JP6835203B2 - 酸化物超電導薄膜材料、酸化物超電導薄膜線材および酸化物超電導薄膜の製造方法 - Google Patents
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Description
上記特許文献4では、FF−MOD法において原料溶液にHf(ハフニウム)等の不純物をさらに添加することで、酸化物超電導薄膜中にピンニング中心を導入して磁場中のJcの改善を図っている。
本開示によれば、酸化物超電導薄膜材料において、酸化物超電導薄膜の厚膜化とJcの改善とを両立させることができる技術を提供することができる。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
図1は、実施の形態に従う酸化物超電導薄膜形成用基体の表面部分を模式的に示す斜視図である。なお、本願明細書では、RE123系酸化物超電導薄膜として、YBa2Cu3Oyで表されるYBCO酸化物超電導薄膜を用いている。また、2軸配向した結晶配向組織を有している基材(2次元テンプレート)として、STO(SrTiO3:チタン酸ストロンチウム)単結晶基板を用いている。
酸化物超電導薄膜は、好ましくはFF−MOD法を用いて形成される。原料溶液には、Brを添加した原料溶液、例えば、Y(イットリウム),Gd(ガドリウム),Ho(ホルミニウム)等のREおよびBa、Cuの有機酸塩を所定の比率および所定の濃度で含有し、所定量のHBrを添加したメタノール溶液等のアルコール溶液が好ましく用いられる。
上記のように、酸化物超電導薄膜形成用基体上に、酸化物超電導薄膜を形成させることにより得られた酸化物超電導薄膜材料は、厚膜化に見合ったIcの増加を得ることができる。また、磁場中でのJcの低下を抑制することができる。したがって、この酸化物超電導薄膜材料により形成された酸化物超電導薄膜線材は、優れた超電導特性を実現することができる。
以下に記載する実施例において、FF−MOD法を用いてYBCO酸化物超電導薄膜を作成した。
<実験1>(Ba2342結晶の形成)
実験1では、実施例として、Brを添加した原料溶液を用いて、STO単結晶基板上にYBCO酸化物超電導薄膜を形成した。また、比較例として、Brを添加しない原料溶液を用いて、STO単結晶基板上にYBCO酸化物超電導薄膜を形成した。いずれのYBCO酸化物超電導薄膜も、800℃で60min、PO2=10Paの下で焼成した。
実験2では、10×10mmサイズのSTO単結晶基板上に、膜厚〜0.4μm、3層構成のYBCO酸化物超電導薄膜を形成し、YBCO酸化物超電導薄膜へのBa2342結晶からなるピンニング中心の導入を試みた。
塗膜形成工程では、中間層の表面に無フッ素系の原料溶液を塗布した後、乾燥して所定厚みの塗膜を形成する。無フッ素系の原料溶液とは、無フッ素系のRE、BaおよびCuの有機金属塩溶液である。
仮焼成工程では、前駆体である塗膜から溶媒成分等が除去される。具体的には、大気雰囲気中で400℃以上600℃以下の温度域、たとえば500℃まで塗膜が形成されたSTO単結晶基板を加熱し、そのまま一定時間保持する。保持温度はたとえば約2時間とする。このとき、塗布された有機金属塩溶液が熱分解される。また、CO2(二酸化炭素)、H2O(水)が離脱することにより有機金属塩溶液から溶媒成分等が除去される。これにより、前駆体である仮焼膜が形成される。本実験では、塗膜形成工程と仮焼成工程とを交互に3回繰り返し実施することで、3層の仮焼膜を形成した。
本焼成工程では、上記仮焼膜を結晶化させて本焼膜を形成する。本実験では、800℃で60min、PO2=10Paの下で焼成した。仮焼膜からエピタキシャルに結晶が成長することにより、c軸配向したYBCO酸化物超電導体結晶が形成された本焼膜が形成される。
酸素導入工程では、形成された本焼膜に酸素を導入するための熱処理を行なう。具体的には、たとえば雰囲気ガスを1気圧、酸素濃度100%に切替えて、この酸素濃度を保ちつつ、最高加熱温度を450℃として12時間保持した後、炉を開放することで急冷する。このようにしてYBCO酸化物超電導薄膜が形成される。
次に、原料溶液へのBrおよび不純物金属Mの共添加により、YBCO酸化物超電導薄膜へのBaMO3のナノ粒子の導入を試みた。不純物金属Mとしては、Zr、Hf、Snを用いた。また、全ての実施例において、原料溶液へのMの添加量を1mol%で統一した。
最後に、実験3で示した原料溶液へのBrおよびMの共添加の効果について、原料溶液へのClおよびMの共添加の効果との比較を行なった。
Claims (10)
- 表面に2軸配向している結晶配向組織を有する金属基板と、
前記金属基板上に形成されて2軸配向している中間層と、
前記中間層上に形成され、REBa2Cu3Oy(RE:希土類元素、Ba:バリウム、Cu:銅、O:酸素)で表わされるRE123系酸化物超電導体からなる酸化物超電導薄膜とを備え、
前記酸化物超電導薄膜はBr(臭素)を含み、
前記酸化物超電導薄膜は、前記中間層の表面または前記酸化物超電導薄膜中に形成された析出物を有しており、
前記析出物はBrを含み、
前記析出物はBa 2 Cu 3 O 4 Br 2 の結晶を含む、酸化物超電導薄膜材料。 - 前記中間層の表面に形成されたBa2Cu3O4Br2の結晶は、その上面および側面が前記酸化物超電導薄膜の2軸配向成長をアシストする3次元テンプレートを構成する、請求項1に記載の酸化物超電導薄膜材料。
- 前記酸化物超電導薄膜中に形成された、BaMO3(M:不純物金属)のナノ粒子をさらに備え、
Mは、Hf(ハフニウム)、Zr(ジルコニウム)、Sn(錫)、Nb(ニオブ)、Ir(イリジウム)、Ti(チタン)、Ce(セリウム)およびBi(ビスマス)のいずれかである、請求項1または請求項2に記載の酸化物超電導薄膜材料。 - 表面に2軸配向している結晶配向組織を有する金属基板と、
前記金属基板上に形成されて2軸配向している中間層と、
前記中間層上に形成され、REBa2Cu3Oy(RE:希土類元素、Ba:バリウム、Cu:銅、O:酸素)で表わされるRE123系酸化物超電導体からなる酸化物超電導薄膜とを備え、
前記酸化物超電導薄膜はBr(臭素)を含み、
前記酸化物超電導薄膜中に形成された、BaMO 3 (M:不純物金属)のナノ粒子をさらに備え、
Mは、Hf(ハフニウム)、Zr(ジルコニウム)、Sn(錫)、Nb(ニオブ)、Ir(イリジウム)、Ti(チタン)、Ce(セリウム)およびBi(ビスマス)のいずれかである、酸化物超電導薄膜材料。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の酸化物超電導薄膜材料と、
少なくとも前記酸化物超電導薄膜を覆う被覆層とを備える、酸化物超電導線材。 - REBa2Cu3Oy(RE:希土類元素、Ba:バリウム、Cu:銅、O:酸素)で表わされるRE123系酸化物超電導体からなる酸化物超電導薄膜の製造方法であって、
表面に2軸配向している結晶配向組織を有する金属基板を準備する工程と、
前記金属基板上に、2軸配向している中間層を形成する工程と、
Br(臭素)が添加された、RE123系酸化物超電導体を形成するための原料溶液を準備する工程と、
前記中間層上に前記原料溶液を塗布する工程と、
前記原料溶液が塗布された前記金属基板を焼成することにより、前記中間層上に前記酸化物超電導薄膜を形成する工程とを備える、酸化物超電導薄膜の製造方法。 - 前記原料溶液を準備する工程では、前記原料溶液にさらに、不純物金属が共添加され、
前記不純物金属は、Hf(ハフニウム)、Zr(ジルコニウム)、Sn(錫)、Nb(ニオブ)、Ir(イリジウム)、Ti(チタン)、Ce(セリウム)およびBi(ビスマス)のいずれかである、請求項6に記載の酸化物超電導薄膜の製造方法。 - 前記酸化物超電導薄膜を形成する工程は、
前記原料溶液を熱分解することにより、前記原料溶液から溶媒成分を除去する仮焼成を行なう工程と、
前記仮焼成が行なわれた前記金属基板を本焼成することにより、前記酸化物超電導薄膜を形成する工程とを含み、
前記原料溶液を塗布する工程および前記仮焼成を行なう工程を交互に繰り返し実行することにより、前記中間層上には複数層の仮焼膜が形成され、
前記複数層の仮焼膜のうち第2層目以降の仮焼膜の各々には前記不純物金属が添加されている、請求項7に記載の酸化物超電導薄膜の製造方法。 - 前記複数層の仮焼膜ではさらに、第1層目の仮焼膜に前記不純物金属が添加されている、請求項8に記載の酸化物超電導薄膜の製造方法。
- 前記原料溶液は、フッ素を含まない有機金属化合物の溶液である、請求項6から請求項9のいずれか1項に記載の酸化物超電導薄膜の製造方法。
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