CS270392B1 - Process for preparing a high temperature superconductor - Google Patents
Process for preparing a high temperature superconductor Download PDFInfo
- Publication number
- CS270392B1 CS270392B1 CS887856A CS785688A CS270392B1 CS 270392 B1 CS270392 B1 CS 270392B1 CS 887856 A CS887856 A CS 887856A CS 785688 A CS785688 A CS 785688A CS 270392 B1 CS270392 B1 CS 270392B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- derivatives
- precipitation
- temperature
- cations
- crystallizer
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y02E40/64—
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Řešení se týká přípravy chemického prekurzoru vysokoteplotního supravodiče řízenou krystalizaoí srážením za přítomnosti hydrofilního koloidu. Tento způsob přípravy umožňuje nanášet tenké i silné vrstvy supravodiče a vytvářet kompaktní tělesa nebo prášek supravodiče.The solution concerns the preparation of a chemical precursor of a high-temperature superconductor by controlled crystallization by precipitation in the presence of a hydrophilic colloid. This preparation method allows for the deposition of thin and thick layers of the superconductor and the creation of compact bodies or superconductor powder.
Description
Vynález se týká způsobu přípravy vysokoteplotních supravodičů typu A-B-0u-0 řízenou krystalizací srážením z rostoku, kde A představuje kation v oxidační· stupni 3* s velikostí Iontového poloměru v intervalu 0,080 až 0,120 nm, popř. libovolnou kombinaci takových lontů, a B představuje ion vápenatý, strontnatý nebo bamatý, popř. libovolnou kombinaci těchto iontů.The invention relates to a method for preparing high-temperature superconductors of the A-B-0u-0 type by controlled crystallization by precipitation from a seed, where A represents a cation in the 3* oxidation state with an ionic radius in the range of 0.080 to 0.120 nm, or any combination of such ions, and B represents a calcium, strontium or barium ion, or any combination of these ions.
Vysokoteplotní supravodiče o kritických teplotách vyšších, než Je teplota varu kapalného dusíku, nabízejí širokou škálu aplikací v technická praxi. Pro jejich praktické využití Je nezbytné zvládnout definovaný způsob jejich přípravy, kdy Je potřebné získat supravodivé materiály nejenom a požadovanou kritickou teplotou To, ale i s potřebnou kritickou hustotou proudu JQ.High-temperature superconductors with critical temperatures higher than the boiling point of liquid nitrogen offer a wide range of applications in technical practice. For their practical use, it is necessary to master a defined method of their preparation, when it is necessary to obtain superconducting materials not only with the required critical temperature T o , but also with the required critical current density J Q .
V publikované literatuře lze najít řadu způsobů přípravy vysokoteplotních supravodičů, které se mohou principiálně rozdělit na přípravu v malém měřítku a přípravu ve velkém měřítku. Protože literatura o přípravě vysokoteplotních supravodičů Je velmi obsáhlá, bude účelné pro snazší orientaci roztřídit způsoby přípravy vysokoteplotních supravodičů podle jejich principu. Takové rozdělení způsobů přípravy vysokoteplotních supravodičů uvádí tabulka I. Pro praktické aplikace Je potřebné zvládnout přípravu různých tvarů vysokoteplotních supravodičů: pásky, dráty, tenké a silné vrstvy a jejich nanášení na různé podložky, kompaktní tělesa a pod. Ačkoliv tímto problémem se zabývá obrovský počet publikovaných prací, zveřejňovaných v řadě odborných časopisů, ve sbornících symposií a kongresů či v patentových přihláškách, ukazuje se velmi obtížné optimalizovat dosud známé způsoby přípravy tak, aby byly připravovány vysokoteplotní supravodiče s vysokou kritickou hustotou proudu. χο se obzvláště týká způsobů přípravy vysokoteplotních supravodičů ve velkém měřítku (viz tabulka I).In the published literature, one can find a number of methods for preparing high-temperature superconductors, which can be divided in principle into small-scale preparation and large-scale preparation. Since the literature on the preparation of high-temperature superconductors is very extensive, it will be useful for easier orientation to classify the methods for preparing high-temperature superconductors according to their principle. Such a division of the methods for preparing high-temperature superconductors is given in Table I. For practical applications, it is necessary to master the preparation of various shapes of high-temperature superconductors: tapes, wires, thin and thick layers and their application on various substrates, compact bodies, etc. Although this problem is addressed by a huge number of published works, published in a number of professional journals, in proceedings of symposia and congresses or in patent applications, it turns out to be very difficult to optimize the previously known methods of preparation so that high-temperature superconductors with a high critical current density are prepared. χ ο is particularly relevant to methods for preparing high-temperature superconductors on a large scale (see Table I).
Tabulka ITable I
Způsoby přípravy vysokoteplotních supravodičůMethods for preparing high-temperature superconductors
Metody malého měřítkaSmall-scale methods
Nanášení tenkých vrstevApplying thin layers
NaprašováníSputtering
NapařováníSwagger
Organokovová vrstvaOrganometallic layer
PrekurzoryPrecursors
Vytváření obrazců účinnými ionty reaktivními elektronyCreating patterns with effective ions and reactive electrons
dvojitým iontovým svazkem nagnetronová reaktivní ve velmi vysokém vakuu tepelné laserové odpařování elektronovým paprskem výbojem epitaxie molekulárním svazkem epitaxie tuhá fáze/pára/kapalina nanášení z par organokovů z vrstvy polymerního prekurzoru fotolitografie leptání iontovým svazkem či laserem obrábění iontovým svazkem implantace iontů iontovou plazmou sítotiskem litografie elektronovým paprskemdouble ion beam nagnetron reactive in very high vacuum thermal laser evaporation electron beam discharge epitaxy molecular beam epitaxy solid phase/vapor/liquid deposition from organometallic vapor from a polymer precursor layer photolithography ion beam or laser etching ion beam machining ion implantation ion plasma screen printing electron beam lithography
CS 270 392 BlCS 270 392 Bl
Monokrystaly z tavenímSingle crystals from melting
Metody velkého měřítkaLarge-scale methods
PovlakyCoatings
Výroba práškuPowder production
Zhutňovánf prážkůCompaction of sleepers
nanášení z par chemikálií tepelné rozprašování elektrochemické nanášení reakce v pevné fázi sol - gel chemické prekurzorychemical vapor deposition thermal spraying electrochemical deposition solid phase reactions sol - gel chemical precursors
lisování za horka izostatické lisování za horka kování slínků rychlé zhutnování dynamické pěchování protlačování, lití z břečky tažení vlákna, plátováníhot pressing hot isostatic pressing clinker forging rapid compaction dynamic tamping extrusion, slurry casting fiber drawing, cladding
Oílem vynálezu Je nalézt způeob přípravy vyeokoteplotních supravodičů, který by umožnil vytvářet tenké i silné vrstvy, jejich nanášení na různé eubetráty, vytvářet pásky či kompaktní supravodiče, a současně zajistit relativně vysokou kritickou hustotu proudu takového eupravodiče.The aim of the invention is to find a method for preparing high-temperature superconductors that would allow for the creation of thin and thick layers, their deposition on various substrates, the creation of tapes or compact superconductors, and at the same time ensure a relatively high critical current density of such a superconductor.
Předmětem vynálezu je způeob přípravy chemického prekurzoru vyeokoteplotních aupravodičů řízenou kryotallzaoí srážením s roztoku za přítomnosti ochranného koloidního prostředí. Funkcí ochranného koloidního proetředí je:The subject of the invention is a method for preparing a chemical precursor of high-temperature superconductors by controlled cryo-crystallization by precipitation from a solution in the presence of a protective colloidal environment. The function of the protective colloidal environment is:
1. přispět ke vzniku chemického prekurzoru vysokoteplotního*supravodiče s relativně úzkou distribuční funkcí velikostí částic,1. contribute to the creation of a chemical precursor of a high-temperature*superconductor with a relatively narrow particle size distribution function,
2. zabezpečit oddělení suspenze chemického prekurzoru vysokoteplotního supravodiče od roztoku,2. ensure the separation of the suspension of the chemical precursor of the high-temperature superconductor from the solution,
3. zabezpečit vytvoření požadovaného tvaru vysokoteplotního supravodiče: polev tenké či silné vrstvy, vytvarování do požadovaného kompaktního tvaru.3. ensure the creation of the desired shape of the high-temperature superconductor: coating a thin or thick layer, shaping into the desired compact shape.
Možnosti a způsob využití předkládaného vynálezu budou podrobně popsány v dalším textu a v příkladech.The possibilities and methods of using the present invention will be described in detail in the following text and in the examples.
Řízená krystalizace srážením umožňuje připravit soubory koloidních částic s těmito vlastnostmi:Controlled crystallization by precipitation allows the preparation of sets of colloidal particles with the following properties:
1. úzká distribuce velikostí částic,1. narrow particle size distribution,
2. stejný koncentrační profil v objemu každé Částice,2. the same concentration profile in the volume of each Particle,
3. stejný stav na povrchu všech částic (morfologie částic, epitaxie).3. the same state on the surface of all particles (particle morphology, epitaxy).
Příprava souborů monodisperzních částic s uvedenými vlastnostmi má významnou úlohu ve výrobě katalyzátorů, progresivní keramiky, pigmentů, farmak, fotografických emulzí, nosičů magnetického záznamu a pod. Při přípravě progreaivní keramiky získávání monodisperzních částic umožňuje vytvářet keramické materiály s některými výhodnějšími vlastnostmi: vyšší specifická hustota, tvrdost, tažnost atd.The preparation of sets of monodisperse particles with the above properties plays an important role in the production of catalysts, progressive ceramics, pigments, pharmaceuticals, photographic emulsions, magnetic recording media, etc. In the preparation of progressive ceramics, obtaining monodisperse particles allows the creation of ceramic materials with some more advantageous properties: higher specific density, hardness, ductility, etc.
Pro získání souborů částic s úzkou distribuční funkcí velikostí řízenou krystalizací srážením je potřebné vést proces tak, aby byly splněny následující podmínky:To obtain particle sets with a narrow size distribution function controlled by precipitation crystallization, it is necessary to conduct the process so that the following conditions are met:
1. oddělení fáze nukleace od fáze růstu,1. separation of the nucleation phase from the growth phase,
2. zabránění koagulaci,2. prevention of coagulation,
3. výběr růstového modelu vedoucího k monodisperznímu souboru částic,3. selection of a growth model leading to a monodisperse set of particles,
4. potlačení Ostwaldova zrání,4. suppression of Ostwald ripening,
5. způsob přítoku monomeru do systému,5. method of monomer inflow into the system,
6. homogenní promíchávání.6. homogeneous mixing.
OS 270 392 BlOS 270 392 Bl
Uvedené požadavky přípravy nonodispořeních částic Ise vyplnit způsobem řízené krystalizace srážením. Tento způsob spočívá v ton, že dvěma či více proudy do krystalizátoru přitékají reaktanty za kontrolovaných podmínek, jako jsou: rychlost a složení reaktantů přitékajících do krystalizátoru, koncentrace srážených iontů v krystalizátoru, teplota, pH, koncentrace a typ rozpouštědel, koncentrace a typ modifikátorů růstu, koncentrace a typ ochranného koloidního prostředí atd.The above requirements for the preparation of nanodispersed particles can be met by the method of controlled precipitation crystallization. This method consists in that reactants flow into the crystallizer in two or more streams under controlled conditions, such as: the rate and composition of the reactants flowing into the crystallizer, the concentration of precipitated ions in the crystallizer, temperature, pH, concentration and type of solvents, concentration and type of growth modifiers, concentration and type of protective colloidal medium, etc.
Důležitý je výběr reaktantů, jejichž reakcí ee ná připravit chenický prekurzor vysokoteplotního supravodiče. Složení kationtů je dáno požadovaným typem vysokoteplotního supravodiče, jehož chemický prekurzor se má připravit. Ba výběr vhodného aniontu se klade podmínka, aby s přitékajícími kationty do krystalizátoru vytvářel málorozpustnou sloučeninu. Za málorozpustnou sloučeninu v daném případě lze považovat sloučeninu, jejíž součin rozpustnosti má hodnotu vyšší než pK_> 6.0. Uvedené podmínce vyhovuje řada aniontů 0 jež mohou být s výhodou použity k danému účelu. Z důležitých aniontů pro uvedenou metodu lze uvést tyto anionty: uhličitan, itavelan a 8-hydroxyohinolin.The selection of reactants, by the reaction of which a chemical precursor of a high-temperature superconductor is prepared, is important. The composition of cations is determined by the desired type of high-temperature superconductor, the chemical precursor of which is to be prepared. The selection of a suitable anion is subject to the condition that it forms a sparingly soluble compound with the cations flowing into the crystallizer. A sparingly soluble compound in this case can be considered a compound whose solubility product has a value higher than pK_> 6.0. A number of anions 0 that can be advantageously used for a given purpose meet the above condition. The following anions can be mentioned among the important anions for the above method: carbonate, itavelate and 8-hydroxyquinoline.
Přítok reaktantů do krystalizátoru a reakční podmínky v krystalizátoru jsou voleny tak, aby po určité době byla ukončena nukleace (tj. tvorba stabilně rostoucích nukleí) a aby v další fázi veškerý přítok reaktantů sloužil pouzs k růstu konstantního počtu stabilních nukleí. Tímto způsobem se oddělí fáze nukleace od fáze růstová.The reactant flow into the crystallizer and the reaction conditions in the crystallizer are chosen so that after a certain time the nucleation (i.e. the formation of stably growing nuclei) is completed and that in the next phase all reactant flow serves only to grow a constant number of stable nuclei. In this way the nucleation phase is separated from the growth phase.
Aby se zabránilo koagulaci částic je potřebné stabilizovat lyofóbní koloidní částice srážením za přítomnosti ochranného koloidního prostředí, jako třeba jsou: lyofilní polymery, povrchově aktivní látky či komplexotvorná činidla, která se adsorbují na povrchu částice. Stabilizační účinnost těchto látek epočívá v odpudivě síle v důsledku Coulombovských odpudivých sil, v o «notickám tlaku a ve stérických zábranách překrývajících se oblastí naadsorbováných vrstev na individuálních částicích.To prevent particle coagulation, it is necessary to stabilize lyophobic colloidal particles by precipitation in the presence of a protective colloidal environment, such as: lyophilic polymers, surfactants or complexing agents that adsorb on the particle surface. The stabilizing effect of these substances lies in the repulsive force due to Coulomb repulsive forces, in the ionic pressure and in the steric hindrance of the overlapping areas of the adsorbed layers on the individual particles.
Jako vhodný ochranný prostředek se může použít některých z těchto hydrofilních koloidů: deriváty kyseliny polyakrylové, želatiny vyrobená z kostí či kůží zvířat nebo ryb, deriváty želatiny, roubované polymery želatiny e jinými polymery, albumin, kazeín, deriváty celulózy, např. hydroxyethylcelulóza, karboxymethylcelulóza, sulfát celulózy, deriváty cukru, deriváty škrobu, různé syntetické hydrofilni vysokomelekulární látky jako polyvinylalkohol a jeho deriváty, poly-N-vinylpyrrolidon, kyselina polymethakrylová a její deriváty, polyakrylamid, polyvinylimidazol, polyvinylpyrazol, pclyvinylmethoxMOlidon, kopolymery obsahující opakující se jednotky výše uvedených polymerů. Použít lze i další hydrofilni koloidy. případě želatiny se mohou použít i produkty vzniklé hydrolýzou či štěpením pomocí enzymů, čímž se získají želatiny s.nízkou střední molekulovou hmotností.Some of the following hydrophilic colloids may be used as suitable protective agents: derivatives of polyacrylic acid, gelatins made from bones or skins of animals or fish, gelatin derivatives, grafted polymers of gelatin and other polymers, albumin, casein, cellulose derivatives, e.g. hydroxyethylcellulose, carboxymethylcellulose, cellulose sulfate, sugar derivatives, starch derivatives, various synthetic hydrophilic high molecular substances such as polyvinyl alcohol and its derivatives, poly-N-vinylpyrrolidone, polymethacrylic acid and its derivatives, polyacrylamide, polyvinylimidazole, polyvinylpyrazole, polyvinylmethoxMOlidone, copolymers containing repeating units of the above polymers. Other hydrophilic colloids may also be used. In the case of gelatin, products resulting from hydrolysis or cleavage by enzymes may also be used, thereby obtaining gelatins with a low average molecular weight.
Ostvaldovu zrání rostoucích krystalů ae zabrání tím, že v krystalizátoru ae sníží rozpustnost systému. Rozpustnost lze snížit několika způsoby: během srážení se nastaví v krystalizátoru určitý přebytek sráženého aniontu,'nastaví se vhodná hodnota pH, povrch krystalu se stabilizuje přídavkem vhodných organických látek, sníží se teplota systému a pod.Ostwald ripening of growing crystals is prevented by reducing the solubility of the system in the crystallizer. The solubility can be reduced in several ways: during precipitation, a certain excess of the precipitated anion is set in the crystallizer, a suitable pH value is set, the crystal surface is stabilized by the addition of suitable organic substances, the temperature of the system is reduced, etc.
Koncentraci srážených iontů v krystalizátoru lze sledovat pomocí iontově-selektivních elektrod v kombinaci s referentní elektrodou a regulací přítoku iontů do krystalizátoru udržovat tuto sledovanou koncentraci na potřebné hodnotě. Stejně tak ae aleduje během srážecího děje koncentrace vodíkových iontů pH a nastavuje potřebná hodnota přítokem kyseliny či zásady. Tímto způsobem se velmi efektivně udržuje rozpustnost systému na požadovaná hodnotě.The concentration of precipitated ions in the crystallizer can be monitored using ion-selective electrodes in combination with a reference electrode and regulation of the ion inflow into the crystallizer to maintain this monitored concentration at the required value. Similarly, the pH of hydrogen ions is monitored during the precipitation process and the required value is set by the inflow of acid or base. In this way, the solubility of the system is very effectively maintained at the required value.
Snížení rozpustnosti systému nejenom potlačuje Ostwaldovo zrání, ale ve fázi nukleace hodnota rozpustnosti významní ovlivňuje počet vznikajících nukleí, které potom zůstávají v systému, což zásadně ovlivňuje střední velikost krystalů. Z výroby progresivních keramických materiálů je velmi dobře známo, jak střední velikost částic chemického prekurzoru ovlivňuje průběh a výsledek tepelného zpracování chemického prekurzoru na připravovaný keramický materiál. Při přípravě keramických oxidů, např. oxidu hlinitého, oxiduReducing the solubility of the system not only suppresses Ostwald ripening, but in the nucleation phase the solubility value significantly affects the number of nuclei formed, which then remain in the system, which fundamentally affects the average crystal size. It is very well known from the production of progressive ceramic materials how the average particle size of the chemical precursor affects the course and result of the heat treatment of the chemical precursor to the prepared ceramic material. In the preparation of ceramic oxides, e.g. alumina,
OS 270 392 B1 zirkoničitého, oxidu yttritého atp., z· ukázalo, že pro tepelné zpracování chemického prekurzoru je vhodná střední velikost částic v oblasti 0,1 ^um až 0,5 /U».OS 270 392 B1 zirconium oxide, yttrium oxide, etc., has shown that a mean particle size in the range of 0.1 µm to 0.5 µm is suitable for heat treatment of the chemical precursor.
Střední velikost částic a stálost vůči Ostwaldovu zrání velmi účinně ovlivní přídavek takových látek, které se adsorbují na povrch částice, popř. se sráženými ionty vytvářejí málorozpustné sloučeniny. Podmínkou výběru a použití potřebných látek pro daný účel je jejich schopnost vytvářet ee sráženými ionty málorozpustné sloučeniny. Hodnota součinu rozpustnosti těchto sloučenin by měla být vyšší než pK*>7.0, kde součin rozpustnosti pK' · - log K*. Z řady sloučenin vyhovujících této podmínce jsou mnohé z nich známy z analytické chemie, kde se používají pro stanovení uvedených kationtů jako např. 8-hydroxy-chinolin a kupferon.The average particle size and stability to Ostwald ripening will very effectively affect the addition of such substances that adsorb onto the particle surface, or form sparingly soluble compounds with precipitated ions. The condition for selecting and using the necessary substances for a given purpose is their ability to form sparingly soluble compounds with precipitated ions. The value of the solubility product of these compounds should be higher than pK*>7.0, where the solubility product pK' · - log K*. Of the number of compounds satisfying this condition, many of them are known from analytical chemistry, where they are used for the determination of the mentioned cations, such as 8-hydroxy-quinoline and kupferon.
Jinou možností potlačení ůčinků Ostwaldova zrání během růstu částic je zvyšující se molární přítok reaktsntů do krystalizátoru. Tímto způsobem se jednak urychlí celý srážecí proces, jednak se získá soubor krystalů s úzkou distribuční funkcí velikostí. Rychlost přítoku reaktantů do krystalizátoru nelze zvyšovat libovolně, ale až do tzv. kritické rychlosti přítoku, kdy veškerý přidávaný růstový materiál slouží k růstu již existujících krystalů v krystalizátoru. Podmínkou zvyšujícího se přítoku je tedy nepřekročit určitou hodnotu přesycení, za níž by mohla vzniknout v krystalizátoru nová nuklea, která by pokračovala v růstu. 1 Another possibility of suppressing the effects of Ostwald ripening during particle growth is to increase the molar inflow of reactants into the crystallizer. In this way, the entire precipitation process is accelerated, and a set of crystals with a narrow size distribution function is obtained. The rate of inflow of reactants into the crystallizer cannot be increased arbitrarily, but only up to the so-called critical inflow rate, when all added growth material serves to grow already existing crystals in the crystallizer. The condition for increasing inflow is therefore not to exceed a certain supersaturation value, below which new nuclei could form in the crystallizer and continue to grow. 1
Velký vliv na rozpustnost systému má jeho teplota. Teplotu srážení lze měnit v širokém rozmezí 1 až 90 °O. Volba srážecí teploty závisí na požadovaných vlastnostech připravovaného chemického prekurzoru vysokoteplotního supravodiče. Pokud je potřebné snižovat střední velikost částic, je nutné snižovat teplotu systému. Pracovní teplotní rozsah závisí na typu ochranného koloidního prostředí, které v daném teplotním intervalu neztrácí své ochranné koloidní účinky. Např. želatina, vyrobená z kostí či kůží zvířat má přechod sol - gel při teplotě 31 až 33 °0, oproti tomu želatina vyrobená z kostí či kůží ryb má teplotu přechodu sol - gel 8 až 10 °O. To je důvodem toho, proč srážení nelze provádět při nižších teplotách, kdy hydrofilní koloid přechází v gel. Další snížení teploty srážení může být docíleno vhodnou kombinací výše uvedených polymerů, popř. snížením koncentrace hydrofilního koloidu. Tato koncentrace nemůže vlak být snižována libovolně, neboť zředěné roztoky hydrofilních koloidů ztrácejí své ochranné koloidní účinky. Během řízené krystalizace srážením by měla být koncentrace hydrofilního koloidu v rozmezí 0,05 až 10 % hmotnostních.The temperature of the system has a great influence on the solubility. The precipitation temperature can be varied in a wide range from 1 to 90 °C. The choice of the precipitation temperature depends on the required properties of the chemical precursor of the high-temperature superconductor being prepared. If it is necessary to reduce the average particle size, it is necessary to reduce the temperature of the system. The working temperature range depends on the type of protective colloidal environment, which does not lose its protective colloidal effects in a given temperature interval. For example, gelatin made from animal bones or skins has a sol-gel transition at a temperature of 31 to 33 °C, while gelatin made from fish bones or skins has a sol-gel transition temperature of 8 to 10 °C. This is the reason why precipitation cannot be carried out at lower temperatures, when the hydrophilic colloid turns into a gel. A further reduction in the precipitation temperature can be achieved by a suitable combination of the above-mentioned polymers, or by reducing the concentration of the hydrophilic colloid. This concentration cannot be reduced arbitrarily, as dilute solutions of hydrophilic colloids lose their protective colloidal effects. During controlled crystallization by precipitation, the concentration of hydrophilic colloid should be in the range of 0.05 to 10% by weight.
Kromě kationtů, které vytvářejí vlastní strukturu vysokoteplotního supravodiče, lze během celého srážecího děje nebo jen v některých jeho fázích, např. před nukleací či po ukončení srážení, přidávat do krystalizátoru nebo k přitékajícím reaktantů» dopanty, které mohou pozměnit některé vlastnosti vysokoteplotních supravodičů, popř. stabilizovat vysokoteplotní supravodičové fáze. Tak lze do objemu chemického prekurzoru nebo na jeho povrch začlenit některý z uvedených dopantů, i když principiálně výběr dopantů může být mnohem širší: stříbro, zlato, alkalické kovy, hořčík, hliník, galium, indium, germanium, cín, olovo, zinek, kadmium, chrom, mangan, železo, kobalt, nikl, platina, osmium, iridium atp.In addition to the cations that create the structure of the high-temperature superconductor, dopants that can modify some properties of high-temperature superconductors or stabilize high-temperature superconductor phases can be added to the crystallizer or to the incoming reactants during the entire precipitation process or only in some of its phases, e.g. before nucleation or after the precipitation is complete. Thus, any of the above dopants can be incorporated into the bulk of the chemical precursor or onto its surface, although in principle the choice of dopants can be much wider: silver, gold, alkali metals, magnesium, aluminum, gallium, indium, germanium, tin, lead, zinc, cadmium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, platinum, osmium, iridium, etc.
Po ukončení srážecího procesu je potřebné oddělit získaný chemický prekurzor od nežádoucích příměsí, jako jsou rozpustné soli, rozpouštědla v systému atp. K oddělení tuhé fáze od kapalné lze použít několika poetupů, např. flokulace, dekantace, filtrace, nudlování s promýváním, diafiltrace s polopropustnými membránami. Provede-li se řízená krystalizace srážením za přítomnosti želatiny, je výhodné po ukončení srážení provést flokulaci změnou pH v případě roubovaných želatin, popř. po ochlazení gel nudlovat a promývat promývacími roztoky při nízké teplotě.After the precipitation process is completed, it is necessary to separate the obtained chemical precursor from unwanted impurities, such as soluble salts, solvents in the system, etc. Several methods can be used to separate the solid phase from the liquid phase, e.g. flocculation, decantation, filtration, noodleing with washing, diafiltration with semi-permeable membranes. If controlled crystallization is performed by precipitation in the presence of gelatin, it is advantageous to perform flocculation by changing the pH after the precipitation in the case of grafted gelatins, or to noodle the gel after cooling and wash it with washing solutions at low temperature.
Po promyti flokulátu sa získá koncentrát chemického prekurzoru, který je obalen hydrofilním koloidem. Tento koncentrát se může znovu redispergovat v dalším podílu hydrofilního koloidu a získanou suspenzi lze nanášet na různé podložky jako třeba: MgO, SrTiOj, ZrO2, křemík, stříbro atd. Obdobně lze zpracovat promyté nudle, které po rozpušAfter washing the flocculate, a concentrate of the chemical precursor is obtained, which is coated with a hydrophilic colloid. This concentrate can be redispersed in another portion of the hydrophilic colloid and the obtained suspension can be applied to various substrates such as: MgO, SrTiOj, ZrO 2 , silicon, silver, etc. Similarly, washed noodles can be processed, which after dissolution
270 392 Bl tění se nanesou na podložky. Takto připravený chemický prekurzor ee může nanášet v tenkých í silných vrstvách, mohou se připravovat i pásky, popř, i kompaktní tělesa: válce, tablety atp. Tyto Široké možnosti jsou dány vlastnostmi hydrofilního koloidu, jehož adheze k podložkám umožňuje tenkovrstvý či ailnovrstvý polev, popř. odstranění hydrofilního koloidu tepelným zpracováním umožňuje získat prásek za současného vytvarování do požadovaného tvaru.270 392 Bl tnings are applied to the substrates. The chemical precursor prepared in this way can be applied in thin or thick layers, tapes or compact bodies can be prepared: cylinders, tablets, etc. These wide possibilities are given by the properties of the hydrophilic colloid, whose adhesion to the substrates allows for a thin-layer or multi-layer coating, or removal of the hydrophilic colloid by heat treatment allows for obtaining a powder while simultaneously shaping it into the desired shape.
Jelikož samotný hydrofilní koloid zpravidla neudrží požadovaný tvar, sílu vrstvy a pod., je vhodné plitou vrstvu vytvrdit. Výběr tvrdidla závisí na použitém typu ochranného koloidu. Tak např. pro želatinu mohou být použity následující tvrdidla, popř. jejich libovolné kombinace: form aldehyd, glyoxal, glutardialdehyd, divinylketon, divinylsulfon, 4,6-dichlor-s-triazin, 2,3-dihydroxydioxan, bis- 2,3-spoxypropyl -ethylenglykolether, di acetyl, 1,2-cyklopentandion, Ν,Ν-dipropylkarbodiimid, kyselina mukochlórová a její halogen- čl aldehyd- deriváty atd. Protože působení některých tvrdidel probíhá pomalu, mohou se pro urychlení tvrzení přidávat pomocné látky zvané urychlovače tvrzení. Pro případ tvrzení želatiny formaldehydem se jeho účinek urychlí přídavkem resorcínu.Since the hydrophilic colloid itself usually does not maintain the desired shape, layer thickness, etc., it is advisable to harden the shallow layer. The choice of hardener depends on the type of protective colloid used. For example, for gelatin, the following hardeners can be used, or any combination thereof: formaldehyde, glyoxal, glutardialdehyde, divinyl ketone, divinyl sulfone, 4,6-dichloro-s-triazine, 2,3-dihydroxydioxane, bis-2,3-epoxypropyl-ethylene glycol ether, diacetyl, 1,2-cyclopentanedione, Ν,Ν-dipropylcarbodiimide, mucochloric acid and its halogen- aldehyde derivatives, etc. Since the action of some hardeners is slow, auxiliary substances called hardening accelerators can be added to accelerate the hardening. In the case of hardening gelatin with formaldehyde, its effect is accelerated by the addition of resorcinol.
Po polevu vrstvy či po vytvarování kompaktního tvaru se provede sušení, jehož cílem je odstranit těkavé látky. BalSím zvyšováním teploty dochází k rozkladu ochranného koloidu v intervalu 100 až 500 °0. Jelikož v materiálu zůstává část uhlíku, ktsrý by mohl vytvářet nežádoucí karbidy kovů, je vhodné zahřívat materiál v proudu kyslíku v intervalu teplot 400 až 500 °C. Tím se odstření uhlík ze systému vs formě oxidů. Další tepelné zpracování chemického prekurzoru probíhá podle věeobecně známého postupu. V teplotním intervalu 800 až 950 °C se provede kalcinace, kdy se začíná vytvářet supravodivá fáze. Po rozkladu chemického prekurzoru se může na silné či tenké vretvy působit tlakem, obdobný děj se může použít i na kompaktní tělesa. Po ochlazení na 300 až 550 °C se provádí ohřev v proudu kyslíku, čímž se přednostně vytváří v materiálu supravodivá fáze a vyšší teplotou přechodu.After coating the layer or forming the compact shape, drying is performed, the aim of which is to remove volatile substances. By increasing the temperature, the protective colloid decomposes in the range of 100 to 500 °C. Since part of the carbon remains in the material, which could form undesirable metal carbides, it is appropriate to heat the material in a stream of oxygen in the temperature range of 400 to 500 °C. This removes carbon from the system in the form of oxides. Further heat treatment of the chemical precursor is carried out according to a generally known procedure. Calcination is performed in the temperature range of 800 to 950 °C, when the superconducting phase begins to form. After the decomposition of the chemical precursor, pressure can be applied to thick or thin films, a similar process can also be used for compact bodies. After cooling to 300 to 550 °C, heating is performed in a stream of oxygen, which preferentially creates a superconducting phase in the material with a higher transition temperature.
Možnosti využití předkládaného vynálezu pro přípravu vysokoteplotních supravodičů budou dokumentovány na následujících příkladech.The possibilities of using the present invention for the preparation of high-temperature superconductors will be documented in the following examples.
Příklad 1Example 1
Šizenou krystalizací srážením byl připraven vysokoteplotní supravodič YBa2CUjO^_g tímto způsobem:The high-temperature superconductor YBa 2 CUjO^_g was prepared by induced crystallization by precipitation in the following way:
počáteční podmínky v krystalizátoru 700 ml deionizované vody, 300 ml 10% inertní želatiny, pH * 3,0 nastaveno kyselinou šťavelovou, t 35 °C.initial conditions in the crystallizer 700 ml deionized water, 300 ml 10% inert gelatin, pH * 3.0 adjusted with oxalic acid, t 35 °C.
Do krystalizátoru byly přidávány způsobem řízené krystalizace srážením roztoky: 1 000 ml 1,0 M roztoku kationtů Y-$+, Ba^* a Ou^* v moláxním poměru 1 : 2 : 3 a 1 000 ml 1,2 M roztoku kyseliny šťavelové v ethanolu, a to tím způsobem, že objemová rychlost přítoku reaktantů do krystalizátoru byla lineárně zvyšována tak, že rychlost přítoku na konci byla 20krát vyšší než na počátku a osiková doba přítoku byla 30 minut.The following solutions were added to the crystallizer by controlled crystallization by precipitation: 1,000 ml of a 1.0 M solution of cations Y-$ + , Ba^* and Ou^* in a molal ratio of 1 : 2 : 3 and 1,000 ml of a 1.2 M solution of oxalic acid in ethanol, in such a way that the volumetric flow rate of the reactants into the crystallizer was linearly increased so that the flow rate at the end was 20 times higher than at the beginning and the flow time was 30 minutes.
Během přítoku reaktantů byla udržována konstantní hodnota pH * 3,0 regulovaným přítokem amoniaku do kryatalizátoru a koncentrace Sťavelanových iontů na hodnotě pCgO^* = 2.0 regulací přítoku 1,2 M roztoku kyseliny šťavelové.During the inflow of the reactants, a constant pH value of * 3.0 was maintained by a controlled inflow of ammonia into the crystallizer and the concentration of oxalate ions at a value of pCgO^* = 2.0 by regulating the inflow of a 1.2 M oxalic acid solution.
Po ukončení erážení byla suspenze flokulována přídavkem acetonu. Po ochlazení na 10 °0 byl flokulát třikrát promyt promývací vodou o pH · 3,0 (hodnota pH byla nastavena kyselinou sťavelovou). Promytý flokulát byl uložen v lednici a sloužil k odebírání podílů.After the precipitation was completed, the suspension was flocculated by adding acetone. After cooling to 10 °C, the flocculate was washed three times with washing water of pH 3.0 (the pH value was adjusted with oxalic acid). The washed flocculate was stored in a refrigerator and used for taking aliquots.
a) příprava tablet:a) preparation of tablets:
bylo odebráno takové množství flokulátu, ze kterého bylo možno připravit 5 g Flokulát byl sušen 12 hodin při 100 °C, aby byla odpařena kapalina zadržená želatinou. Potom byla provedena kalcinace při 250 °0 po dobu 24 hodin. V dalším stupni při 400 °C byl prášek zahříván po dobu 24 hodin v proudu kyslíku, aby byl odstraněn uhlík. Potom byla zvýšena teplota na 930 °C po dobu 10 hodin. Po ochlazení byly vylisovány tableA quantity of flocculate was taken from which 5 g could be prepared. The flocculate was dried for 12 hours at 100 °C to evaporate the liquid retained by the gelatin. Then calcination was carried out at 250 °C for 24 hours. In a further step at 400 °C, the powder was heated for 24 hours in a stream of oxygen to remove carbon. Then the temperature was increased to 930 °C for 10 hours. After cooling, tablets were pressed
OS 270 392 Bl ty, znovu kalcinovány při 930 °C a žíhány v proudu kyslíku při 450 °C. Standardní Metodou byla proměřena závislost B - TQ a naměřena hodnota Te - 92 K.OS 270 392 Bl ty, re-calcined at 930 °C and annealed in a stream of oxygen at 450 °C. The B - T Q dependence was measured using the standard method and the T e - 92 K value was measured.
b) příprava silná vrstvy:b) preparation of a thick layer:
flokulát byl redispergován a po přídavku foxmaldehydu byl polit na podložky MgO, SrTiOj, ZrO2(9mol% Y2°3^ T množství, aby tlouěika vrstvy byla 100 ^um (počítáno * na vysokoteplotní supravodič) . Po vytvrzení byly vrstvy sušeny v proudu vzduchu o teplo- tě 35 °C. Potom bylo provedeno tepelně zpracování chemického prekurzoru jako v předchozím případě s tím rozdílem, že nebyly lisovány tablety, ale v některých případech byl proveden ohřev za tlaku. Byly naměřeny tyto hodnoty kritických teplot:The flocculate was redispersed and after the addition of formaldehyde it was poured onto the MgO, SrTiO2, ZrO2 (9mol% Y2 °3^ T substrates in an amount such that the layer thickness was 100 µm (calculated * for a high-temperature superconductor). After curing, the layers were dried in a stream of air at a temperature of 35 °C. Then, the chemical precursor was thermally treated as in the previous case, with the difference that tablets were not pressed, but in some cases heating under pressure was performed. The following critical temperature values were measured:
podložka Tc (K)washer T c (K)
MgO76MgO76
SrTiO385SrTiO 3 85
ZrO282.ZrO 2 82.
c) příprava kompaktního tělesa: flokulát byl redispergován a po přídavku foxmaldehydu byl odlit váleček o rozměrech: délka 100 mm a průměr 10 mm. Teplotní zpracování bylo provedeno jako při přípravě tablety. Byla naměřena hodnota Tc - 85 K. Příklad 2c) preparation of a compact body: the flocculate was redispersed and after the addition of formaldehyde a cylinder was cast with dimensions: length 100 mm and diameter 10 mm. The thermal treatment was carried out as in the preparation of the tablet. The value T c was measured to be - 85 K. Example 2
Řízená krystalizace srážením chemického prekurzoru TBs^Cu^O^^ Jbyla provedena obdobným způsobem jako v prvním případě a tím rozdílem, že v krystalizátoru byly nastaveny tyto podmínky:Controlled crystallization by precipitation of the chemical precursor TBs^Cu^O^^ was performed in a similar manner as in the first case, with the difference that the following conditions were set in the crystallizer:
000 ml 3%ního roztoku želatiny vyrobené z rybích kostí, pH 3,0 (nastaveno kyselinou šlavelovou, t 15 °C, 1 mmol 8-hydroxychinolinu v 10 ml ethanolu.000 ml of 3% gelatin solution made from fish bones, pH 3.0 (adjusted with oxalic acid, t 15 °C, 1 mmol of 8-hydroxyquinoline in 10 ml of ethanol.
Po ukončení srážení byla nastavena koncentrace želatiny na 4 í hmot, potom byla suspenze ochlazena na 1 °C. Získaný gel byl nudlován a promýván promývací vodou (pB = 3,0 nastaveno kyselinou šlavelovou). Promyté nudle byly uchovány v lednici.After the precipitation was completed, the gelatin concentration was adjusted to 4 wt%, then the suspension was cooled to 1°C. The obtained gel was noodled and washed with washing water (pB = 3.0 adjusted with oxalic acid). The washed noodles were stored in the refrigerator.
Nudle byly znovu rediepergovány zahřátím na 15 °O a po přídavku foxmaldehydu byly polávány na podložky v takovém množství, aby byly získány vrstvy o tloušíce supravodivého materiálu 1 ^um. Po tepelném zpracování byly naměřeny tyto hodnoty:The noodles were redispersed by heating to 15 °C and, after adding formaldehyde, were sprayed onto the substrates in such an amount as to obtain layers of superconducting material 1 µm thick. After heat treatment, the following values were measured:
podložka T„ (K)washer T„ (K)
V MgO 88In MgO 88
SrTlOj 90.SrTlOj 90.
Příklad 3Example 3
Řízená krystalizace srážením chemického prekurzoru TBa^u^O?^ byla provedena obdobným způsobem jako v prvém případě s tím rozdílem, že jako hydrofilního koloidu bylo použito 3%ního roztoku polyvinylalkoholu a po ukončení srážení byl přidán 1 mmol 8-hydroxychinolinu v 10 ml ethanolu.Controlled crystallization by precipitation of the chemical precursor TBa^u^O?^ was performed in a similar manner as in the first case, with the difference that a 3% solution of polyvinyl alcohol was used as the hydrophilic colloid and after the precipitation was complete, 1 mmol of 8-hydroxyquinoline in 10 ml of ethanol was added.
Po flokulaci byl sediment promyt a znovu redispergován v dalším podílu polyvinylalkoholu. Potom byla suspenze extrudována jako vlákno do srážecího prostředí vodných roztoků NaOH a Na^SO^ při 60 °O a vlákno bylo navíjeno na otáčející se buben rychlostí 1 m/s. Poto· bylo vlákno neutralizováno, pxomyto a aušeno. Po tepelném zpracování byla naaěřena hodnota kritické teploty To 85 K. Příklad 4After flocculation, the sediment was washed and redispersed in another portion of polyvinyl alcohol. The suspension was then extruded as a fiber into a precipitation medium of aqueous solutions of NaOH and Na^SO^ at 60 °O and the fiber was wound onto a rotating drum at a speed of 1 m/s. Then the fiber was neutralized, washed and dried. After heat treatment, the critical temperature T was measured to be 85 K. Example 4
Řízená krystalizace srážením chemického prekursoru vysokoteplotního supravodiče BigCagSXgCu^C^ byla provedena obdobně jako v příkladu prvním s tím rozdílem, že 1,0 M roztok kationtů byl složen z kationtů Bp+ - 0a2+ - Sr2+ - 0u2+ v molekulárním poměru 1:1:1:2.Controlled crystallization by precipitation of the chemical precursor of the high-temperature superconductor BigCagSXgCu^C^ was performed similarly to the first example, with the difference that the 1.0 M cation solution was composed of cations Bp + - 0a 2+ - Sr 2+ - 0u 2+ in a molecular ratio of 1:1:1:2.
CS 270 392 B1EN 270 392 B1
Tepelné zpracování bylo modifikováno pro tento typ vysokoteplotního supravodiče, tj. teplota kalcinace 850 až 870 °C. U vzorků byla nalezena kritická teplota T~80 K. cThe heat treatment was modified for this type of high-temperature superconductor, i.e. calcination temperature 850 to 870 °C. The critical temperature T~80 K was found for the samples. c
Příklad 5Example 5
Řízená krystalizace srážením chemického prekurzoru vysokoteplotního supravodiče Bi,0aoSro0u,0„ byla provedena obdobně jako v příkladu prvním s tím rozdílem, že 1,0 UControlled crystallization by precipitation of the chemical precursor of the high-temperature superconductor Bi.0a o Sr o 0u.0„ was performed similarly to the first example with the difference that 1.0 U
C C J Λ ρψ Αψ ηψ * roztok kationtů byl složen z kationtů BiJ - Pb - Ca - Sr - Cu v molárním poměru 0,7 : 0,3 : 1,0 : 1,0 : 1,8.CCJ Λ ρψ Αψ ηψ * cation solution was composed of Bi J - Pb - Ca - Sr - Cu cations in the molar ratio 0.7 : 0.3 : 1.0 : 1.0 : 1.8.
Po tepelném zpracování byla naměřena kritická teplota Tc » 103 K.After heat treatment, the critical temperature T c » 103 K was measured.
Claims (1)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS887856A CS270392B1 (en) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | Process for preparing a high temperature superconductor |
| JP1309409A JPH02275718A (en) | 1988-11-30 | 1989-11-30 | Production of precursor for high-temperature superconducting material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS887856A CS270392B1 (en) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | Process for preparing a high temperature superconductor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS785688A1 CS785688A1 (en) | 1989-11-14 |
| CS270392B1 true CS270392B1 (en) | 1990-06-13 |
Family
ID=5428433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS887856A CS270392B1 (en) | 1988-11-30 | 1988-11-30 | Process for preparing a high temperature superconductor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS270392B1 (en) |
-
1988
- 1988-11-30 CS CS887856A patent/CS270392B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CS785688A1 (en) | 1989-11-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11542204B2 (en) | Method for producing non-oxide ceramic powders | |
| EP2057237B1 (en) | Pearlescent pigments with large aspect ratio and a method of their preparation | |
| Chen et al. | Silver telluride nanowires prepared by dc electrodeposition in porous anodic alumina templates | |
| CN101898749B (en) | Method for preparing metal oxide hollow particles or fibers | |
| CN100572589C (en) | The manufacture method of polycrystal film and the manufacture method of oxide superconductor | |
| KR20080077680A (en) | Method of Making Nano Size Materials | |
| EP0251538A2 (en) | Preparation of mono-sized zirconia powders | |
| US20030170407A1 (en) | Structures and method for producing thereof | |
| JPH051058B2 (en) | ||
| WO2007065154A2 (en) | Method of manufacturing silver platelets | |
| RU2349550C2 (en) | Method of preparing zirconium oxides and zirconium based mixed oxides | |
| Nonaka et al. | Characterization and control of phase segregation in the fine particles of BaTiO3 and SrTiO3 synthesized by the spray pyrolysis method | |
| US5135907A (en) | Manufacture of high purity superconducting ceramic | |
| US20090047512A1 (en) | Dispersed metal nanoparticles in polymer films | |
| CS270392B1 (en) | Process for preparing a high temperature superconductor | |
| US6594875B2 (en) | Method for producing a piezoelectric/electrostrictive actuator | |
| US5182255A (en) | Shaped and fired articles of YBa2 Cu3 O7 | |
| JP2011520215A (en) | High temperature superconductor layer arrangement | |
| JPH02275718A (en) | Production of precursor for high-temperature superconducting material | |
| JPH0938494A (en) | Catalyst molding method using alumina as binder | |
| KR102557453B1 (en) | Preparation method of FCC structure type superlattices metal halides, FCC structure type superlattices metal halides, conversion method for honeycomb structure type superlattices metal halides and honeycomb structure type superlattices metal halides | |
| CS273935B1 (en) | Method of high-temperature superconductor preparation | |
| CN115340126B (en) | Rare earth zirconate particles and preparation method thereof | |
| RU1830396C (en) | Process of production of superconductor ceramic coatings of the cuprate type with the perowskite structure | |
| Stávek et al. | Preparation of high-temperature superconductors by controlled double-jet precipitation |