JP5196368B2 - 酸化物超伝導体とその製造方法 - Google Patents
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Description
実用観点からの酸化物超伝導体には、超伝導臨界温度が約110Kの(BiPb)2Sr2Ca2Cu3O10、約80KのBi2Sr2Ca1Cu2O8、約90KのR1Ba2Cu3O7(Rは希土類元素を表す)、および高いジョセフソンプラズマ周波数を有する[R(M)]2Cu1O4(Mはアルカリ土類金属元素またはCeを表す)の結晶構造物が知られている。
発明1は、R 2−x M x CuO 4 結晶構造(ただし、R:La,Pr,Nd,Sm,Eu。M:Ba,Sr,Ca,Ceとする)を有する酸化物超伝導体であって、その結晶構造が針状であることを特徴とする酸化物超伝導体である。
下記化学式1で表される原子組成を有する前駆体の粉末の圧粉成形体を、温度範囲が1100℃を越え1400℃未満の範囲で、熱処理することで針状に結晶成長させることを特徴とする酸化物超伝導体の製造方法。
(化1)
La 2.85MaCubTecOx
(M:Ba,Sr,Ca,Ce。a、b、c:原子比で、Laを2.85とした場合に、aが0.5〜2.45、bが1.5〜2.5、cが0.6〜0.9の範囲。x:酸素量)
発明3は、発明2の熱処理の温度は、1170℃を越え1340℃未満の範囲であることを特徴とする。
本発明は、このような知見を利用して、高いジョセフソンプラズマ周波数を持つ[R(M)]2Cu1O4結晶構造(ただし、R:希土類元素、M:アルカリ土類金属またはCeとする)を有する酸化物超伝導体を針状化することに成功したものである。
その結果、未だ実現していない超伝導エレクトロニクス素子の実用化への可能性を開くほどに高いプラズマ周波数と臨界電流とを達成することが出来た。
また、発明2により、従来より育成困難であった酸化物超伝導体の高品位結晶を容易にかつ効率的に製造することができるようになった。
また、その製造方法は、下記化学式1で表される原子組成を有する前駆体の粉末の圧粉成形体を熱処理することで針状に結晶成長させることを特徴とする。
(化1)
R2.85MaCubTecOx
(R:希土類元素。M:アルカリ土類金属またはCe。a、b、c:原子比。x:酸素量)
酸化物超伝導体[R(M)]2Cu1O4のR=La、M=Srの場合において構成する元素の酸化物La2O3、CuO及び炭酸塩SrCO3の各粉末に、更に酸化物TeO2粉末を、表1に示す割合で含有されたLa2.85SraCubTecOx原子比組成(Laを2.85とした場合の組成比)の混合粉末を760℃、790℃、820℃でそれぞれ10時間仮焼した後、直径φ10mm、厚さ2mmの圧粉成形体を作製した。
よって、Teの含有とともに、一定量のSr、Cu含有が必要であることがわかる。従って、最も成長が良好な[R(M)]2Cu1O4(R=La、M=Sr)の針状結晶は、前駆体の組成比においてSrの含有量が1.95(a=1.95)、Cuの含有量が2.0(b=2.0)、Teの含有量が0.7(c=0.7)の場合である(実施例3)。
また、図2に、本発明である[R(M)]2Cu1O4(R=La、M=Sr)針状結晶の電気抵抗と温度の関係を示す。かかる測定は、直流四端子法で測定した値である。これより電気抵抗がおよそ30Kにおいてゼロ抵抗になる事を確認した。
図3に、本発明である[R(M)]2Cu1O4(R=La、M=Sr)針状結晶の温度と磁化率との関係を示す。これより完全反磁性を確認した。よって針状結晶が超伝導転移する。
図4に、上記実施例3で得られた、[R(M)]2Cu1O4(R=La、M=Sr)の針状結晶のX線回折パターンを示す。本発明の針状結晶は、酸化物超伝導体[R(M)]2Cu1O4(R=La、M=Sr)結晶構造を有する単結晶である。(この針状結晶中には、Teが含有されていないことが明らかとなった。)
熱処理温度の効果
表1において作製した圧粉成形体を、表2に示す温度より10℃高温で10時間保持した後、表2に示す温度にし100時間熱処理した。その後徐冷して、800℃にして30時間熱処理し、室温まで徐冷することで成形体から針状結晶を得た。表2には、熱処理の温度を変化させた際に育成した針状結晶の長さを示す。実施例15〜20より熱処理温度1170〜1340度において針状結晶が成長する。1270℃のとき最も成長が良好である。これらより、熱処理温度は1100℃を越え、1400℃未満とするのが妥当であるが、1150℃から前駆体の完全溶融温度以下とするのがより好ましい。
M(アルカリ土類元素)をかえた場合
酸化物超伝導体[R(M)]2Cu1O4(R=La、M=Ba)の場合において構成する元素の酸化物La2O3、CuO及び炭酸塩BaCO3の各粉末に、更に酸化物TeO2粉末を、表3に示す割合で含有されたLa2.85Ba2.05Cu2.0Te0.6Ox原子比組成(Laを2.85とした場合の組成比)の混合粉末を760℃、790℃、820℃でそれぞれ10時間仮焼した後、直径φ10mm、厚さ2mmの圧粉成形体を作製した。
(Ba,Sr,Ca)
さらに、これに代わりCeも可能である。
また、希土類元素としては、以下のものを使用することが可能であることが容易に類推できる。
(La,Pr,Nd,Sm,Eu)
Claims (3)
- R2−xMxCuO4結晶構造(ただし、R:La,Pr,Nd,Sm,Eu。M:Ba,Sr,Ca,Ceとする)を有する酸化物超伝導体であって、
その結晶構造が針状であることを特徴とする酸化物超伝導体。 - La 2−xMxCuO4結晶構造を有する酸化物超伝導体の製造方法であって、
下記化学式1で表される原子組成を有する前駆体の粉末の圧粉成形体を、温度範囲が1100℃を越え1400℃未満の範囲で、熱処理することで針状に結晶成長させることを特徴とする酸化物超伝導体の製造方法。
(化1)
La 2.85MaCubTecOx
(M:Ba,Sr,Ca,Ce。a、b、c:原子比で、Laを2.85とした場合に、aが0.5〜2.45、bが1.5〜2.5、cが0.6〜0.9の範囲。x:酸素量) - 前記熱処理の温度は、1170℃を越え1340℃未満の範囲であることを特徴とする請求項2に記載の酸化物超伝導体の製造方法。
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