DK172938B1 - Superledende metaloxidfase - Google Patents

Superledende metaloxidfase Download PDF

Info

Publication number
DK172938B1
DK172938B1 DK199001881A DK188190A DK172938B1 DK 172938 B1 DK172938 B1 DK 172938B1 DK 199001881 A DK199001881 A DK 199001881A DK 188190 A DK188190 A DK 188190A DK 172938 B1 DK172938 B1 DK 172938B1
Authority
DK
Denmark
Prior art keywords
superconducting
approx
metal oxide
oxide phase
superconducting metal
Prior art date
Application number
DK199001881A
Other languages
English (en)
Other versions
DK188190D0 (da
DK188190A (da
Inventor
Jagannatha Gopalakrishnan
Arthur William Sleight
Munirpallam Appado Subramanian
Original Assignee
Du Pont
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/US1989/000355 external-priority patent/WO1989007087A1/en
Application filed by Du Pont filed Critical Du Pont
Publication of DK188190D0 publication Critical patent/DK188190D0/da
Publication of DK188190A publication Critical patent/DK188190A/da
Application granted granted Critical
Publication of DK172938B1 publication Critical patent/DK172938B1/da

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01FCOMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F11/00Compounds of calcium, strontium, or barium
    • C01F11/02Oxides or hydroxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G29/00Compounds of bismuth
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/80Constructional details
    • H10N60/85Superconducting active materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

i DK 172938 B1
Den foreliggende opfindelse angår en hidtil ukendt, - bismuth-strontium-calcium-kobberoxid-fase, som er superle dende .
Referencer.
5 Bednorz og Muller, Z. Phys. B64, 189 (1986), beskriver en superledende fase i La-Ba-Cu-O-systemet med en superledende overgangstemperatur på ca. 35 K. Denne beskrivelse er senere blevet bekræftet af en række forskere [se f.eks.
Rao and Ganguly, Current Science, 56, 47 (1987) , Chu et 10 al., Science 235, 567 (1987), Chu et al., Phys. Rev. Lett.
58, 405 (1987), Cava et al., Phys. Rev. Lett. 58, 408 (1987),
Bednorz et al., Europhys. Lett. 3, 379 (1987)]. Den superledende fase er blevet identificeret som materialet Lai_x(Ba,Sr,Ca)x04_y, som har tetragonal struktur af K2NiF4-15 typen, og hvor x typisk er ca. 0,15, og y angiver oxygenhuller.
Wu et al., Phys. Rev. Lett. 58, 908 (1987), beskriver en superledende fase i Y-Ba-Cu-O-systemet med en superledende overgangstemperatur på ca. 90 K. Cava et al., Phys. Rev.
20 Lett. 58, 1676 (1987), har identificeret denne superledende Y-Ba-Cu-O-fase til at være orthorhombisk, forkastet, oxygenmangelfuldt perovskit YBa2Cu309.g, hvor δ er ca. 2,1, og viser pulverrontgenstrålediffraktionsmønstret og gitterparametrene .
25 C. Michel et al., Z. Phys. B - Condensed Matter 68, 417 (1987), beskriver indføringen af Bi i superlederen La2-xSrxCu04_y til dannelse af oxiderne
La2,χΒίχ>Srx_xi,Cu04.y. Studiet har været begrænset til materialer svarende til det interval, hvor der hovedsageligt 30 iagttages superledningsevne, nemlig x - x' » 0,1-0,2. Enkeltfaser er blevet opnået, når x s 3, og x' s 2. En prøve med sammensætningen La^^ ( 7Bi0 f iSr0; 2Cu04-y har superledende overgangstemperatur på ca. 42 K som bestemt ud fra målinger af specifik ledningsevne sammenlignet med ca. 38 K for 35 Lal,8Sr0,2Cu04-y· DK 172938 B1 2 C. Michel et al., Z. Phys. B - Condensed Matter 68, I 421 (1987), beskriver en ny familie af superlederoxider i • Bi-Sr-Cu-O-systemet med en sammensætning tæt på
Bi2Sr2Cu207+g. En ren fase er blevet isoleret for sammensæt-, 5 ningen Bi2Sr2Cu207+g. Røntgenstrålediffraktionsmønsteret for dette materiale udviser en vis lighed med mønstret for J perovskit, og elektrondiffraktionsmønstret viser perovskitun- dercelle med de orthorhombiske celleparametre på a = 5,32 Å (0,53 2 nm), b = 26,6 Å (2,66 nm), og c = 48,8 Å (4,88 nm) .
10 Materialet fremstillet ud fra ultrarene oxider har en superledende overgang med et midtpunkt på 22 K som bestemt ud fra målinger af specifik ledningsevne og modstanden nul - under 14 K. Materialet fremstillet ud fra oxider af kommerciel renhed har en superledende overgang med et midtpunkt " 15 på 7 K.
Resume af opfindelsen
Den foreliggende opfindelse angår en superledende metaloxidfase, som er ejendommelig ved, at den har formlen - 20 Bi2Sr3.zCazCu2Og+w hvor z er et tal fra ca. 0,1 til ca. 0,9, fortrinsvis 0,4 - 0,8, især 0,6 - 0,7, og w er et tal større end 0 og mindre end l.
__ Den nominelle formel for superledende materialer, ^ 25 som indeholder væsentlige mængder af metaloxidfasen ifølge opfindelsen, som tilvejebringer superledningsevne, bliver derfor BiaSrj-)CacCu30x, hvor a er fra ca. 1 til ca. 3, b er fra ca. 3/8 til ca. 4, c er fra ca. 3/16 til ca. 2, og x = (l,5a+b + c + y), hvor y er fra ca. 2 til ca. 5, idet ^ 30 dog b + c er fra ca. 3/2 til ca. 5.
_J Det superledende materiale, der indeholder metaloxid- "1 fasen ifølge opfindelsen kan fremstilles ved at opvarme en . J blanding, som udgøres af støkiometriske mængder af metalox ider, f.eks. Bi203, SrO eller Sr02, CaO og CuO, eller forsta-35 dier for metaloxiderne, f.eks. carbonater, såsom CaC03, eller nitrater, såsom Sr(N03)2, til fra 775°C til 900°C i p m DK 172938 B1 3 fra 8 til 48 timer eller mere i luft. Opvarmningstemperaturer fra 850°C til 900eC foretrækkes.
Detaljeret beskrivelse af opfindelsen.
5 De superledende materialer med den nominelle formel
BiaSrbCacCu3°x bar superledende overgangstemperaturer på mindst 70 K og op til ca. 120 K. Foretrukket er de materialer, hvor a fra ca. 3/2 til ca. 3, b er fra ca. 3/2 til ca.
4, c er fra ca. 1/2 til ca. 3/2, og b + c er ca. 3-5. Disse 10 foretrukne materialer har superledende overgangstemperaturer over 77 K, temperaturen af flydende nitrogen.
De superledende materialer, der indeholder metaloxidfasen ifølge opfindelsen kan fremstilles ved følgende fremgangsmåde. Støkiometriske mængder af B12O3, SrO, CaO og CuO 15 blandes, f.eks. ved at de formales sammen i en morter. Forstadier for oxiderne, såsom carbonater, kan anvendes i stedet for et eller flere af oxiderne. Alternativt kan en inderlig, støkiometrisk blanding af forstadier for oxiderne fremstilles ud fra en opløsning af forstadier, som nitrater eller aceta-20 ter, enten ved udfældning fra en sådan opløsning eller ved tørring af en sådan opløsning ved afdampning af opløsningsmidlet eller ved forstøvnings- eller frysetørring. Blandingen af oxider eller forstadier i form af et pulver eller en presset perle anbringes derefter i en beholder fremstillet 25 af et ikke-reaktivt materiale, såsom aluminiumoxid eller guld. Derpå anbringes beholderen i en ovn og opvarmes til fra 775°C til 900°C i fra 8 til 48 timer i luft, fortrinsvis fra 850°C til 900°C. Den superledende overgangstemperatur er almindeligvis højere, hvis opvarmningstemperaturen er i 30 det foretrukne interval. Smeltning må undgås. Da smeltning indtræder ved opvarmningstemperaturer på ca. 900eC og derover, skal omsætningen ske under disse temperaturer.
Afkøling kan foretages langsomt ved enten at afbryde strømmen til ovnen og tillade beholderen at køle af i ovnen 35 eller ved at programmere ovnen til at afkøle med en langsom hastighed, f.eks. med 2°C pr. minut. Når temperaturen er m- DK 172938 B1 4 j under 100°C, f.eks. stuetemperatur (ca. 20°C), udtages be holderen fra ovnen, og det sorte, krystallinske produkt udvindes. Afkøling kan også gennemføres ved afgysning ved stuetemperatur af det materiale, som er blevet opvarmet til 5 850-900°C. Et superledende materiale ifølge opfindelsen kan ? fremstilles, selv når de relative mængder af reaktanter i udvælges uden for de støkiometriske grænser, som er dikteret af de områder, som er angivet i formlen for metaloxid-fasen.
Det superledende materiale vil derefter være sammensat af t 10 mindst én superledende fase sammen med andre, ikke-super- - ledende faser.
_ Superledningsevnen kan bekræftes ved iagttagelse af udelukkelsen af den magnetiske flux, dvs. Meissner-effekten.
Denne effekt kan måles ved den metode, som er beskrevet i 15 en artikel af E. Polturak og B. Fisher in Physical Review B, 36, 5586 (1987).
‘ De superledende materialer, der indeholder metaloxid fasen ifølge opfindelsen kan anvendes til at lede strøm ekstremt effektivt eller til tilvejebringelse af et magnetisk 20 felt til magnetisk billeddannelse til medicinske formål.
Ved afkøling af materialet i form af en tråd eller stang til en temperatur under den superledende overgangstemperatur, f.eks. til eller under ca. 115 K, fortrinsvis til eller -- under ca. 85 K, ved at udsætte materialet for flydende nitro- 2 5 gen på en måde, som er velkendt af fagfolk på området, og ved at initiere en strømning af elektrisk strøm kan man derfor opnå en sådan strømning uden nogen elektriske modstandstab. Til tilvejebringelse af eksceptionelt høje magnetiske felter med minimale krafttab kan den ovenfor omtalte 30 tråd snos til dannelse af en spiral, som vil blive udsat for flydende helium, før nogen strøm frembringes i spiralen.
De superledende materialer, der indeholder metaloxidfasen ifølge opfindelsen kan også anvendes til tilvejebrin-“ ‘ gelse af diamagnetiske felter, som er yderst vedvarende.
1 35 Sådanne felter opnås, ved at materialerne i form af et ark eller en tilsvarende konstruktion udsættes for et ydre, DK 172938 B1 5 magnetisk felt, idet arket er afkølet til en temperatur under den superledende overgangstemperatur, f.eks. afkølet til mellem 77°C og 115 K ved udsættelse for flydende nitrogen. Sådanne felter kan anvendes til at løfte genstande så 5 store som jernbanevogne. Disse superledende materialer kan også anvendes i Josephson-apparaturer, såsom SQUIDS (superledende kvantuminterferensapparaturer), og i instrumenter, som er baseret på Josephson-effekten, såsom høj hastighedprø-vekredsløb og spændingsstandarder. Disse materialer ser ud 10 til at være mere stabile, især i nærvær af vand, end kendte, superledende materialer med overgangstemperaturer i samme interval. Materialerne er ligeledes lettere at behandle end kendte materialer.
15 Eksempel
Et materiale med den nominelle formel Bi2Sr2CaCu30x fremstilles på følgende måde. Bi203 (4,6596 g), Sr02 (2,3924 g), CaC03 (1,0009 g) og CuO (2,3865 g) blandes og formales sammen i en agatmorter i tredive minutter. Pulver-20 blandingen anvendes til presning af 10 pellets, hver med en diameter på 10 mm og en tykkelse på ca. 2 mm.
En af de pressede pellets anbringes på en guldbakke, og bakken anbringes i en ovn og opvarmes i luft med en hastighed på 10°C pr. minut til 875°C og holdes derefter ved 25 875°C i 36 timer. Derefter afkøles ovnen med en hastighed på 1°C pr. minut til en temperatur under ca. 100°C, før bakken tages ud.
Pladeagtige krystaller, som udviser spaltning i basisplanet, er dominerende i smelten. De adskilles mekanisk og 30 anvendes til yderligere karakterisering og strukturbestemmelse. Både fluxudelukkelse og måling af specifik elektrisk modstand på de enkelte krystaller afslører en skarp, superledende overgang ved Tc ved på ca. 95 K.
Den superledende metaloxidfase i dette materiale er 35 blevet identificeret som Bi2Sr3.2CazCu208 +w 6 DK 172938 B1 ; hvor "z" er ca. 0,65, og "w" er under 1, men større end 0. Strukturen baseret på en A-centreret, orthorhombisk celle med a = 5,409Å, b = 5,414Å og c = 30,914Å er blevet bestemt ved anvendelse af enkeltkrystalrøntgenstrålediffrak- - 5 tionsdata.
Strukturen udgøres af afvekslende, dobbelte kobber-: -oxygen-lag og dobbelte bismuth-oxygen-lag. Der er Ca2+ og
Sr2+-kationen mellem de tilstødende Cu-O-lag, og Sr2+-katio- - ner findes også mellem Cu-0 og Bi-O-lagene. Transmissions- r; 10 elektromikroskopistudier med høj opløsning viser, at b-aksen rent faktisk er 27,07Å, en forøgelse med en faktor på fem i forhold til undercelledimensionen. Denne superstruktur kan også iagttages ved røntgenstrålediffraktion på enkeltkry- - staller, men tvillingdannelse kan få det til at se ud, som 15 om der er superstruktur langs både a- og b-aksen.
Når "z" i formlen for den superledende metaloxidfase er hvor som helst fra 0,1 til 0,9, må det forstås, at "a" og "b" begge er ca. 5,4Å, og "c" er ca. 31Å, medens a, β og nr (de vinkler, som er forbundet med enhedscellen, således 20 som det er kendt af fagfolk på området) er ca. 90°. Endvidere ... kan, således som det er vist i dette eksempel, en eller to af underdimensionerne (a eller b eller c) multipliceres med et helt tal fra ca. 2 til 10 til opnåelse af en celle, som udviser superstrukturen af den superledende fase ifølge 25 opfindelsen.
i-'lR
w

Claims (3)

1. Superledende metaloxidfase, kendetegnet ved, at den har formlen Bi2Sr3-zCazCu2°8+w 5 hvor z er et tal fra ca. 0,1 til ca. 0,9, og w er et tal større end 0 og mindre end 1.
2. Superledende metaloxidfase ifølge krav 1, kendetegnet ved, at z er fra ca. 0,4 til ca. 0,8.
3. Superledende metaloxidfase ifølge krav 1, k e n-10 detegnet ved, at z er 0,6-0,7, og metaloxidfasen har en struktur baseret på en A-centreret orthorhombisk celle med a = 5,409Å, b = 5,414Å og c = 30,914Å.
DK199001881A 1988-02-08 1990-08-07 Superledende metaloxidfase DK172938B1 (da)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15310788A 1988-02-08 1988-02-08
US15310788 1988-02-08
PCT/US1989/000355 WO1989007087A1 (en) 1988-02-04 1989-02-03 SUPERCONDUCTING Bi-Sr-Ca-Cu OXIDE COMPOSITONS AND PROCESS FOR MANUFACTURE
US8900355 1989-02-03

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DK188190D0 DK188190D0 (da) 1990-08-07
DK188190A DK188190A (da) 1990-08-07
DK172938B1 true DK172938B1 (da) 1999-10-11

Family

ID=22545802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DK199001881A DK172938B1 (da) 1988-02-08 1990-08-07 Superledende metaloxidfase

Country Status (8)

Country Link
JP (1) JP2850310B2 (da)
KR (1) KR970000482B1 (da)
AU (1) AU617765B2 (da)
CA (1) CA1341237C (da)
DK (1) DK172938B1 (da)
HU (1) HU217018B (da)
NO (1) NO180043C (da)
RU (1) RU2056068C1 (da)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0327044B2 (de) * 1988-02-05 1998-04-22 Hoechst Aktiengesellschaft Supraleiter und Verfahren zu seiner Herstellung
JPH01212227A (ja) * 1988-02-17 1989-08-25 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 酸化物超伝導材料
DE4108869A1 (de) * 1991-03-19 1992-09-24 Hoechst Ag Verfahren zur herstellung eines bismut enthaltenden supraleitenden materials
RU2460175C1 (ru) * 2011-05-12 2012-08-27 Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН Сверхпроводящий композиционный материал на основе втсп соединений и способ его получения

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2506892B2 (ja) 1988-02-05 1996-06-12 松下電器産業株式会社 酸化物超伝導材料
JP2629771B2 (ja) 1988-02-05 1997-07-16 松下電器産業株式会社 酸化物超伝導材料
US5181481A (en) * 1991-03-25 1993-01-26 Foster Wheeler Energy Corporation Fluidized bed combustion system and method having multiple furnace sections
JPH0643268A (ja) * 1992-07-27 1994-02-18 Casio Comput Co Ltd ストップウオッチ装置

Also Published As

Publication number Publication date
RU2056068C1 (ru) 1996-03-10
NO903160D0 (no) 1990-07-13
NO180043B (no) 1996-10-28
KR900700390A (ko) 1990-08-13
DK188190D0 (da) 1990-08-07
HU217018B (hu) 1999-11-29
NO903160L (no) 1990-07-13
AU3068989A (en) 1989-08-25
JP2850310B2 (ja) 1999-01-27
KR970000482B1 (ko) 1997-01-13
AU617765B2 (en) 1991-12-05
JPH03502918A (ja) 1991-07-04
HUT57939A (en) 1991-12-30
HU891437D0 (en) 1991-11-28
CA1341237C (en) 2001-05-22
DK188190A (da) 1990-08-07
NO180043C (no) 1997-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liang et al. Phase diagram of SrO CaO CuO ternary system
US4894361A (en) Superconducting metal oxide Tl-Pb-Ca-Sr-O compositions and processes for manufacture and use
US4929594A (en) Superconducting composition Tl2 Ba2 CuO6+x and process for manufacture
DK172938B1 (da) Superledende metaloxidfase
US6855670B1 (en) Superconducting bismuth-strontium-calcium-copper oxide compositions and process for manufacture
US5017554A (en) Superconducting metal oxide Tl-Pb-Ca-Sr-Cu-O compositions and processes for manufacture and use
US5264414A (en) Superconducting metal oxide (Tl,Bi)1 Sr2 Ca2 Cu3 O.sub.y
KR0152058B1 (ko) 초전도성 금속 산화물 조성물,그의 제조방법 및 용도
AU632069B2 (en) Superconducting metal oxide compositions and processes for manufacture and use
US5219833A (en) Process for manufacturing single phase Tl2 Ba2 CuO6-x superconductors
AU632076B2 (en) Superconducting metal oxide compositions and processes for manufacture and use
JPH0465395A (ja) 超電導繊維状単結晶およびその製造方法
EP0441903A1 (en) Superconducting metal oxide compositions and processes for manufacture and use
Subramanian et al. Superconducting metal oxide (Tl, Bi) 1 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O y
Srinivas et al. Synthesis of High Tc Superconductors
WO1991011391A1 (en) Superconducting metal oxyde compositions

Legal Events

Date Code Title Description
B1 Patent granted (law 1993)
PBP Patent lapsed

Country of ref document: DK