CN114974722B - 一种金属间化合物超导体及其制备方法和应用 - Google Patents

一种金属间化合物超导体及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属间化合物超导体及其制备方法和应用。所述金属间化合物超导体包括Ta、Co和Si，该金属间化合物的化学式为Ta4CoSi。其制备方法包括，将Ta粉、Co粉和Si粉放入磨具中压成圆柱形块体；将压好的圆柱形块体放入电弧熔炼炉中熔炼成金属合金球；将金属合金球置于石英管中，抽至真空度为1×10‑4～1×10‑5Torr后，用乙炔火焰进行封管密封，然后置于1050～1150℃的箱式炉中煅烧24～100h，再在冰水中淬火，得到所述的金属间化合物超导体。本发明提供的是一种新的富钽金属间化合物超导体。该富钽金属间化合物Ta4CoSi超导体的发现，为超导家族添加了新的成员，有助于人们理解特殊晶体结构中的奇异超导电性。

Description

一种金属间化合物超导体及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及功能材料技术领域，具体涉及一种金属间化合物超导体及其制备方法和应用。
背景技术
1911年，荷兰科学家H.K.Onnes在4.2K的低温下观察到Hg的零电阻现象，凝聚态物理学的主要领域之一的超导物理学从此诞生。超导材料是指具有在一定温度条件下(一般为较低温度)呈现出电阻等于零并且排斥磁力线性质的材料。因具有完全电导性、完全抗磁性及通量量子化的奇特性质，超导材料在电力通信、工业运输、医疗诊断、高能物理、能源传输和军事装备等领域具有广阔的应用前景。
超导材料的发展经历了一个从简单到复杂，即由一元系到二元系、三元系以至多元系的过程。至今一个多世纪以来，研究者们已经发现了数以千计的超导材料，多达5000余种。其中包括单质元素、合金化合物、复杂氧化物以及有机超导体。
其中，合金化合物超导体主要包括金属间化合物、金属碳化物、金属氮化物和金属硅化物等，如NbN、NbC、V3Si、Nb3Sn、Nb3Ge等，其中Nb3Ge具有23.2K的最高超导转变温度。这一记录一直保持到2001年，人们发现MgB2合金超导体，其超导转变温度高达39K。在这期间，J.Bardeen、L.Cooper和J.Schrieffer三人于1957年共同提出了基于电声相互作用的BCS理论，成功解决了常规的金属和合金超导电性的微观机理问题。然而，高温超导体(铜氧化合物和铁基超导体)的发现打破了BCS理论预言的传统超导体超导转变温度的麦克米兰极限(40K)，直接证明了高温超导是非常规超导体。
但是，至今为止仍没有形成一个系统、全面的超导理论。新超导体的发现既包括老化合物中新发现超导体，又包括合成新的化合物并发现超导。寻找新的超导体一直是凝聚态物理领域的前沿问题。探索和开发新型新超导体没有系统理论指导，仍是该领域的一大挑战。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种金属间化合物超导体。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种金属间化合物超导体，所述金属间化合物包括Ta、Co和Si，该金属间化合物的化学式为Ta4CoSi。
作为优选，所述金属间化合物超导体的超导转变温度为2.4-2.5K，上临界磁场Hc2为1.11T，下临界磁场Hc1为7.27mT。
作为优选，所述金属间化合物超导体具有蜂窝网络结构。
本发明的目的之二在于提供一种金属间化合物超导体的制备方法。
一种金属间化合物超导体的制备方法，包括以下步骤，
将Ta粉、Co粉和Si粉放入磨具中压成圆柱形块体；
将压好的圆柱形块体放入电弧熔炼炉中，在惰性气体氛围下，将圆柱形块体熔炼成金属合金球；
将金属合金球置于石英管中，抽至真空度为1×10-4～1×10-5Torr后，用乙炔火焰进行封管密封，然后置于1050～1150℃的箱式炉中煅烧24～100h，再在冰水中淬火，得到如权利要求1所述的金属间化合物超导体。
进一步地，所述Ta粉、Co粉和Si粉的摩尔比为3.2～3.8:1:1。
进一步地，所述箱式炉以1～10℃/min进行升温直至设定温度。
进一步地，采用X射线粉末衍射确定样品的纯度后，利用Fullprof软件的Structural Mode拟合得到样品的晶体参数。
进一步地，采用综合物理测试系统测试样品的物理性质，包括电导率、磁性性质、上下临界磁场。
本发明的目的之三在于提供一种金属间化合物超导体的应用，将所述的金属间化合物超导体超导体用于通信、高新技术装备和军事装备领域。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明公开的金属间化合物超导体是一种新的富钽金属间化合物。通过X射线粉末衍射确定其化学式为Ta4CoSi。其晶体结构中Ta原子具有蜂窝网络结构，该网络结构的键长分别为
Figure BDA0003727594380000031
和
Figure BDA0003727594380000032
具有蜂窝网络晶体结构。该富钽金属间化合物Ta4CoSi超导体的发现，为超导家族添加了新的成员，并有助于人们理解特殊晶体结构中的奇异超导电性。
2.本发明公开的Ta4CoSi材料具有超导电性，是一种新的合金超导体，其超导转变温度为2.45K，上临界磁场Hc2为1.11T，下临界磁场Hc1为7.27mT。
3.本发明公开的Ta4CoSi材料，制备过程简单且对制备的要求低，具有低成本的优点。
附图说明
图1为本发明一种金属间化合物超导体的XRD衍射图和晶体结构示意图，其中，(a)为样品的XRD衍射图，(b)为晶体结构示意图。
图2为本发明实施例1制备的Ta4CoSi的电导率曲线图。
图3为本发明实施例1制备的Ta4CoSi的磁化率和下临界磁场拟合图，其中，(a)为磁化率曲线图，(b)和(c)为Hc1曲线图。
图4为本发明实施例1制备的Ta4CoSi的Hc2曲线图，其中，(a)为超导转变温度随磁场变化曲线图；(b)为Hc2曲线图。
图5为本发明实施例1制备的Ta4CoSi的热容曲线图。
具体实施方式
实施例1
一种金属间化合物超导体，其制备方法包括以下步骤，
精确称量0.2190g Ta，0.0210g Co和0.0100g Si原料，放入磨具中压成圆柱形块体；
将压好的圆柱形块体放入电弧熔炼炉中，在氩气氛围下(相对于外界大气压，氩气浓度为-0.05MPa，下同)，将圆柱形块体熔炼成金属合金球；
将金属合金球置于石英管中，抽至真空度为1×10-5Torr后，用乙炔火焰进行封管密封，然后置于1050℃的箱式炉中煅烧24h，再在冰水中淬火，得到样品。
对样品进行X射线粉末衍射(PXRD)，并用FullProf软件拟合多晶样品的XRD衍射图，如图1所示。其中，图1(a)为样品的XRD衍射图，(b)晶体结构示意图。从图1(a)可以看出，样品的xrd拟合较好，证明合成的样品是Ta4CoSi新化合物。从图1(b)可以看出，其晶体结构中Ta原子具有蜂窝网络结构，由此可知该多晶材料也具有蜂窝网络结构。该网络结构的键长分别为
Figure BDA0003727594380000041
和
Figure BDA0003727594380000042
经粉末拟合证明其物相均匀，在空气中性质稳定。
然后通过物理综合测试系统(PPMS)来系统测试Ta4CoSi样品的物理性质：主要包括电导率、磁性性质、上下临界场等。经过测试，Ta4CoSi的电导率曲线图如图2所示。从图2可知，样品的电阻率随温度的降低缓慢降低，变现出金属电阻行为，并且在低温下，电阻发生突降，并达到零电阻现象，证明发生超导现象，其超导转变温度大约为2.45K。
图3为Ta4CoSi的磁化率和下临界磁场拟合图，其中，图3(a)为磁化率曲线图，图3(b)和图3(c)为Hc1曲线图。从图3(a)中可以看出，在温度低于2.44K时，样品在20Oe的磁场下表现出完全抗磁性，进一步证明样品的超导现象。从图3(b)和(c)可以得到样品的下临界磁场Hc1为7.27mT。
图4为Ta4CoSi合金材料的Hc2曲线图。从图4(a)中可以看出，样品的超导转变温度随磁场的增加而降低。从图4(b)中可以看出，样品的上临界磁场Hc2为1.11T。
对Ta4CoSi进行热容测试，其热容曲线如图5所示，从图5可以看出，样品在2.38K时，出现比热跃变，证明了该样品是体相超导。
实施例2
一种金属间化合物超导体，其制备方法包括以下步骤，
精确称量0.2173g Ta，0.0221g Co和0.0105g Si原料，放入磨具中压成圆柱形块体；
将压好的圆柱形块体放入电弧熔炼炉中，在氩气氛围下，将圆柱形块体熔炼成金属合金球；
将金属合金球置于石英管中，抽至真空度为1×10-5Torr后，用乙炔火焰进行封管密封，然后置于1050℃的箱式炉中煅烧24h，再在冰水中淬火，得到样品。对样品进行X射线粉末衍射(PXRD)，利用Fullprof软件的Structural Mode拟合得到样品的晶体参数。再采用综合物理测试系统测试样品的物理性质，包括电导率、磁性性质、上下临界磁场，其结果与实施例1相同。
实施例3
一种金属间化合物超导体，其制备方法包括以下步骤，
精确称量0.2173g Ta，0.0221g Co和0.0105g Si原料，放入磨具中压成圆柱形块体；
将压好的圆柱形块体放入电弧熔炼炉中，在真空和氩气氛围下，将圆柱形块体熔炼成金属合金球；
将金属合金球置于石英管中，抽至真空度为1×10-5Torr后，用乙炔火焰进行封管密封，然后置于1100℃的箱式炉中煅烧48h，再在冰水中淬火，得到样品。对样品进行X射线粉末衍射(PXRD)，利用Fullprof软件的Structural Mode拟合得到样品的晶体参数。再采用综合物理测试系统测试样品的物理性质，包括电导率、磁性性质、上下临界磁场，其结果与实施例1相同。
实施例4
一种金属间化合物超导体，其制备方法包括以下步骤，
精确称量0.2232g Ta，0.0182g Co和0.0087g Si原料，放入磨具中压成圆柱形块体；
将压好的圆柱形块体放入电弧熔炼炉中，在真空和氩气氛围下，将圆柱形块体熔炼成金属合金球；
将金属合金球置于石英管中，抽至真空度为1×10-5Torr后，用乙炔火焰进行封管密封，然后置于1050℃的箱式炉中煅烧24h，再在冰水中淬火，得到样品。对样品进行X射线粉末衍射(PXRD)，利用Fullprof软件的Structural Mode拟合得到样品的晶体参数。再采用综合物理测试系统测试样品的物理性质，包括电导率、磁性性质、上下临界磁场，其结果与实施例1相同。
本发明实施例制备的Ta4CoSi金属间化合物超导体，其晶体结构中Ta原子具有蜂窝网络结构，该网络结构的键长分别为
Figure BDA0003727594380000061
和
Figure BDA0003727594380000062
具有蜂窝网络晶体结构，并且是体相超导。其超导转变温度为2.45K，上临界磁场Hc2为1.11T，下临界磁场Hc1为7.27mT。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种金属间化合物超导体，其特征在于，所述金属间化合物包括Ta、Co和Si，该金属间化合物的化学式为Ta4CoSi。
2.根据权利要求1所述的金属间化合物超导体，其特征在于，所述金属间化合物超导体的超导转变温度为2.4-2.5K，上临界磁场Hc2为1.11T，下临界磁场Hc1为7.27mT。
3.根据权利要求1所述的金属间化合物超导体，其特征在于，所述金属间化合物超导体具有蜂窝网络结构。
4.一种金属间化合物超导体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
将Ta粉、Co粉和Si粉放入磨具中压成圆柱形块体；
将压好的圆柱形块体放入电弧熔炼炉中，在惰性气体氛围下，将圆柱形块体熔炼成金属合金球；
将金属合金球置于石英管中，抽至真空度为1×10-4～1×10-5Torr后，用乙炔火焰进行封管密封，然后置于1050～1150℃的箱式炉中煅烧24～100h，再在冰水中淬火，得到如权利要求1所述的金属间化合物超导体。
5.根据权利要求4所述的金属间化合物超导体的制备方法，其特征在于，所述Ta粉、Co粉和Si粉的摩尔比为3.2～3.8:1:1。
6.根据权利要求4所述的金属间化合物超导体的制备方法，其特征在于，所述箱式炉以1～10℃/min进行升温直至设定温度。
7.根据权利要求4所述的金属间化合物超导体的制备方法，其特征在于，采用X射线粉末衍射确定样品的纯度后，利用Fullprof软件的Structural Mode拟合得到样品的晶体参数。
8.根据权利要求4所述的金属间化合物超导体的制备方法，其特征在于，采用综合物理测试系统测试样品的物理性质，包括电导率、磁性性质、上下临界磁场。
9.一种金属间化合物超导体的应用，其特征在于，将权利要求1所述的金属间化合物超导体超导体用于通信、高新技术装备和军事装备领域。
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US20120108438A1 (en) * 2010-11-01 2012-05-03 Sze Kui Ng Superconductors and methods of manufacturing the same
CN102568694A (zh) * 2010-12-23 2012-07-11 吴仕驹 高温超导体及其制备方法
US20170279028A1 (en) * 2016-03-22 2017-09-28 Eastern Plus, LLC Purposing and repurposing a group of compounds that can be used as high temperature superconductors
CN109797431A (zh) * 2019-01-09 2019-05-24 中山大学 一种新型硫属超导材料及其制备方法
CN113773082A (zh) * 2021-08-04 2021-12-10 中山大学 一种新型Pt掺杂尖晶石结构超导材料及其制备方法

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