DE112012006474T5

DE112012006474T5 - Ausgangsmateriallösung zum Bilden eines Oxid-Supraleiters

Info

Publication number: DE112012006474T5
Application number: DE112012006474.7T
Authority: DE
Inventors: c/o Osaka Works of Sumitomo Elect Honda Genki; c/o Osaka Works of Sumitomo El Nagaishi Tatsuoki; c/o Osaka Works of Sumitomo Electri Hanafusa Kei; c/o National Institute of Advanced Yamaguchi lwao; c/o National Institute of Advan Matsui Hiroaki; c/o National Institute of Advan Kondo Wakichi; c/o National Institute of Advan Kumagai Toshiya
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2015-02-26
Also published as: US20150162518A1; CN104364856A; KR20150029680A; WO2013183157A1

Abstract

Eine Ausgangsmateriallösung zum Bilden eines Oxid-Supraleiters (2) wird bereitgestellt, wobei die Ausgangsmateriallösung dafür verwendet wird, auf einem Substrat (1) einen RE123-Oxid-Supraleiter (2), in den Flux-Pinning-Punkte eingearbeitet sind, unter Verwendung eines Beschichtungspyrolyseprozesses zu bilden. Nanopartikel (3) in einer zuvor festgelegten Menge zum Bilden von Pinning-Punkten werden in der Lösung dispergiert, in der eine organometallische Verbindung aufgelöst ist, um den Oxid-Supraleiter (2) zu bilden. Die Nanopartikel (3) haben eine Partikelgröße von 5 bis 100 nm. Die organometallische Verbindung ist eine organometallische Verbindung, die kein Fluor enthält. Dementsprechend kann selbst in einem FF-MOA-Prozess das Material für Pins auf einfache Weise zugegeben werden; eine Behandlung für thermisches Zersetzen eines Metallkomplexes und eine Wärmebehandlung zum Bilden einer Pin-Verbindung sind nicht notwendig; und die Partikelgröße der Pins kann zweckmäßig gesteuert werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgangsmateriallösung zum Bilden eines Oxid-Supraleiters, die verwendet wird, wenn eine Schicht aus einem Oxid-Supraleiter auf einem Substrat mittels eines Beschichtungspyrolyseprozesses gebildet wird.
STAND DER TECHNIK
Hochtemperatur-Supraleitdrähte, die zur Anwendung in Elektroausrüstung wie zum Beispiel Kabeln, Strombegrenzern und Magneten gedacht sind, wurden und werden seit der Entdeckung eines Hochtemperatur-Supraleiters, der bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff Supraleitfähigkeit aufweist, zielgerichtet entwickelt. Unter diesen ist ein supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht, in dem eine Dünnfilmschicht aus einem Oxid-Supraleiter (Oxid-Supraleitschicht) auf einem Substrat gebildet wird, derzeit von Interesse.
Eines der Verfahren zum Herstellen solcher Oxid-Supraleitdrähte ist ein Beschichtungspyrolyseprozess (Metallorganische Abscheidung, abgekürzt: MOA-Prozess) ( japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-165153 (PTD 1)).
Dieser Prozess beinhaltet, auf ein Substrat eine Ausgangsmateriallösung (MOA-Lösung) aufzubringen, die folgendermaßen hergestellt wird: Auflösen jeweiliger organometallischer Verbindungen von RE (Rare Earth Element, Seltenerdenelement), Ba (Barium) und Cu (Kupfer) in einem Lösemittel, um einen Beschichtungsfilm zu bilden, anschließendes Durchführen einer kalzinierenden Wärmebehandlung zum Beispiel bei etwa 500°C, um die organometallischen Verbindungen thermisch zu zersetzen, Entfernen der thermisch zersetzten organischen Bestandteile, um dadurch einen kalzinierten Film zu erzeugen, der ein Vorläufer eines supraleitenden Oxid-Dünnfilms ist, und Ausführen einer Sinterwärmebehandlung an dem auf diese Weise hergestellten kalzinierten Film bei einer noch höheren Temperatur (zum Beispiel etwa 750°C bis 800°C), um ihn zu kristallisieren, wodurch eine supraleitende dünne Schicht aus RE123 entsteht, die durch REBa₂Cu₃O_7-x dargestellt wird, so dass ein Oxid-Supraleitdraht hergestellt wird. Dieser Prozess wird aufgrund seiner Eigenschaften weithin verwendet, wie zum Beispiel eine einfachere Produktionsausrüstung im Vergleich zu Gasphasenverfahren, bei denen der supraleitende Draht hauptsächlich in einem Vakuum hergestellt wird (wie zum Beispiel Aufdampfen, Sputtern und gepulste Laseraufdampfung), und einfache Adaptierung an eine große Fläche oder eine komplizierte Form.
Seit kurzem gibt es jedoch eine große Nachfrage nach einem supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht, dessen kritische Stromdichte Jc und dessen kritischer Strom Ic weiter verbessert wurden. Um der Nachfrage gerecht zu werden, werden Flux-Pinning-Punkte (im Weiteren als ”Pins” bezeichnet) in Nanogröße künstlich eingearbeitet, um die Bewegung von Fluxons in Nanogröße, die in einen RE123-Oxid-Supraleiter in einem Magnetfeld eindringen, zu verhindern.
Der oben beschriebene MOA-Prozess beinhaltet außerdem, zu der Ausgangsmateriallösung ein Element hinzuzufügen, das Pins bilden soll, wie zum Beispiel ein Metallkomplex (Salz) von Zr, um dadurch eine supraleitende Oxidschicht zu bilden, in die Pins eingearbeitet werden (zum Beispiel NPD 1).
ZITIERUNGSLISTE
PATENTDOKUMENT

PTD 1: japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-165153

NICHTPATENTDOKUMENT

NPD 1: Masashi Miura und Mitarbeiter, ”Magnetic Filed Angular Dependence of Critical Current in Y_i-xSm_xBa₂Cu₃O_y Coated Conductors with Nanoparticles Derived from the TFA-MOA-Process” TEION KOGAKU (J. Cryo. Soc. Jpn.) Band 44, Nr. 5 (2009), 210–216

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE AUFGABE
In dem Fall, wo der oben beschriebene Prozess verwendet wird, ist es notwendig, für die Bildung von Pins eine Behandlung zum thermischen Zersetzen des zugegebenen Metallkomplexes durchzuführen und des Weiteren eine Wärmebehandlung zum Bilden einer Pin-Verbindung durchzuführen. Um zu veranlassen, dass die erzeugte Pin-Verbindung adäquat die Funktion der Flux-Pins erfüllt, ist es notwendig, die erzeugte Pin-Verbindung so zu aggregieren, dass das entstandene Aggregat mindestens eine bestimmte Größe aufweist. Es ist jedoch nicht einfach, die Partikelgröße der Pins in einer solchen Weise zweckmäßig zu steuern.
Während der oben erwähnte Prozess ohne Probleme auf einen TFA-MOA-Prozess angewendet werden kann, bei dem eine organometallische Fluor-haltige Verbindung in der Ausgangsmateriallösung verwendet wird, ist die Anwendung des oben beschriebenen Prozesses auf einen FF-MOA-Prozess, in dem eine organometallische Verbindung, die kein Fluor enthält, verwendet wird, problematisch. Genauer gesagt ist es schwierig, zu der Ausgangsmateriallösung auf zweckmäßige Weise das Material für eine Pin-Verbindung in Form eines Metallkomplexes hinzuzufügen und die Bildung von Pins zweckmäßig zu steuern, und es ist schwierig, ein orientiertes Wachstum (epitaxiales Wachstum) in dem Schritt des Kristallwachstum des Oxid-Supraleiters zu erreichen.
Angesichts der oben dargelegten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ausgangsmateriallösung für einen MOA-Prozess zu bilden, die keine Behandlung für das thermische Zersetzen eines Metallkomplexes und keine Wärmebehandlung zum Bilden einer Pin-Verbindung erfordert und die es ermöglicht, die Partikelgröße von Pins in zweckmäßiger Weise zu steuern.
LÖSUNG DER AUFGABE
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben verschiedene Experimente und Studien durchgeführt und herausgefunden, dass die oben beschriebenen Probleme gelöst werden können, indem man eine Ausgangsmateriallösung verwendet, der Nanopartikel zugegeben werden.
Wenn man nämlich eine Ausgangsmateriallösung, die durch Zugabe von Nanopartikeln zu einer MOA-Lösung hergestellt wurde, zum Bilden einer supraleitenden Oxidschicht durch den MOA-Prozess verwendet, so fungieren die Nanopartikel adäquat als Flux-Pins.
Da die zugegebenen Nanopartikel als Pins eingearbeitet werden, kann auf eine separate Behandlung für ein thermisches Zersetzen eines Metallkomplexes und eine separate Wärmebehandlung zum Bilden einer Pin-Verbindung, die herkömmlicherweise verwendet werden, verzichtet werden. Des Weiteren kann, da die Partikelgröße der eingearbeiteten Pins von der Größe der zugegebenen Nanopartikel abhängt, die Partikelgröße der Pins einfach, akkurat und zweckmäßig gesteuert werden.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der oben genannten Erkenntnis. Die Erfindung nach Anspruch 1 ist eine Ausgangsmateriallösung zum Bilden eines Oxid-Supraleiters, wobei die Ausgangsmateriallösung dafür verwendet wird, auf einem Substrat einen RE123-Oxid-Supraleiter, in den Flux-Pinning-Punkte eingearbeitet werden, unter Verwendung eines Beschichtungspyrolyseprozesses zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass Nanopartikel in einer zuvor festgelegten Menge zum Bilden der Pinning-Punkte in der Lösung dispergiert werden, in der eine organometallische Verbindung aufgelöst ist, um den Oxid-Supraleiter zu bilden. Die Verwendung der Ausgangsmateriallösung zum Bilden eines Oxid-Supraleiters gemäß dem Anspruch ermöglicht es, eine supraleitende Oxidschicht zu bilden, in der Nanopartikel, die adäquat als Flux-Pins fungieren, unter zweckmäßiger Steuerung eingearbeitet werden, wie oben beschrieben, wodurch es ermöglicht wird, einen supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht mit weiter verbessertem Jc und Ic bereitzustellen.
”Nanopartikel zum Bilden von Pinning-Punkten” brauchen nicht nur die Nanopartikel zu sein, die von sich aus als Flux-Pins fungieren, sondern können auch Nanopartikel sein, die mit der organometallischen Verbindung, die in der Ausgangsmateriallösung enthalten ist, während einer Sinterwärmebehandlung reagieren, um eine Pin-Verbindung zu erzeugen, die als Flux-Pins fungiert.
Bei den erstgenannten Nanopartikeln kann es sich zum Beispiel um Nanopartikel von Ag (Silber), Au (Gold), Pt (Platin), BaCeO₃ (Bariumcerat), BaTiO₃ (Bariumtitanat), BaZrO₃ (Bariumzirkonat), SrTiO₃ (Strontiumtitanat) oder dergleichen handeln, und für sie gelten keinerlei Einschränkungen, solange das Material nicht die supraleitenden Eigenschaften des supraleitenden Oxid-Dünnfilms beeinträchtigt.
Diese Nanopartikel sind Nanopartikel, die nicht mit der Ausgangsmateriallösung reagieren. Darum können Pins werden kann eingearbeiteten ohne das Durchführen einer Wärmebehandlung separat. Darüber hinaus hängt die Partikelgröße der eingearbeiteten Pins von der Größe der zugegebenen Nanopartikel ab, und darum kann die Partikelgröße der Pins einfach, akkurat und zweckmäßig gesteuert werden. Des Weiteren verändert sich während der Bildung des Oxid-Supraleiters die Zusammensetzung nicht, und darum kann eine supraleitende dünne Oxidschicht mit hohem Jc und Ic wie gewünscht erhalten werden. Unter den oben erwähnten Materialien ist ein Material mit hohem Schmelzpunkt, wie zum Beispiel Pt, besonders bevorzugt, da ein solches Material daran gehindert ist, sich während einer kalzinierenden Wärmebehandlung und einer Sinterwärmebehandlung zum Bilden des Oxid-Supraleiters zu bewegen und dadurch zu aggregieren oder sich zu verformen.
Bei den letztgenannten Nanopartikeln kann es sich zum Beispiel um Nanopartikel von CeO₂ (Zeroxid), ZrO₂ (Zirkondioxid), SiC (Siliziumcarbid), TiN (Titannitrid) oder dergleichen handeln. Diese Nanopartikel reagieren mit einer organometallischen Verbindung, die in der Ausgangsmateriallösung enthalten ist, um Nanopartikel von BaCeO₃ (Bariumcerat), BaZrO₃ (Bariumzirkonat), Y₂Si₂O₇ bzw. BaTiO₃ (Bariumtitanat) zu erzeugen und als Flux-Pins zu fungieren.
Diese Nanopartikel werden mit einer organometallischen Verbindung umgesetzt, die in der Ausgangsmateriallösung enthalten ist, um dadurch Pins zu erzeugen. Aufgrund dessen gibt es – im Gegensatz zu den oben beschriebenen Nanopartikeln, die nicht mit der Ausgangsmateriallösung reagieren – eine Möglichkeit, dass die Zusammensetzung während der Bildung des Oxid-Supraleiters variiert. Es ist bevorzugt, diese Möglichkeit bei der Herstellung der Ausgangsmateriallösung schon im Voraus in Betracht zu ziehen.
Die Erfindung nach Anspruch 2 ist die Ausgangsmateriallösung zum Bilden eines Oxid-Supraleiters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel eine Partikelgröße von 5 bis 100 nm haben.
Wenn die Partikelgröße der Nanopartikel übermäßig klein ist, so können die Nanopartikel nicht adäquat als Flux-Pins fungieren. Wenn hingegen die Partikelgröße übermäßig groß ist, so können die Nanopartikel die supraleitenden Eigenschaften des supraleitenden Oxid-Dünnfilms beeinträchtigen.
Eine Partikelgröße von 5 bis 100 nm ist eine Größe, die der Kohärenzlänge entspricht, so dass diese Probleme nicht eintreten.
Die Erfindung nach Anspruch 3 ist die Ausgangsmateriallösung zum Bilden eines Oxid-Supraleiters nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der zu der Ausgangsmateriallösung gegebenen Nanopartikel 0,01 bis 10 Mol-% relativ zum RE (Seltenerdenelement) in der Ausgangsmateriallösung beträgt. Wenn die Menge der zugegebenen Nanopartikel übermäßig klein ist, so kann keine adäquate Menge an Pins gebildet werden, und die Nanopartikel können nicht adäquat als Flux-Pins fungieren. Wenn hingegen die Menge der zugegebenen Nanopartikel übermäßig groß ist, so werden übermäßig viele Pins gebildet, wodurch die supraleitenden Eigenschaften des supraleitenden Oxid-Dünnfilms beeinträchtigt werden.
Wenn die Menge der zugegebenen Nanopartikel relativ zum RE in der Ausgangsmateriallösung 0,01 bis 10 Mol-% beträgt, so treten diese Probleme nicht auf.
Die Erfindung nach Anspruch 4 ist die Ausgangsmateriallösung zum Bilden eines Oxid-Supraleiters nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dispergiermittel zu der Ausgangsmateriallösung gegeben wird.
Da die zugegebenen Nanopartikel in der Ausgangsmateriallösung aggregieren können, kann das Dispergiermittel zugegeben werden, um zu verhindern, dass die Nanopartikel aggregieren, wodurch die Ausgangsmateriallösung hergestellt werden kann, in der die Nanopartikel gleichmäßiger dispergiert sind.
Konkrete Beispiele von Dispergiermitteln sind Polyacrylsäure, Olefin-Maleinsäure-Copolymer, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenimin und dergleichen. Je nach Art und Menge der Nanopartikel werden das Material und die Menge des zugegebenen Dispergiermittels zweckmäßig bestimmt. Falls eine auf dem freien Markt erhältliche Nanopartikel-dispergierte Lösung oder Nanokolloidallösung verwendet wird, kann es sein, dass die Art des darin enthaltenen Dispergiermittels nicht öffentlich bekannt gemacht wird, was jedoch kein Problem darstellt. Bevorzugt enthalten diese Dispergiermittel keine anderen Elemente als C, H, O und N.
Die Erfindung nach Anspruch 5 ist die Ausgangsmateriallösung zum Bilden eines Oxid-Supraleiters nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die organometallische Verbindung eine organometallische Verbindung ist, die kein Fluor enthält.
Falls die oben beschriebene Ausgangsmateriallösung zum Bilden eines Oxid-Supraleiters auf den FF-MOA-Prozess angewendet wird, so kommen die Auswirkungen der vorliegenden Erfindung signifikant zum Tragen. Und zwar können – im Gegensatz zu dem Fall, wo die herkömmliche Ausgangsmateriallösung, zu der ein Metallkomplex zugegeben wird, verwendet wird – Nanopartikel zweckmäßig zu der Ausgangsmateriallösung gegeben werden, um die Bildung von Pins zweckmäßig zu steuern und es zu ermöglichen, dass das Kristallwachstum ein adäquat orientiertes Wachstum ist.
Der FF-MOA-Prozess, bei dem eine Ausgangsmateriallösung aus einer organometallischen Verbindung, die kein Fluor enthält, verwendet wird, erzeugt kein gefährliches Gas wie Fluorwasserstoffgas während der Bildung einer supraleitenden Oxidschicht und erfordert darum – im Gegensatz zu dem Fall, wo der TFA-MOA-Prozess verwendet wird – keine Einrichtungen zu seiner Verarbeitung.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung kann eine Ausgangsmateriallösung bereitstellen, die es ermöglicht, die Partikelgröße der Pins in zweckmäßiger Weise zu steuern. Diese Ausgangsmateriallösung kann dafür verwendet werden, eine supraleitende Oxidschicht zu erhalten, in die Nanopartikel, die adäquat als Flux-Pins fungieren, mittels einer zweckmäßigen Steuerung eingearbeitet werden, und einen supraleitenden Oxid-Dünnfilmdraht mit weiter verbessertem Jc und Ic herzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Oxid-Supraleitdrahtes, der in Beispiel 1 hergestellt wurde.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Oxid-Supraleitdrahtes, der in einem Vergleichsbeispiel hergestellt wurde.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird anhand der Zeichnungen auf der Grundlage von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Beschreibung der vorliegenden Erfindung gegeben.
1. Herstellung der Ausgangsmateriallösung
Zuerst wird ein allgemeines Verfahren zum Herstellen einer Ausgangsmateriallösung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im Folgenden wird Y als RE verwendet.
(1) Herstellung der MOA-Lösung
Eine MOA-Lösung, bei der das Lösemittel Alkohol ist, wird aus organometallischen Verbindungen von Y, Ba und Cu in einem Verhältnis (Mol-Verhältnis) von Y:Ba:Cu = 1:2:3 synthetisiert. Die Gesamt-Kationenkonzentration von Y³⁺, Ba²⁺ und Cu²⁺ in der MOA-Lösung wird auf 1 mol/l eingestellt.
Bezüglich der organometallischen Verbindungen werden organometallische Verbindungen, die Fluor enthalten, wie zum Beispiel Trifluoracetat, im Fall des TFA-MOA-Prozesses verwendet, während organometallische Verbindungen, die kein Fluor enthalten, wie zum Beispiel Acetylacetonat, im Fall des FF-MOA-Prozesses verwendet werden.
(2) Herstellung der Nanopartikel-dispergierten Lösung
Separat von der oben beschriebenen Herstellung der MOA-Lösung wird eine Nanopartikel-dispergierte Lösung, in der Nanopartikel in einer zuvor festgelegten Menge in Alkohol dispergiert sind, hergestellt. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Dispergiermittel zugegeben, um ein Aggregieren der Nanopartikel zu verhindern.
(3) Herstellung der Ausgangsmateriallösung
Die MOA-Lösung und die in der oben beschriebenen Weise hergestellte Nanopartikel-dispergierte Lösung werden verwendet. Diese Lösungen werden so vermischt, dass die Menge der zugegebenen Nanopartikel relativ zu Y ein zuvor festgelegter Mol-%-Betrag ist, um dadurch die Ausgangsmateriallösung zu erzeugen.
2. Bildung der supraleitenden Y123-Oxidschicht
Als Nächstes wird eine Beschreibung der Bildung einer supraleitenden Y123-Oxidschicht unter Verwendung der in der oben beschriebenen Weise hergestellten Ausgangsmateriallösung gegeben.
(1) Herstellen eines Substrats
Zuerst wird ein Substrat hergestellt, auf dem eine supraleitende Oxidschicht ausgebildet werden soll. Bezüglich des Substrats ist es bevorzugt, ein orientiertes Metallsubstrat zu verwenden, bei dem eine Zwischenschicht mit einer Dreifachschichtstruktur aus CeO₂/YSZ/CeO₂, die in dieser Reihenfolge ausgebildet wird, auf einem Basismaterial gebildet wird, wie zum Beispiel einem Basismaterial aus Ni-W-Legierung, einem Basismaterial aus Plattierungsmetall, das SUS oder dergleichen als Basismetall enthält, einem IBAD-Basismaterial oder dergleichen.
(2) Aufbringen der Ausgangsmateriallösung
Auf das Substrat wird eine zuvor festgelegte Menge der Ausgangsmateriallösung aufgebracht und anschließend getrocknet, um einen Beschichtungsfilm mit einer zuvor festgelegten Dicke zu bilden.
(3) Herstellung des kalzinierten Films
Der Beschichtungsfilm wird unter zuvor festgelegten kalzinierenden Wärmebehandlungsbedingungen wärmebehandelt, um dadurch einen kalzinierten Film zu erzeugen.
(4) Herstellung des gesinterten Films (supraleitende Oxidschicht)
Der kalzinierte Film wird unter zuvor festgelegten Sinterwärmebehandlungsbedingungen wärmebehandelt, um dadurch eine supraleitende Oxidschicht zu erzeugen. Zu diesem Zeitpunkt werden zusammen mit der supraleitenden Oxidschicht Pins, die aus den Nanopartikeln bestehen, in der supraleitenden Oxidschicht gebildet.
Die gebildeten Pins fungieren adäquat als Flux-Pins in der supraleitenden Oxidschicht, und dementsprechend wird ein supraleitender Oxid-Dünnfilmdraht mit verbessertem Jc und Ic erhalten.
BEISPIELE
Im vorliegenden Beispiel wurde eine Ausgangsmateriallösung hergestellt, in der Pt-Nanopartikel als Nanopartikel verwendet wurden. Des Weiteren wurde diese Ausgangsmateriallösung verwendet, um eine supraleitende Y123-Oxidschicht zu bilden.
(Beispiel 1)
1. Herstellung der Ausgangsmateriallösung
(1) Herstellung der MOA-Lösung
Es wurden jeweilige Acetylacetonat-Komplexe von Y, Ba und Cu hergestellt, so dass das Mol-Verhältnis von Y:Ba:Cu 1:2:3 betrug, und in Alkohol aufgelöst, um eine Alkohollösung aus den organometallischen Verbindungen zu bilden.
(2) Pt-Nanopartikel-dispergierte Lösung
Eine Platin-Nanokolloidallösung (Partikelgröße: 10 nm, Pt-Konzentration: 1 Gewichts-%, Lösemittel: Ethanol, Dispergiermittel: das Dispergiermittel enthält keine anderen Elemente als C, H, O und N) wurde verwendet.
(3) Herstellung der Ausgangsmateriallösung
Die hergestellte Alkohollösung aus den organometallischen Verbindungen und die Pt-Nanopartikel-dispergierte Lösung wurden so vermischt, dass das Verhältnis von Pt zu Y (Pt/Y) 0,06 Mol-% betrug, um dadurch eine Ausgangsmateriallösung herzustellen.
2. Bildung der supraleitenden Oxidschicht
(1) Beschichtungsfilmbildungsschritt und kalzinierender Wärmebehandlungsschritt
Die hergestellte Ausgangsmateriallösung wurde auf ein Substrat aufgebracht, bei dem eine aus drei Schichten – Y₂O₃, YSZ und CeO₂ – bestehende Zwischenschicht auf einem plattierten Substrat ausgebildet war, bei dem eine Cu-Schicht und eine Ni-Schicht aus SUS ausgebildet waren, um dadurch einen Beschichtungsfilm einer zuvor festgelegten Dicke zu bilden. Danach wurde die Temperatur des Beschichtungsfilms in einer atmosphärischen Umgebung auf 500°C angehoben, zwei Stunden gehalten und anschließend abgekühlt, um einen kalzinierten Film von 300 nm Dicke als eine erste Schicht zu bilden. Dann wurden eine zweite Schicht und eine dritte Schicht unter den gleichen Bedingungen wie die erste Schicht gebildet, um dadurch einen kalzinierten Film eines Dreifachschichttyps zu erzeugen.
(2) Sinterwärmebehandlungsschritt
Der auf diese Weise erhaltene kalzinierte Film wurde in einer Atmosphäre aus einem Argon-Sauerstoffgasgemisch mit einer Sauerstoffkonzentration von 100 ppm auf 800°C erwärmt, anschließend 90 Minuten in diesem Zustand gehalten und dann im Verlauf von drei Stunden auf 500°C abgekühlt. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Atmosphäre zu einer Atmosphäre aus 100% Sauerstoff geändert, und die Temperatur wurde im Verlauf von fünf Stunden auf Raumtemperatur gesenkt. Dementsprechend wurde ein Oxid-Supraleitdraht von Beispiel 1, in dem eine supraleitende Y123-Oxidschicht mit 0,75 μm Dicke gebildet wurde, hergestellt.
(Vergleichsbeispiel)
Ein Oxid-Supraleitdraht eines Vergleichsbeispiels wurde in einer ähnlichen Weise wie Beispiel 1 hergestellt, außer dass eine MOA-Lösung, der keine Pt-Nanopartikel-dispergierte Lösung zugegeben worden war, als die Ausgangsmateriallösung verwendet wurde.
3. Beurteilung der Oxid-Supraleitdrähte
Die erhaltenen Oxid-Supraleitdrähte von Beispiel 1 und das Vergleichsbeispiel wurden in der folgenden Weise beurteilt.
(1) Querschnittsstruktur
Das S-TEM-Verfahren wurde dafür verwendet, die Querschnitte der supraleitenden Oxidschichten, die in den Oxid-Supraleitdrähten von Beispiel 1 und dem Vergleichsbeispiel ausgebildet worden waren, zu betrachten.
Die Ergebnisse der Betrachtung sind schematisch in den 1 und 2 gezeigt. Die 1 und 2 sind schematische Querschnittsansichten der Oxid-Supraleitdrähte, die in Beispiel 1 bzw. in dem Vergleichsbeispiel hergestellt worden waren. In den 1 und 2 ist das Substrat mit 1 bezeichnet, die gebildete supraleitende Y123-Oxidschicht ist mit 2 bezeichnet, und die Pt-Nanopartikel sind mit 3 bezeichnet.
Wie in 1 gezeigt, wurde bestätigt, dass Pt-Nanopartikel 3 gleichmäßig in der supraleitenden Y123-Oxidschicht 2 in Beispiel 1 dispergiert waren. Im Gegensatz dazu wurde im Vergleichsbeispiel, wie in 2 gezeigt, keine Bildung von Nanopartikeln in der supraleitenden Y123-Oxidschicht 2 festgestellt.
(2) Messung des Ic
Die supraleitenden Eigenschaften (Jc, Ic) von Beispiel 1 und des Vergleichsbeispiels wurden bei 77 K in einem Eigenmagnetfeld gemessen. Die Ergebnisse der Messung sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

Zugabe von Nanopartikeln Bildung von Pins Jc (A/cm²) Ic (A/cm)

Beispiel 1 zugegeben gebildet 1,4 103

Vergleichsbeispiel nicht zugegeben nicht gebildet 0,8 63
Aus Tabelle 1 ist zu erkennen, dass die Verwendung der Ausgangsmateriallösung, zu der Nanopartikel zugegeben wurden (Beispiel 1), veranlasst, dass Pins in der supraleitenden Oxidschicht gebildet werden, wobei die Pins adäquat als Flux-Pins fungieren und dementsprechend Jc und Ic verbessert werden.
(Beispiele 2–4)
Die Oxid-Supraleitdrähte der Beispiele 2 bis 4 wurden in einer ähnlichen Weise wie Beispiel 1 hergestellt, außer dass Pt-Nanopartikel mit Partikelgrößen, die in Tabelle 2 gezeigt sind, als die Pt-Nanopartikel verwendet wurden.
Für die Oxid-Supraleitdrähte, die in den Beispielen 2 bis 4 erhalten wurden, wurden die supraleitenden Eigenschaften (Jc, Ic) in einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse der Messung sind in Tabelle 2 zusammen mit den Ergebnissen des Beispiels 1 gezeigt.
4. Ergebnisse der Beurteilung
Die Ergebnisse der Beurteilung der Beispiele 2 bis 4 sind in Tabelle 2 zusammen mit den Ergebnissen der Beurteilung des Beispiels 1 gezeigt. Tabelle 2

Partikelgröße der Pt-Nanopartikel (nm) Jc (A/cm²) Ic (A/cm)

Beispiel 1 10 1,4 103

Beispiel 2 2 0,5 38

Beispiel 3 50 1,3 97

Beispiel 4 200 0,2 14
Aus Tabelle 2 ist zu erkennen, dass Ic von Beispiel 3 und Ic von Beispiel 1 höher sind als die von Beispiel 2 und Beispiel 4. Der Grund, warum dieses Ergebnis erhalten wurde, ist, dass die Pt-Nanopartikel in Beispiel 3 und Beispiel 1 eine Partikelgröße von 5 bis 100 nm haben, was die Funktion der Flux-Pinning-Punkte weiter verbessert.
(Beispiele 6–9)
1. Herstellung der Ausgangsmateriallösung
Oxid-Supraleitdrähte der Beispiele 5 bis 8 wurden in einer ähnlichen Weise wie Beispiel 1 hergestellt, außer dass das Verhältnis von Pt zu Y (Pt/Y), das in der Ausgangsmateriallösung enthalten war, auf den in Tabelle 3 gezeigten Mol-%-Wert eingestellt wurde.
Für die Oxid-Supraleitdrähte, die in den Beispielen 5 bis 8 erhalten wurden, wurden die supraleitenden Eigenschaften (Jc, Ic) in einer ähnlichen Weise wie in Beispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse der Messung sind in Tabelle 3 zusammen mit den Ergebnissen von Beispiel 1 gezeigt. Tabelle 3

(Pt/Y) Mol-% Jc (A/cm²) Ic (A/cm)

Beispiel 5 0,006 0,9 67

Beispiel 6 0,6 1,2 86

Beispiel 7 6 1,1 85

Beispiel 8 20 0,6 45

Beispiel 1 0,06 1,4 103
Aus Tabelle 3 ist zu erkennen, dass Ic von Beispiel 6, Ic von Beispiel 1 und Ic von Beispiel 7 höher sind als die von Beispiel 5 und Beispiel 8. Die Grund, warum dieses Ergebnis erhalten wurden, ist, dass das Mol-Verhältnis zwischen Pt und Y in Beispiel 6, Beispiel 1 und Beispiel 7 0,01 bis 10 beträgt, was die Funktion der Flux-Pinning-Punkte weiter verbessert.
Obgleich die obige Beschreibung anhand von Beispielen erfolgte, bei denen Pt-Nanopartikel als die Nanopartikel verwendet werden, wurde bestätigt, dass Nanopartikel von Ag, Au, BaCeO₃, CeO₂, SrTiO₃, ZrO₂ oder dergleichen genauso zum Flux-Pinning verwendet werden können wie die Pt-Nanopartikel. Wie aus dem oben Dargelegten zu erkennen ist, kann die vorliegende Erfindung eine supraleitende Oxidschicht mit einem höheren Ic bilden.
Obgleich die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Die Ausführungsformen können auf vielfältige Weise innerhalb des Schutzumfangs modifiziert werden, der mit der vorliegenden Erfindung identisch und zu ihr äquivalent ist.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2: supraleitende Y123-Oxidschicht
3: Pt-Nanopartikel

Claims

Ausgangsmateriallösung zum Bilden eines Oxid-Supraleiters (2), wobei die Ausgangsmateriallösung dafür verwendet wird, auf einem Substrat (1) einen RE123-Oxid-Supraleiter (2), in den Flux-Pinning-Punkte eingearbeitet sind, unter Verwendung eines Beschichtungspyrolyseprozesses zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass Nanopartikel (3) in einer zuvor festgelegten Menge zum Bilden der Pinning-Punkte in der Lösung dispergiert werden, in der eine organometallische Verbindung aufgelöst ist, um den Oxid-Supraleiter (2) zu bilden.
Ausgangsmateriallösung zum Bilden eines Oxid-Supraleiters (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanopartikel (3) eine Partikelgröße von 5 bis 100 nm haben.
Ausgangsmateriallösung zum Bilden eines Oxid-Supraleiters (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der zu der Ausgangsmateriallösung gegebenen Nanopartikel (3) 0,01 bis 10 Mol-% relativ zum RE (Rare Earth Element, Seltenerdenelement) in der Ausgangsmateriallösung ist.
Ausgangsmateriallösung zum Bilden eines Oxid-Supraleiters (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dispergiermittel zu der Ausgangsmateriallösung gegeben wird.
Ausgangsmateriallösung zum Bilden eines Oxid-Supraleiters (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die organometallische Verbindung eine organometallische Verbindung ist, die kein Fluor enthält.