JP2004010389A - 超伝導ホウ化物ＭｇＢ２の融液電析合成方法 - Google Patents

超伝導ホウ化物ＭｇＢ２の融液電析合成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ＭｇＢ２は、構成元素ＭｇとＢの極端な蒸気圧の違いから、単相バルク試料の合成すら難しいのが現状である。そこで、超伝導体の実用に不可欠な線材作製技法、又は素子化に必要な薄膜作製技術は現在まで得られていない。
【解決手段】マグネシウムハロゲン化物と塩化カリウムの混合物にマグネシウムのホウ酸塩を加えて得られた粉体混合物を耐火性ボートに充填し、この混合物中に負電極及び正電極を挿入し、これらを加熱炉中で不活性ガス雰囲気下で加熱してボート中の混合物を熔融して融液とした後、両電極間に直流電流を印加し、負電極上にＭｇＢ２を析出させることからなる超伝導ホウ化物ＭｇＢ２の融液電析合成方法。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超伝導ホウ化物ＭｇＢ２（Ｔｃ＝３９Ｋ）超伝導薄膜、及び超伝導線材の作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超伝導薄膜は超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）として高感度な磁束計に用いられる。又、超伝導線材は超伝導電磁磁石として強磁場の発生に使われる。両者とも医療におけるＣＴスキャン装置の他、学術研究等で広く利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
先頃、金属間化合物として最高のＴｃ＝３９Ｋを示すホウ化物ＭｇＢ２が発見され、従来のＡ１５型金属間化合物（ＴＣ＝１５Ｋ程度）に代わるものとしてその応用が期待されている（Ａ１５型：Ｎｂ３Ｇｅ等Ａ３Ｂの形の化合物に共通の結晶構造を分類する名称）。
【０００４】
ＭｇＢ２は、しかし、構成元素ＭｇとＢの極端な蒸気圧の違いから、単相バルク試料の合成すら難しいのが現状である。超伝導体の実用に不可欠な線材作製技法、又は素子化に必要な薄膜作製技術は、現在まで得られていない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、簡単な装置構成により、ＭｇＢ２を融液中から電気析出法（電析法）により薄膜状に合成する手法を提供するものである。この手法を最適化することにより、どのような形状の基板金属に対してもＭｇＢ２を一様な厚みで育成できる。したがって、予め線状に成形した金属線上にＭｇＢ２をメッキすることにより、ＭｇＢ２の線材を作製することができる。又、平面基板上への育成も可能である。即ち、ＭｇＢ２を利用したジョセフソン素子等、薄膜構成を必要とする系の作製に対しても有力である。ＭｇＢ２の析出形状は、基板物質の形状によって決まり、板状基板上であれば薄膜となり、線状基板であれば線材となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
ＭｇＢ２は、非常に蒸気圧の高いＭｇと逆に非常に融点の高いホウ素の化合物であるが、そこで行われた一連の高蒸気圧物質合成の試行過程において、本発明は、電気析出法を使用してＭｇＢ２を合成する方法を見いだした。
【０００７】
即ち、本発明は、現在盛んに用いられている真空蒸着等の高度且つ高価な装置を用いた製膜法と違い、メッキ用の僅かな装置だけで簡単にＭｇＢ２の膜を作製することを可能にする。
【０００８】
それだけでなく、真空蒸着では不可能な基板面への製膜も可能である。これは、例えば、初めからコイル状に成形した金属線にメッキを施すことにより、ＭｇＢ２超伝導体マグネットを作製することができることを意味している。
【０００９】
【実施例】
市販の試薬ＭｇＣｌ２、ＫＣｌ及びＭｇＢ２Ｏ４をモル比５：５：１にて総量２秤量する（以下粉末試料と呼ぶ）。アルミナボートの一端に直径１ｍｍの白金線をボート底に這わせるように固定する。同様に、ボートの反対の端にグラファイト棒を固定した。白金線及びグラファイト棒それぞれに直径０．３ｍｍの白金線（以下リード線と呼ぶ）を圧着する。
【００１０】
粉末試料をボートに満たした後、これを石英炉心管を備えた横型電気炉に入れる。炉心管の一端をふさぐゴム栓にチューブを取り付け、アルゴンガスラインにつなぐ。炉心管の他端のゴム栓には排気用のチューブに加え、二つ穴のガイシを挿入する。ガイシを介してリード線を炉心管外部に導き、直流電源に接続する。リード線が互いに触れないよう注意を払う。白金線を負極、グラファイト棒を正極に結合する。
【００１１】
アルゴンガスを１リットル毎分程度流しながら炉温度を６００℃まで上げる。粉末試料は融体となる。リード線に５Ｖ直流電圧を印加、数十ミリアンペアの通電を確認したらそのまま数時間静置する。数時間後、炉温度を常温に戻し、ボートを取出す。
【００１２】
フラックスを除くため、蒸留水にボートを浸ける。フラックス除去後、黒色物質（ＭｇＢ２）に被覆された白金線を得た。白金線上に育成されたＭｇＢ２の磁化率・温度曲線を示すと図１のとおりである。測定磁場は２０ガウスで、無磁場中冷却（ＺＦＣ）、磁場中冷却（ＦＣ）それぞれの曲線を示している。
【００１３】
無磁場中冷却の曲線は、一旦温度をＴｃ以上に上げ、超電導状態をクリアしてから磁場をかけずに冷却し、その後０．００２Ｔの磁場をかけて昇温させ、その間に得られる磁化プロファイルを示している。これに対し、磁場中冷却の曲線は、磁場をかけたままで（０．００２Ｔの）Ｔｃ以上から冷却した際に得られる磁化プロファイルを示している。無磁場中冷却の曲線と磁場中冷却の曲線が図に示されるように大きく異なるのが超電導体の特徴である。
【００１４】
【発明の効果】
従来の真空蒸着装置を用いた大がかりな製膜処理に比べて、本発明の簡単な装置を使用することにより、合成困難なＭｇＢ２の薄膜、線材の作製が極めて低コストで可能となる。
【００１５】
本発明により、Ｔｃの高いＭｇＢ２の線材が超伝導マグネットに応用されるようになると、液体Ｈｅを使用しない冷凍機による超伝導マグネットが一層普及することになる。特に、医療分野で使用されているＣＴスキャンが安価に運転できるようになり、小病院にも広く普及する等、大きい経済効果が期待される。
【００１６】
又、本発明により、ＭＲＩ（磁気共鳴画像）に用いられるＳＱＵＩＤ素子も安価に量産できるものと期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】白金線上に育成されたＭｇＢ２の磁化率・温度曲線を示すと図１のとおりである。
【図２】本発明の方法でＭｇＢ２を作製する装置の図である。

Claims (2)

  1. マグネシウムハロゲン化物と塩化カリウムの混合物にマグネシウムのホウ酸塩を加えて得られた粉体混合物を耐熱性ボートに充填し、この混合物中に負電極及び正電極を挿入し、これらを加熱炉中で不活性ガス雰囲気下で加熱してボート中の混合物を熔融して融液とした後、両電極間に直流電流を印加し、負電極上にＭｇＢ２を析出させることからなる超伝導ホウ化物ＭｇＢ２の融液電析合成方法。
  2. 電極材として、融液に対して安定であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｐｔ若しくはＡｕの金属極、又は融液に対して化学的に安定であるグラファイト、ハイドープシリコン若しくはスズ酸化物の非金属が用いられる請求項１記載の方法。
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