JP4811998B2 - 超伝導ＭｇＢ２膜の電気メッキによる作製法 - Google Patents

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Description

本願発明は、高臨界電流密度を示す超伝導ＭｇＢ２膜の電気メッキによる作製法に関する。
ＭｇＢ２（二ホウ化マグネシウム）は、金属間化合物では最高の超伝導遷移温度Ｔｃ＝３９Ｋを示すことから、従来超伝導材料として広く実用化されてきたＡ１５型金属間化合物（Ｔｃ＝１５Ｋ程度）に換わる新たな超伝導材料として電力への応用が期待されている。
これまでに超伝導ＭｇＢ２の作製技術として、電気メッキにより導電体表面へＭｇＢ２膜を常圧合成する「ＭｇＢ２電気メッキ法」が確立されている（特許文献１−４）。
特開２００２−３２１９１１号公報 特開２００３−２３８１４４号公報 特開２００４−１０３８９号公報 特開２００４−１０３９０号公報
本願発明は、確立された「ＭｇＢ２電気メッキ法」をさらに発展させ、臨界電流密度（Ｊｃ）を従来製品に比べ飛躍的に向上させることのできる超伝導ＭｇＢ２膜の電気メッキによる作製法を提供することを課題としている。
本願発明は、上記の課題を解決するものとして、第１に、ＭｇＣｌ ２ （塩化マグネシウム）、ＫＣｌ（塩化カリウム）、ＮａＣｌ（塩化ナトリウム）、ＭｇＢ ２ Ｏ ４ （ホウ酸マグネシウム）を混合し、加熱溶融したメッキ浴に、Ｍｇ（ＯＨ）２（水酸化マグネシウム）が、メッキ浴に含まれるＭｇのモル比を１とした時、０．０１５〜０．０２０のモル比で添加され、メッキ浴に導電体基板を陰極として挿入し、陽極との間に直流電圧をかけ、導電体基板上にＭｇＢ２（二ホウ化マグネシウム）膜を形成させることを特徴としている。
本願発明は、第２に、導電性基板の素材が鉄またはステンレスであることを特徴としている。
本願発明によれば、ＭｇとＢを含むメッキ浴に、メッキ浴に含まれるＭｇのモル比を１とした時、０．０１５〜０．０２０のモル比でＭｇ（ＯＨ）２を添加することにより、得られるＭｇＢ２の臨界電流密度（Ｊｃ）を飛躍的に向上させることができる。
以下実施例を示し、本願発明の超伝導ＭｇＢ２膜の電気メッキによる作製法を詳述する。
臨界電流密度（Ｊｃ）は、実用超伝導材料のパフォーマンスを示す最も重要な指標である。臨界電流密度（Ｊｃ）の高いＭｇＢ２膜は、電力へ応用するのにさらに有利になる。本願発明の超伝導ＭｇＢ２膜の電気メッキによる作製法は、ＭｇとＢを含む電気メッキ浴にＭｇ（ＯＨ）２（水酸化マグネシウム）を添加するだけのシンプルな構成であり、臨界電流密度（Ｊｃ）の向上が簡便に実現される。「ＭｇＢ２電気メッキ法」は、現在主流で
ある真空蒸着法と異なり、電気メッキ用の簡単な装置を利用するため、単純廉価な装置により超伝導ＭｇＢ２線材が得られる。しかも、真空蒸着では不可能な基板裏面への成膜も可能であり、コイル状に成形した金属棒に超伝導ＭｇＢ２膜を付着させ、超伝導マグネットを作製することができる。このような「ＭｇＢ２電気メッキ法」の利点に加え、本願発明の超伝導ＭｇＢ２膜の電気メッキによる作製法は、メッキ浴に含まれるＭｇのモル比を１とした時、０．０１５〜０．０２０のモル比でＭｇ（ＯＨ）２を添加することにより臨界電流密度（Ｊｃ）を飛躍的に向上させる。
ＭｇＣｌ２（塩化マグネシウム）、ＫＣｌ（塩化カリウム）、ＮａＣｌ（塩化ナトリウム）、ＭｇＢ２Ｏ４（ホウ酸マグネシウム）をモル比１０：５：５：０．１に調整し、モル比０．０００≦ｘ≦０．０３０で水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）を添加し、混合した。次いで混合塩を乾燥アルゴンガス中で６００℃以上に加熱し、溶融させてメッキ浴とした。
メッキ浴中に径１ｍｍの炭素棒を陽極、厚さ０．２５ｍｍ、幅１０ｍｍの鉄基板を陽極として５ｍｍ間隔で平行に挿入した後、陰陽両極間に４Ｖの直流電圧を印加した。１０分後、陰極の鉄基板をメッキ浴から抜き出し、乾燥メタノール中で超音波洗浄を行い、表面に付着したメッキ浴成分を除去した。鉄基板に電気メッキされたＭｇＢ２膜が得られた。
図１は、得られたＭｇＢ２膜の外見と導電特性を対応させて示したものである。図１から理解されるように、Ｍｇ（ＯＨ）２（水酸化マグネシウム）の添加量ｘが０．０１５≦ｘ≦０．０２０の場合に限り、ＭｇＢ２の超伝導転移にともなう３９Ｋ付近での電気抵抗の減少が観測された。特にｘ＝０．０１５の場合、ＭｇＢ２膜は３９Ｋ以下でゼロ抵抗を示す。
図２は、ｘ＝０．０１５の場合に得られたＭｇＢ２膜の臨界電流密度（Ｊｃ）を磁場の関数として示したグラフである。
外挿により得られるゼロ磁場での臨界電流密度は、Ｊｃ（５Ｋ）＝２３０，０００Ａ/
ｃｍ２、Ｊｃ（２０Ｋ）＝１４０，０００Ａ/ｃｍ２であった。
比較のために、Ｍｇ（ＯＨ）２を添加しないでステンレス基板に電気メッキしたＭｇＢ２膜の臨界電流密度（Ｊｃ）の磁場依存性を図３に示した。ゼロ磁場での臨界電流密度は、Ｊｃ（５Ｋ）＝２５，０００Ａ/ｃｍ２、Ｊｃ（２０Ｋ）＝７，０００Ａ/ｃｍ２であった。これは、Ｍｇ（ＯＨ）２を添加しない従来のメッキ浴を用いて得られたＭｇＢ２膜の臨界電流密度（Ｊｃ）の最高値であった。
図２、図３の比較から、Ｍｇ（ＯＨ）２をモル比０．０１５でメッキ浴に添加して電気メッキしたＭｇＢ２膜の臨界電流密度（Ｊｃ）は、従来のＭｇ（ＯＨ）２の添加していないＭｇＢ２メッキ膜の最高値より１桁向上していることが分かる。
もちろん、本願発明は、以上の実施例によって限定されるものではない。加熱温度、電極の大きさ、メッキ電圧、時間等の細部については様々な態様が可能である。
ＭｇＣｌ２：ＫＣｌ：ＮａＣｌ：ＭｇＢ２Ｏ４：Ｍｇ（ＯＨ）２＝１０：５：５：０．１：ｘの組成を持つメッキ浴において、Ｍｇ（ＯＨ）２のモル比ｘを０．０００≦ｘ≦０．０３０で変化させた時のＭｇＢ２メッキ膜の外見と超伝導特性を対応させて示した図である。 ｘ＝０．０１５でＭｇ（ＯＨ）２を添加して得られたＭｇＢ２膜の臨界電流密度（Ｊｃ）を磁場の関数として示したグラフである。 Ｍｇ（ＯＨ）２を添加しないでステンレス基板に電気メッキしたＭｇＢ２膜の臨界電流密度（Ｊｃ）の磁場依存性を示したグラフである。

Claims (2)

  1. ＭｇＣｌ ２ （塩化マグネシウム）、ＫＣｌ（塩化カリウム）、ＮａＣｌ（塩化ナトリウム）、ＭｇＢ ２ Ｏ ４ （ホウ酸マグネシウム）を混合し、加熱溶融したメッキ浴に、Ｍｇ（ＯＨ）２（水酸化マグネシウム）が、メッキ浴に含まれるＭｇのモル比を１とした時、０．０１５〜０．０２０のモル比で添加され、メッキ浴に導電体基板を陰極として挿入し、陽極との間に直流電圧をかけ、導電体基板上にＭｇＢ２（二ホウ化マグネシウム）膜を形成させることを特徴とする超伝導ＭｇＢ２膜の電気メッキによる作製法。
  2. 導電性基板の素材が鉄またはステンレスである請求項１記載の超伝導ＭｇＢ２膜の電気メッキによる作製法。
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