DE3835989A1

DE3835989A1 - Verfahren zum herstellen eines raumtemperatursupraleiters aus einer oxidverbindung unter verwendung einer bestrahlung mit einer bestimmten strahlung

Info

Publication number: DE3835989A1
Application number: DE3835989A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Yoshida; Kozo Atobe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-10-24
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1989-05-03
Also published as: IT1224497B; GB8824505D0; CN1033122A; FR2622357A1; JPH01111702A; GB2211497A; IT8867931A0

Description

Die vorliegende Erfindung kann in den folgenden breit gestreuten Gebieten angewendet werden:

(1) Anwendung bei Supraleitern, welche benutzt werden, um elektrischen Strom in Räumen oder in unterirdischen Räumen zu speichern;
(2) Anwendung bei Supraleitern, die verwendet werden, um elektrischen Strom mit minimalem Verlust an elektrischer Energie zu erzeugen, zu übertragen oder zu verteilen;
(3) Anwendung zur Bildung eines Supraleiterschaltkreises oder eines Josephson-Verbindungselementes durch Bestrahlen eines dünnen Films eines normalen Leiters auf einem Substrat mit einer bestimmten Strahlung, und
(4) Anwendung bei verschiedenen anderen Vorrichtungen, die Supraleitfähigkeit benutzen.

Herkömmliche elektrische Maschinen und elektronische Geräte sind immer mit hohem Verlust an elektrischer Energie und anderen Schwierigkeiten, die durch die Erzeugung von Wärme bedingt sind, verbunden und es war bisher äußerst schwierig dieses Problem zu überwinden. In einem typischen herkömmlichen Verfahren werden Supraleiter einfach durch das Sintern von Oxiden hergestellt. Mit diesem Verfahren zeigt jedoch sogar ein Hochtemperatursupraleiter, der kürzlich entwickelt wurde, eine kritische absolute Temperatur von ungefähr 90°K oder weniger und ist daher zur praktischen Anwendung nur bedingt geeignet.

Unter diesen Umständen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Supraleiters zur Verfügung zu stellen, der eine stabile Supraleitfähigkeit im Temperaturbereich von der Temperatur des flüssigen Stickstoffs bis zu Raumtemperatur zeigt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Patentanspruchs.

Demnach stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Supraleiters zur Verfügung, wobei dieser eine stabile Supraleitfähigkeit in dem Temperaturbereich von der Temperatur des flüssigen Stickstoffs bis zu Raumtemperatur zeigt und welches Bestrahlen einer Yttrium-, Skandium- oder Lanthanoid(Lanthanid)oxidverbindung, die eine Perowskitstruktur aufweist, umfaßt. Hierzu wird eine Strahlung verwendet, die in der Lage ist Atomdislokationen zu bewirken, d. h. ein Strahl aus geladenen Partikeln, beispielsweise ein Elektronenstrahl, Protonenstrahl, Strahl aus schweren Ionen, usw. oder ein Strahl aus ungeladenen Partikeln, beispielsweise ein Neutronenstrahl.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist man in der Lage einen Supraleiter herzustellen, der bei hohen Temperaturen stabil ist. Dagegen war es bislang mit den herkömmlichen Materialien und Techniken nicht möglich einen Supraleiter mit stabiler Supraleitfähigkeit bei einer absoluten Temperatur von ungefähr 100°K oder höher durch Sintern herzustellen.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnung, darin zeigt

Fig. 1 die Beziehung (a) zwischen elektrischem Widerstand und Temperatur in bezug auf einen Vorläufer (precursor) vor Bestrahlung mit einer bestimmten Strahlung und ebenfalls die Beziehung (b und c) zwischen elektrischem Widerstand und Temperatur in bezug auf den Vorläufer nach Bestrahlung mit einer relativ niedrigen Strahlendosis; und

Fig. 2 die Beziehung (a′) zwischen elektrischem Widerstand und Temperatur in bezug auf einen Vorläufer vor Bestrahlung mit einer bestimmten Strahlung und ebenfalls die Beziehung (b′ und c′) zwischen elektrischem Widerstand und Temperatur in bezug auf den Vorläufer nach Bestrahlung mit einer relativ hohen Strahlendosis.

Die vorliegende Erfindung wird nun im einzelnen be schrieben.

I. Herstellen des Vorläufers

1. Damit Yttrium- (Y-Ba-Cu-O), Scandium- (Sc-Ba-Cu-O) oder Lanthanoid- (Lanthanid-) (Ln-Ba-Cu-O) (z. B. La-Ba-Cu-O) Oxidverbindungen nach dem Brennen eine Perowskitstruktur erhalten, ist es allgemein üblich jedes der Oxide, d. h. Y₂O₃, Sc₂O₃ und Ln₂O₃ mit Bariumkarbonat- (BaCO₃) und Kupfer(II)-oxid- (CuO) Pulvern zu mischen. Im einzelnen wird jedes der drei Elemente, d. h. Yttrium, Skandium und Lanthan, die einander in bezug auf Ionenradius und chemische Eigenschaften ähnlich sind, mit Barium und Kupfer in einem Atomgewichtsverhältnis von 1 : 2 : 3 gemischt und die Mischung dann wie unten beschrieben gebrannt.
2. Die hergestellten Pulver werden in einem gewöhnlichen mischenden Zerstäuber gemischt und fein gemahlen, so daß ein homogen gemischtes Pulver mit einem Partikeldurchmesser von etwa einem Mikrometer oder weniger erzeugt wird. Das gemischte Pulver wird zunächst ungefähr 10 Stunden bei etwa 1100° bis 1200°K unter Atmosphäre gebrannt. Das vorgebrannte Material wird wiederum fein gemahlen, um ein vorgebranntes Pulver mit einem Partikeldurchmesser von etwa einem Mikrometer oder weniger herzustellen. Dann wird das vorgebrannte Pulver gebrannt, um einen Hochtemperatursupraleiter zu erhalten; entweder in Form eines Pulvers (1) oder eines durch Pressen festgewordenen Produkts (2) oder eines dünnen Filmes auf einem Substrat (3) oder eines supraleitenden Materials, welches in ein rohrförmiges Bauteil gefüllt wird (4), usw. Die Bedingungen, unter denen gebrannt wird, hängen ab von der Gestalt und den Ausmaßen des Supraleiters, der hergestellt werden soll. Jedoch wird der Brennvorgang im allgemeinen z. B. ungefähr 25 Stunden unter Luft, bei 1200° bis 1400°K durchgeführt.

II. Strahlenbehandlung

Damit das oben beschriebene, gebrannte Material eine Struktur annehmen kann, die erforderlich ist um supraleitende Eigenschaften zu zeigen, was einer supraleitenden Phase gleichkommt, wird das gebrannte Material in einer Heliumatmosphäre innerhalb des Temperaturbereiches von Raumtemperatur bis ungefähr 600°K gehalten und wird in diesem Zustand mit einer bestimmten Strahlung bestrahlt. Eine geeignete Strahlendosis liegt im Falle eines geladenen Teilchenstrahles in dem Bereich 10¹⁰ bis 10²¹/cm² und im Falle eines ungeladenen Teilchenstrahls von 10¹⁵ bis 10¹⁸/cm². Überschreitet die Dosis die oberen Grenzen dieser Bereiche, so wird die supraleitende Phase zerstört.

Die folgenden Experimente wurden durchgeführt, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu verdeut lichen.

Ein Blei- bzw. Leiterdraht zum Messen des elektrischen Widerstandes wurde mit dem Vorläufer verbunden und der elektrische Widerstand des Vorläufers wurde vor und nach Bestrahlung in einer Bestrahlungsvorrichtung eine lange Zeitdauer während des Abkühlprozesses von Raumtemperatur bis 20°K kontinuierlich gemessen, um die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes vor und nach der Bestrahlung zu untersuchen. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in den Fig. 1 und 2 gezeigt. In diesen Figuren wird die absolute Temperatur auf der Abszisse aufgetragen und der elektrische Widerstand (Ω) wird auf der Ordinate aufgetragen. Die Graphen zeigen Änderungen des elektrischen Widerstandes mit der Temperatur bei einer Oxidverbindung, die eine Lanthanoid- (Lanthanid-) Barium- Kupfer-Sauerstoff- Perowskitstruktur aufweist, als einem erfindungsgemäßen Beispiel vor und nach Bestrahlung mit einer Kernstrahlung (z. B. einem Neutronenstrahl). Fig. 1 zeigt die Ergebnisse der Bestrahlung mit einer relativ niedrigen Strahlendosis, während Fig. 2 die Ergebnisse der Bestrahlung mit einer höheren Strahlendosis als in dem Falle der Fig. 1 zeigt. Aus diesen Figuren ist klar ersichtlich, daß der elektrische Widerstand des Materials sich während des Abkühlprozesses so wie die Pfeile angeben verändert und daß das Material, das mit einer bestimmten Strahlung bestrahlt wird, eine stabile Supraleitfähigkeit im Temperaturbereich von der Temperatur des flüssigen Stickstoffs bis zu Raumtemperatur zeigt. Es sei hier festgehalten, daß die Tabellen 1 und 2 Bedingungen für die Bestrahlung des Vorläufers mit einer bestimmten Strahlung der in den in Fig. 1 bzw. 2 gezeigten Experimenten zeigen.

Tabelle 1

Bestrahlungsbedingungen

Tabelle 2

Bestrahlungsbedingungen

Im Falle c′ in Fig. 2: Kritische Temperatur (Temperatur bei der der Widerstand zu sinken beginnt=310°K; Temperatur bei der der Widerstand Null wird=275°K)

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Supraleiters, der im Temperaturbereich von der Temperatur des flüssigen Stickstoffs bis zu Raumtemperatur eine stabile Supraleitfähigkeit zeigt und folgende Verfahrensschritte um faßt:
Bestrahlen einer Yttrium-, Skandium- oder Lanthanoid- (Lanthanid-) oxidverbindung, die eine Perowskitstruktur aufweist, mit einer Strahlung, die Atomdislokationen bewirken kann, insbesondere mit einem geladenen Teilchenstrahl, beispielsweise einem Elektronenstrahl, Protonenstrahl, Strahl aus schweren Ionen usw. oder einem ungeladenen Teilchenstrahl, beispielsweise einem Neu tronenstrahl.