1:5.5，制备获得的氢基超导材料是由物质的量比为1:5.5的铽原子和氢分子组成的，其化学式为TbH11。
综上所述，以上实施例提供的氢基超导材料及其制备方法，以铽粉和氢气作为原料，在密闭条件下进行加压压制处理使原料金属化，获得金属氢化物的氢基超导材料，其分子式为TbHn，是一种具有二元金属特性的超导材料体系，为超导材料的选择及其应用提供了更大的空间。
在一个优选实施例提供的氢基超导材料的工作压力低至5GPa(例如实施例2)，另一个优选实施例提供的氢基超导材料的临界超导温度高达277.8K(例如实施例8)，具体而言，本发明实施例提供的氢基超导材料的工作压力为5GPa～350GPa、临界超导温度为0.008K～277.8K，工作压力和临界超导温度均具有很宽的调制范围，可以更好地适用于各个行业领域。
在优选实施例提供的氢基超导材料的临界超导温度达到270K以上(例如实施例8)，获得了接近于室温的高温超导材料，为超导材料实现在常温环境中的应用提供了非常良好的基础。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种氢基超导材料，其特征在于，所述氢基超导材料的分子式为TbHn，其中1≤n≤12。
2.根据权利要求1所述的氢基超导材料，其特征在于，所述氢基超导材料的分子式为TbH1、TbH2、TbH3、TbH4、TbH5、TbH6、TbH7、TbH8、TbH9、TbH10、TbH11或TbH12。
3.根据权利要求1所述的氢基超导材料，其特征在于，所述氢基超导材料的工作压力为5GPa～350GPa、临界超导温度为0.008K～277.8K。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的氢基超导材料的制备方法，其特征在于，包括：提供铽粉和氢气，在密闭条件下，对所述铽粉和所述氢气进行加压压制处理使其金属化，制备获得所述氢基超导材料。
5.根据权利要求4所述的氢基超导材料的制备方法，其特征在于，所述铽粉和所述氢气的物质的量比为1:(n/2)，其中1≤n≤12。
6.根据权利要求4所述的氢基超导材料的制备方法，其特征在于，所述加压压制处理的压力范围为5GPa～350GPa。
7.根据权利要求4-6任一项所述的氢基超导材料的制备方法，其特征在于，采用金刚石对顶砧作为加压装置对所述铽粉和所述氢气进行加压压制处理。
8.根据权利要求7所述的氢基超导材料的制备方法，其特征在于，所述金刚石对顶砧的垫片为铼片或不锈钢片，所述金刚石对顶砧的传压介质为惰性气体，所述金刚石对顶砧的压标物质为红宝石。
9.根据权利要求8所述的氢基超导材料的制备方法，其特征在于，在进行所述加压压制处理之前，分别对所述铽粉和所述垫片进行预压处理。
10.根据权利要求9所述的氢基超导材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供所述铽粉，对所述铽粉进行压片处理，获得铽粉预压片；
提供所述金刚石对顶砧作为加压装置，对所述金刚石对顶砧的垫片进行预压处理，在所述垫片中形成孔；
将所述铽粉预压片放置于所述孔中，应用封气装置向所述金刚石对顶砧中充装所述氢气；
控制所述金刚石对顶砧对所述铽粉预压片和所述氢气进行加压压制处理使其金属化，制备获得所述氢基超导材料。
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