CN113035444A - 一种钡碳氢超导材料及其制备方法 - Google Patents

一种钡碳氢超导材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113035444A
CN113035444A CN202110264406.0A CN202110264406A CN113035444A CN 113035444 A CN113035444 A CN 113035444A CN 202110264406 A CN202110264406 A CN 202110264406A CN 113035444 A CN113035444 A CN 113035444A
Authority
CN
China
Prior art keywords
barium
carbon
superconducting material
hydrogen
pressure
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.)
Pending
Application number
CN202110264406.0A
Other languages
English (en)
Inventor
蒋梦景
钟国华
杨春雷
李文杰
田慧丽
海玉龙
陆宁
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.)
Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Original Assignee
Shenzhen Institute of Advanced Technology 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 Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS filed Critical Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS
Priority to CN202110264406.0A priority Critical patent/CN113035444A/zh
Publication of CN113035444A publication Critical patent/CN113035444A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • 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

Abstract

本发明公开了一种钡碳氢超导材料及其制备方法，该钡碳氢超导材料的分子式为Ba(CH4)n，其中n≥1；该钡碳氢超导材料由金属钡粉和甲烷加压制备获得，本发明提供的钡碳氢超导材料的制备方法包括：提供钡粉和碳基氢化物，在密闭条件下，对所述钡粉和所述碳基氢化物进行加压压制处理。本发明提供的钡碳氢超导材料可在10GPa～100GPa的较低压力范围内获得超导相变，解决了目前氢基高温超导体工作所需压力过大的问题；本发明提供的钡碳氢超导材料的制备方法简单高效，制备条件易操作，为超导材料的选择及其应用提供了更大的空间，可很好地应用于各行业领域。

Description

一种钡碳氢超导材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及超导材料技术领域，具体涉及一种钡碳氢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，氢基超导体等，其中氢基超导体被视为最具前景的高温或室温超导体之一，大量的氢基高温超导体被研究，但是其所需的工作压力过高(通常高于150GPa)，甚至在实验室条件下都很难达到，因此很难实现大规模的制备和应用。
本发明所要解决的就是目前氢基超导体工作所需压力过大的问题，提供一种使其可以在工业和日常生活等普通条件下工作的新型超导材料。
发明内容
为解决上述现有技术中的氢基高温超导体工作所需压力过大的问题，本发明提供了一种在10Gpa～100GPa的较低压力下可获得超导转变的钡碳氢超导材料及其制备方法。
本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：
本发明提供了一种钡碳氢超导材料，其特征在于，其分子式为Ba(CH4)n，其中n≥1。
进一步地，所述钡碳氢超导材料的分子式为BaCH4、Ba2(CH4)2、Ba2(CH4)4、Ba4(CH4)8。
进一步地，所述钡碳氢超导材料的工作压力为10GPa～100GPa，临界超导温度为1.4K～12.3K。
本发明还提供一种上述钡碳氢超导材料的制备方法，包括：提供钡粉和碳基氢化物，在密闭条件下，对所述钡粉和所述碳基氢化物进行加压压制处理。
进一步地，所述碳基氢化物为甲烷。
进一步地，所述钡粉和所述碳基氢化物的物质的量比为1:1或1:2。
进一步地，所述加压压制处理的压力范围为10GPa～100GPa。
进一步地，采用金刚石对顶砧作为加压装置对所述钡粉和所述碳基氢化物进行加压压制处理。
进一步地，所述金刚石对顶砧的垫片为铼片或T301不锈钢片，传压介质为氦气，压标物质为红宝石。
进一步地，在进行所述加压压制处理之前，分别对所述钡粉和所述垫片进行预压处理。
本发明提供的钡碳氢超导材料的制备方法是以钡粉和碳基氢化物作为原料，在密闭条件下进行高压处理，获得了工作压力(为10Gpa～100GPa)低的新型氢基超导体，为超导材料的选择及其应用提供了更大的空间，可很好地在工业生产中应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例所采用的金刚石对顶砧示意图；
图2为本发明实施例所采用的封气装置示意图；
图3为实施例1中加压产品的晶体结构图；
图4为实施例1中加压产品的电子态密度图谱；
图5为实施例1中加压产品的声子谱、伊利埃伯格谱函数以及电声耦合积分的图示；
图6为实施例2中加压产品的晶体结构图；
图7为实施例2中加压产品的电子态密度图谱；
图8为实施例2中加压产品的声子谱、伊利埃伯格谱函数以及电声耦合积分的图示。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
本发明的发明人基于现有技术中的氢基超导体工作所需压力过大的问题，提供了一种在10GPa～100GPa的较低压力下可获得超导转变的钡碳氢超导材料及其制备方法。
本发明实施例提供了一种钡碳氢超导材料的制备方法，包括：提供钡粉和碳基氢化物，在密闭条件下，对钡粉和碳基氢化物进行加压压制处理。
进一步地，碳基氢化物为甲烷。
在制备过程中，钡粉和碳基氢化物的物质的量比可以为任意值。在获得的钡碳氢超导材料中，钡原子与碳基氢化物分子的物质的量之比为1:1或1:2，因此在提供原料时，钡粉和碳基氢化物的物质的量比优选为1:1或1:2。
进一步地，为了获得成型的产品，先对钡粉进行预压处理，将钡粉压成片状后再进行加压压制处理。
进一步地，采用金刚石对顶砧作为加压装置。
其中，金刚石对顶砧的垫片普遍选择铼片或T301不锈钢片，两种垫片的选择不会给最终的制备结果带来显著影响；传压介质选择氦气；利用红宝石的荧光峰在压力下的移动来标定压力，压标物质选择红宝石。
在进行加压压制处理之前，为了能在垫片上钻孔便于后续的压制处理，采用金刚石对顶砧对垫片进行预压处理，预压垫片至压力为5GPa，然后在垫片的压痕中心进行打孔。
进一步地，金刚石对顶砧施加的压力范围为10GPa～100GPa。
本发明实施例提供了一种钡碳氢超导材料，包括钡元素、碳元素和氢元素，新型超导材料的分子式为Ba(CH4)n，其中n≥1。
优选地，钡碳氢超导材料的分子式为BaCH4、Ba2(CH4)2、Ba2(CH4)4、Ba4(CH4)8。
钡碳氢超导材料的工作压力为10GPa～100GPa，该超导材料随压力的变化表现出明显的空间结构变化。在不同压强下该新型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。
更进一步地，上述钡碳氢超导材料的临界超导温度为1.4K～12.3K。
相比现有技术中的工作压力高于150GPa的氢基超导体，本发明在密闭加压条件下，采用钡粉和碳基氢化物作为原料获得的新型氢基超导体，其工作压力在10GPa～100GPa范围内，可很好地应用到工业和生活中。
以下将结合具体的实施例来说明本发明的上述新型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新型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
采用阿法埃莎(中国)化学有限公司的99.9％纯度的钡粉作为粉末样品。对粉末样品进行预压片，得到的样品片厚度约为20μm。
采用金刚石对顶砧作为加压装置，其示意图详见图1，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。
用金刚石对顶砧在铼片11上压出凹痕，预压压力为5GPa，之后在压痕的中心打孔，将样品片112置于孔的中心，然后利用封气装置充装甲烷，控制甲烷与样品的物质的量为1:1。给样品片和甲烷施加20GPa的压力，得到加压产品。其中，封气装置的示意图如图2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(约为0.15GPa)，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。
通过CALYPSO方法获得的上述加压产品的晶体结构如图3所示。从图3中可知，上述加压产品是由物质的量比为1:1的钡原子和甲烷分子组成的，其化学式为BaCH4。
上述加压产品的电子态密度图谱如图4所示，图4证明了该加压产品在20GPa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。
在20GPa压力下，上述加压产品在温度为2.5K时可以实现超导转变。也就是说，在20GPa的工作压力下，本实施例获得的加压产品是临界温度为2.5K的钡碳氢超导材料。
上述加压产品的声子谱、伊利埃伯格谱函数以及电声耦合积分的图示如图5所示，从声子谱图上看到只有非常低的负频率，这说明加压产品的力学稳定性较好；采用伊利埃伯格谱函数可以得到电声耦合积分，进一步可以拟合得到钡碳氢超导材料的超导转变温度为2.5K。
实施例2
本实施例与实施例1相同之处在此不再赘述，只说明本实施例与实施例1的不同之处，本实施例的不同之处在于：控制甲烷与样品的物质的量为1:2，在加压压制处理过程中，给样品片和甲烷施加20GPa的压力，得到钡碳氢超导材料。
本实施例制备获得的钡碳氢超导材料，其晶体结构如图6所示。由图6可知，所述钡碳氢超导材料是由物质的量比为1:2的钡原子和甲烷分子组成的，其化学式为Ba4(CH4)8。
上述钡碳氢超导材料的电子态密度图谱如图7所示，图7显示了该钡碳氢超导材料的金属化特征。
在20GPa压力下，上述钡碳氢超导材料在温度为8.3K时可以实现超导转变。也就是说，在20GPa的工作压力下，本实施例获得的钡碳氢超导材料的临界温度为8.3K。
上述加压产品的声子谱、伊利埃伯格谱函数以及电声耦合积分的图示如图8所示，从声子谱图上看到只有非常低的负频率，这说明加压产品的力学稳定性较好；采用伊利埃伯格谱函数可以得到电声耦合积分，进一步可以拟合得到钡碳氢超导材料的超导转变温度为8.3K。
本发明提供的钡碳氢超导材料的制备方法是以钡粉和碳基氢化物作为原料，在密闭条件下进行高压处理，获得了工作压力(为10Gpa～100GPa)低的新型氢基超导体，为超导材料的选择及其应用提供了更大的空间，可很好地在工业生产中应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钡碳氢超导材料，其特征在于，其分子式为Ba(CH4)n，其中n≥1。
2.根据权利要求1所述的钡碳氢超导材料，其特征在于，所述钡碳氢超导材料的分子式为BaCH4、Ba2(CH4)2、Ba2(CH4)4、Ba4(CH4)8。
3.根据权利要求1或2所述的钡碳氢超导材料，其特征在于，所述钡碳氢超导材料的工作压力为10GPa～100GPa，临界超导温度为1.4K～12.3K。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的钡碳氢超导材料的制备方法，其特征在于，包括：提供钡粉和碳基氢化物，在密闭条件下，对所述钡粉和所述碳基氢化物进行加压压制处理。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碳基氢化物为甲烷。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述钡粉和所述碳基氢化物的物质的量比为1:1或1:2。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述加压压制处理的压力范围为10GPa～100GPa。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，采用金刚石对顶砧作为加压装置对所述钡粉和所述碳基氢化物进行加压压制处理。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述金刚石对顶砧的垫片为铼片或T301不锈钢片，传压介质为氦气，压标物质为红宝石。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在进行所述加压压制处理之前，分别对所述钡粉和所述垫片进行预压处理。
CN202110264406.0A 2021-03-11 2021-03-11 一种钡碳氢超导材料及其制备方法 Pending CN113035444A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110264406.0A CN113035444A (zh) 2021-03-11 2021-03-11 一种钡碳氢超导材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110264406.0A CN113035444A (zh) 2021-03-11 2021-03-11 一种钡碳氢超导材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113035444A true CN113035444A (zh) 2021-06-25

Family

ID=76470320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110264406.0A Pending CN113035444A (zh) 2021-03-11 2021-03-11 一种钡碳氢超导材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113035444A (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110183473A (zh) * 2019-05-23 2019-08-30 深圳先进技术研究院 一种新型超导材料及其制备方法
CN111768919A (zh) * 2020-07-09 2020-10-13 深圳先进技术研究院 富氢超导材料及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110183473A (zh) * 2019-05-23 2019-08-30 深圳先进技术研究院 一种新型超导材料及其制备方法
CN111768919A (zh) * 2020-07-09 2020-10-13 深圳先进技术研究院 富氢超导材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MARKKU R.SUNDBERG ER AL: "Multipel 3c-2e bonding of methane with metal cations", 《CHEMICAL PHYSICS LETTERS》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110183473B (zh) 一种新型超导材料及其制备方法
CN111768918A (zh) 氢基超导材料及其制备方法
Somayazulu et al. Evidence for superconductivity above 260 K in lanthanum superhydride at megabar pressures
Errandonea et al. Recent progress on the characterization of the high-pressure behaviour of AVO4 orthovanadates
Badding High-pressure synthesis, characterization, and tuning of solid state materials
Sumiya et al. Microstructure features of polycrystalline diamond synthesized directly from graphite under static high pressure
CN109437920A (zh) 纳米/亚微米结构wBN超硬材料及wBN-cBN超硬复合材料及制备方法和刀具
Ma et al. Investigating robust honeycomb borophenes sandwiching manganese layers in manganese diboride
CN111768919A (zh) 富氢超导材料及其制备方法
Chen et al. Nanocrystalline iron at high pressure
CN113035444A (zh) 一种钡碳氢超导材料及其制备方法
He et al. Superconductivity observed in tantalum polyhydride at high pressure
Liu High pressure synthesis and preparation of inorganic materials
CN104217817B (zh) 制备（Ba/Sr）1-xKxFe2As2超导线材或带材的方法
Liu et al. Lack of the critical pressure for weakening of size-induced stiffness in 3 C–SiC nanocrystals under hydrostatic compression
CN106966432A (zh) 常压下具有金属特性的Mx′相VO2纳米材料的制备方法
Liu et al. Carbon-coating layers on boron generated high critical current density in MgB2 superconductor
CN113113184B (zh) 一种碳基超导材料及其制备方法
CN112142956B (zh) 一种一氧化碳的聚合方法
CN113380457B (zh) 一种硼氮基超导材料及其制备方法
CN114368727A (zh) 一种氯硫基氢化物超导材料及其制备方法
CN110935399B (zh) 铰链式六面顶压机一级压力提升装置
US10160654B2 (en) Ultrahard nanotwinned diamond bulk material and method for preparing the same
Arvanitidis et al. Lattice collapse in mixed-valence samarium fulleride Sm 2.75 C 60 at high pressure
Akahama et al. Sintered diamond anvil high‐pressure cell for electrical resistance measurements at low temperatures up to 50 GPa

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210625