JPH04170318A - 層状銅酸化物 - Google Patents

層状銅酸化物

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JPH04170318A
JPH04170318A JP2296745A JP29674590A JPH04170318A JP H04170318 A JPH04170318 A JP H04170318A JP 2296745 A JP2296745 A JP 2296745A JP 29674590 A JP29674590 A JP 29674590A JP H04170318 A JPH04170318 A JP H04170318A
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Kazuyuki Hamada
一之 浜田
Hisao Yamauchi
尚雄 山内
Shoji Tanaka
昭二 田中
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KOKUSAI CHODENDO SANGYO GIJUTSU KENKYU CENTER
Central Research Institute of Electric Power Industry
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、Y B 82 CL130g−δや(T 1
. P b) S raCaCusOv等の酸化物超電
導体用の絶縁相として用いるエレクトロニクス材料に関
するものである。
[従来の技術] 90に級の超電導体であるYBa2Cu30a。δや8
0に級の(T ls、s P ba、s)S rp C
aCu207やTlBa2CaCu207と同様の構造
ユニットを含む化合物として、 (Eu、Ce)z (
Eu、Ba)2 Cu30s−zや(Pb、Cu)(S
r、Eu)2(Eu、Ce)acu20e等が知られて
いる。前記Zは、0≦Z≦2である。
この種の技術に関しては、例えば、十倉好紀著、固体物
理、vo125、pp618〜636、(1990)に
記載されている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、この化合物はYBa2CuzOs。δ型
構造ユニットあるいはT IB aP CaCu2Ch
型W4mユニットと、1層の蛍石型構造ユニット[(R
,Ce)O2]が交互に積み重なった構造なので、YB
a2Cu3ps’δや(T Is、s P bs、a)
 S rRCaCuj O?等の酸化物超電導体の作製
と同時に熱処理した際に電気抵抗が低くなり、それらの
酸化物超電導体用の絶縁相として十分に機能しなかった
本発明の目的は、特異な結晶構造と絶縁体から超電導体
まで変化する幅広い物性を有する層状酸化物を提供する
ことにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明
細書の以下の記述及び添付図面によって明らかになるで
あろう。
[課題を解決するための手段] 本発明の層状銅酸化物の化学式は、 (R,Ce)zS
r2Cu2(M、C0)O’+a−z (但しRはCe
以外の希土類元素、MはpbあるいはTl)の化学式で
表わされ、 M元素の含aXの多い場合にはTlBa2
CaCuaO7(1−2!−12)型構造の(M、Cu
)Srz(R,Ce)Cu20tユ= ットと蛍石型構
造の[(R1Ce)Oa]2ユニットが交互に積み重な
った結晶構造を備え、 M元素の含lr量の少ない場合
には、 YBaaCusOa−δ(123)型構造の(
R、Ce)S r2 Cus 0s−z ユ= ットと
蛍石型構造の[(R、Ce)O2コ、ユニットが交互に
積み重なった結晶構造を備え、前記Zの範囲は0≦Z≦
2、前記δの範囲は0≦δ≦1である。前記Zは、酸素
の不定性比を表わす!である。
[作用] 本発明の層状銅酸化物は、蛍石型M4造ユニット、(R
、Ce ) 02、が従来の化合物ではillであるの
に対して2層なので、Y B a2Cu30 a4δや
(Tl、Pb)S r+CaCu20を等の酸化物超電
導体の合成と同時に熱処理しても電気抵抗が十分に高く
、酸化物超電導体用の絶縁相として十分に機能する。
また、本発明の層状銅酸化物の単位格子は正方晶系であ
り、しかも、そのa軸の長さがすでに知られている酸化
物超電導体のa軸の長さに非常に近いので、それらの酸
化物超電導体と薄膜作製プロセスで容易に積層すること
ができる。
また、本発明の層状銅酸化物は、RとCa、  MとC
uの組成比率をコントロールすることによって絶縁体か
ら超電導体まで物性が変化する。したがって各種デバイ
スを含めたエレクトロニクス分野への応用が期待される
ものである。
[発明の実施例コ 次に、本発明の層状銅酸化物の実施例について説明する
〔実施例1〕 純度99.9%のP b Ox  H0203、Ce 
O2、SrCO3、CuO粉末を(Pbs、5Cua、
s) 5r2(H。
Cea)CuaOvで示す化学組成になるように混合し
て、酸素中1000〜1050℃の温度で3回仮焼を行
った。前記yの値は、金属元素の比率や作製法によって
決まる置である。
次に、前記試料を十分に粉砕混合後、この混合粉末を矩
形に成形した。この成形体を酸素雰囲気中、 1050
℃で焼結後、 所定の試料を得た。
この試料を80に級の超電導体である(Tls6Pba
、5)Sr2CaCu2O7の合成条件である酸素雰囲
気中、 850℃、 5時間の熱処理を行っても、80
にでの抵抗率が106ΩC■以上であり、(T1θ6P
 bs、s) S r2 CaCu207等の酸化物超
電導体用の絶縁相として十分に使用できることを確認し
た。
この試料の粉末X線回折図形を第1図に示した。
このX線回折図形のピークは、単位格子としてa軸の長
さが約3.8オングストローム、C軸の長さが約17オ
ングストロームの正方品系を仮定することによって指数
を付けることができる。このようにして付けた指数も第
1図に示した。このX線回折データをもとにリートベル
ト解析による構造の精密化を行った。決定した結晶構造
の模式図を第2図に、原子座標を第1表に示した。
第1表は、リートベルト解析から求めた実施例1の試料
である(Pbi、5Cu9.5)Sr2(HoCe2)
Cu20.1の構造パラメータである。第1表中、gは
占有率、Bは等方性温度因子、カッコの中は標準偏差で
ある。空間群は、P4/mmm、  格子定数は、a 
=3.82246(5)オングストローム、c=17.
2082(3)オングストローム。Rファクターは、 
R7p=7.37%、 Rp=5.51%、 R1=3
.81%、RF=3.12%、R,=2.72%である
以下、余白。
第1表 この化合物の理想的な化学式は(Pbi、aCue6)
Sr2(HOCe2)Cu20zであり、この場合は、
本発明のZが1となり、結晶構造の特徴は、正方品系の
(Pb、Cu)Sra(Y、Ca)CusOt (鉛系
”1212”)型構造の(Pba、6Cus、5)Sr
a(Ho、Ce)Cu207ユニットと2層の蛍石型構
造の[(Ho、Ce)o2]2ユニットが交互に積み重
なったところである。
この系の化合物のa軸の長さが従来から知られている酸
化物超電導体のa軸長に非常に近り、シかも結晶構造と
して(T 1. P b)S T2CaCUP O7型
超電導体と類似のユニットを含むので、(T1.Pb)
Sr2CaCu20)r等の酸化物超電導体と無理な(
積層化が可能であると考えられる。
〔実施例2〕 純度99.9%のPbO1R2O3(但しRはNd。
Ss、Eu、Gd、Dy、Er、Tg+、Y)[希土類
元素としてPrを用いる場合には、原料としてはpr6
011を用いた]、CeO2、SrCO3、CuO粉末
を、(Pbs、acua、5)Sr2(RCe2)Cu
20.で示す化学組成になるように混合して、酸素中1
000〜1050℃の温度で3回仮焼を行った。この後
十分に粉砕混合後、この混合粉末を矩形に成形した。こ
の成形体を酸素雰囲気中1030〜1050℃で焼結後
、所定の試料を得た。この試料を80に級の超電導体で
ある(Tla、5Pbi、5)Sr2CaCu2C)y
の合成条件である酸素雰囲気中、 850℃、 5時間
の熱処理を行っても、80にでの抵抗率がいずれも10
aΩ(j1以上であり、(Tls、gPba、5)Sr
2CaCu20を等の酸化物超電導体用の絶縁相として
十分に使用できることを確認した。
これらの試料の粉末X線回折図形のうち、代表的なR=
NdOものとR=Yのものを、夫々、第3A図及び第3
B図に示した。このX線回折図形は実施例1の(Pbs
、s Cua、s)S T2(HoCC2)Cu20目
の場合と非常に類似していて、X線のピークは、実施例
1の場合と同様に単位格子としてa軸の長さが約3.8
オングストローム、a軸の長さが約17オングストロー
ムの正方晶系を仮定することによって指数を付けること
ができる。したがって、この化合物の理想的な化学式は
、(Pb@、5Cus、5)Sr+(RCe2)Cu2
011であり、結晶構造も正方晶系の(Pb、Cu)S
r2(Y、Ca)Cu20丁(鉛系”1212”)型構
造の(P b@、6Cua、s) S ra(R、Ce
)Cu207ユニットと2層の蛍石型構造の[(R,C
e)O2]2ユニットが交互に−積み重なったものであ
る。
〔実施例3〕 純度99.9%以上のR203(但しRはEu、Ho)
、CeO2、SrCO3、CuO粉末をCu1l、2S
r、、(RCe2)CuaOvで示す化学組成になるよ
うに混合して、空気中、900℃の温度で2回焼成を行
い、Tl系試料のプレカーサーを合成した。このプレカ
ーサーに化学組成が(T Ie、aCus、2)S T
2(RCC2)Cus O、になるように純度99.9
%以上のTeaOsを混合した。この混合粉末を矩形に
成形し、この成形体を酸素雰囲気中toso”cで焼結
後、所定の試料を得た。この試料を80に級の超電導体
である(Tls、5Pbi、5)Sr2CaCu20t
の合成条件である酸素雰囲気中、850℃、5時間の熱
処理を行っても、 80にでの抵抗率がいずれも10”
ΩC1以上であり、(Tls、@Pbs、a)Sr2C
aCu20t等の酸化物超電導体用の絶縁相として十分
に使用できることを確認した。
この試料の粉末X線回折図形を第4A図及び第4B図に
示した。このX線回折図形は実施例1の(P ba、i
 Cull、s )S r2(HoCez)Cua 0
+ +ノ場合と非常に類似していて、X線のピークは、
実施例1の場合と同様に単位格子としてa軸の長さが約
3.8オングストローム、a軸の長さが約17オングス
トロームの正方晶系を仮定することによって指数を付け
ることができる。したがって、この化合物の結晶構造も
正方晶系の(P b、 Cu)S r2(Y 、 Ca
)Cu2−鉛系”1212”)型構造の(T la、s
 Cua2)Srs(R% Ce)Cu20tユニット
と2層の蛍石型構造の[:(R,Ce)O2]aユニッ
トが交互に積み重なったものである。
〔実施例4〕 純度99.9%以上のHO203、CeO2、5rCO
a、CuO粉末を(HoCe2)Sr2Cu30.で示
す化学組成になるように混合して、酸素中1000〜1
020℃で3回仮焼を行った。この後十分に粉砕混合後
、この混合粉末を矩形に成形し、この成形体を酸素雰囲
気中1030℃で焼結後、所定の試料を得た。この試料
を90に級の超電導体であるY B a20 L130
7の合成条件である酸素雰囲気中、950℃、5時間の
熱処理と400℃での酸素気流中アニールを行っても、
90にでの抵抗率がいずれも106ΩC1以上であり、
Y B a2Cu30を等の酸化物超電導体用の絶縁相
として十分に使用できることを確認した。
この試料の粉末X線回折図形を第5図に示した。
このX線回折図形は実施例1の(P ba、s Clj
Q、6 )Sr2(HOCe2)C−U20zの場合と
非常に類似しティて、X線のピークは、実施例1の場合
と同様に単位格子としてa軸の長さが約3.8オングス
トローム、a軸の長さが約17オングストロームの正方
晶系を仮定することによって指数を付けることができる
。しかしながら、構造解析を行うと、(Pba、sCu
s、s)S r2(HoCe2)Cu2ozの場合と酸
素の位置が異なっていることがわかった。この化合物の
結晶構造の模式図を第6図に示した。この化合物の結晶
構造は正方晶系のY B a2Cua Os−δ(” 
123”)型構造の(Ha、Ce)Sr2Cu30e、
、5 ユ= ットと2層の蛍石型構造の[(R、Ce)
O2]2ユニットが交互に積み重なったものである。
〔実施例5〕 純度99.9%以上のHO203、CeO2、5rCo
!、CuO粉末をCuxSr2(HoCe2)CuaO
,(但しX=0.2.0.4,0.6,0.8)で示す
化学組成になるように混合して、空気中、900℃の温
度で2回焼成を行いTl系試料のプレカーサーを合成し
た。このプレカーサーに化学組成が(T i+−x C
ux)Srs(HoCe2)Cu20.になるように純
度99.9%以上のTl20aを混合した。この混合粉
末を矩形に成形し、この成形体を酸素雰囲気中1050
〜1080℃で焼結後、所定の試料を得た。この試料を
80に級の超電導体である(T 1s、s P ba、
5)SraCaCusOyの合成条件である酸素雰囲気
中、850℃、5時間の熱処理を行っても、80にでの
抵抗率がいずれも106ΩC1以上であり、(Tls、
sP bi、i)S r2CaCu20を等の酸化物超
電導体用の絶縁相として十分に使用できることを確認し
た。
これらの試料の粉末X線回折図形も第1図に示した実施
例1の(P ba5Cua、s)S r2(HoCe2
)Cu20 I+や実施例5の(Ho、 Ce)i S
 r2 Cua 0 +a、zの場合と非常に類似して
いて、X線のピークは、実施例1や実施例5の場合と同
様に単位格子としてa軸の長さが約3,8オングストロ
ーム、a軸の長さが約17オングストロームの正方品系
を仮定することによってすべて指数を付けることができ
た。
したがって、この化合物の結晶構造も正方晶系の(Pb
、Cu)Sr2(Y、Ca)Cu2−鉛系”1212”
)型、YBa2Cu30g。δ型、 あるいはその中間
型構造の(Tl、Cu)Sr2(R,Ce)Cu2Q7
−L−ットと2層の蛍石型構造の[CR、Ce)Oal
。ユニットが交互に積み重なったものであると推察され
る。
この場合には、前記P b、 T Iのいずれかまたは
両方(M)の含有量が少なくなると共に、0≦Z≦2の
範囲内で変化する幅が太き(なる。
〔実施例6〕 純度99.9%以上のP bO,E u20x、CeO
2、SrCO3、CuO粉末を(Pbs、6Cua、5
)Srz(E、u+−xCe2−x)Cu20 、 (
但しX=0.1,0.2,0.3)で示す化学組成にな
るように混合して、酸素中1000〜1050℃の温度
で3回仮焼を行った。
仮焼粉末を矩形に成形し、この成形体を酸素雰囲気中1
030〜1050℃で焼結後、所定の試料を得た。 こ
の試料を70に級の超電導体である(P ba、s C
us、s)S r2(Y 、 Ca)Cu2()rの合
成条件である酸素雰囲気中、1000℃、3時間の熱処
理を行っても、70にでの抵抗率がいずれも106ΩC
1以上であり、(Pb、Cu)Sr2(Y、Ca)Cu
2O7等の酸化物超電導体用の絶縁相として十分に使用
できることを確認した。
これらの試料の粉末X線回折図形も、実施例1の(Pb
s、5Cua、5)Sr2(HoCe2)Cu2011
の場合と非常に類似していて、X線のピークは、実施例
1の場合と同様に単位格子としてa軸の長さが約3.8
オングストローム、a軸の長さが約17オングストロー
ムの正方晶系を仮定することによってすべて指数を付け
ることができた。したがって、この化合物の結晶構造も
正方品系の(P b、 Cu)S r2(Y、Ca)C
uaOv(鉛系”1212°り型構造の(Pbs、ac
ua、5)Sr2(Eu、Ce)Cu207ユニットと
2層の蛍石型構造の[(R、Ce)O2]2ユニットが
交互に積み重なったものであることがわかる。
この系の化合物は、ELIの含育ji(1+X)の増加
と共に抵抗率が小さくなることから、(L a、S r
)2Cu O4等の酸化物超電導体と同様に、十分にホ
ールキャリヤーを導入することによって超電導を示すよ
うになることが期待される。
〔実施例7〕 純度99.9%以上の l:u20s、 CeO2、S
「CO3、CuO粉末をCu)ISrz(EuCe2)
CuaO,(但しX=0.4.0.6)で示す化学組成
になるように混合して、空気中、900℃の温度で2回
焼成を行いTl系試料のプレカーサーを合成した。この
プレカーサーに化学組成が(T I+−x Cux) 
S r2(H0Ce2)Cu20.になるように純度9
9.9%以上のTl2O3を混合した。この混合粉末を
矩形に成形し、この成形体を酸素雰囲気中1050〜1
080℃で焼結後、十分に酸素雰囲気中で熱処理して所
定の試料を得た。この試料の電気抵抗の温度変化を測定
したところ、約20にで超電導状態に転移した。
これらの試料の粉末X線回折図形も実施例1の(Pba
、5Cua、5)Sr2(HoCea)Cu2011の
粉末X線回折図形と類似していて、X線のピークは実施
例1と同様に単位格子としてa軸の長さが約3.8オン
グストローム、a軸の長さが約17オングストロームの
正方晶系を仮定することによって指数を付けることがで
きた。したがって、この化合物の結晶構造も正方品系の
(Pb、Cu)Sr2(Y、Ca)Cu20、(鉛系″
1212°゛)型あるいはY B a2 Cus 06
4δ型と、蛍石型構造の[(R、Ce)O2]2 :”
 ニットが交互に積み重なったものであると推察される
〔実施例8〕 純度99.9%以上のP b 0%  H020s、C
e0a、5rCOa、CuO粉末をPbs、5Sr2(
HoCe2)Cu20、で示す化学組成になるように混
合して、空気中、900℃の温度で2回焼成を行い、T
l系試料のプレカーサーを合成した。このプレカーサー
に化学組成が(T li、5Pb11.s)S r2(
HoCe2)CuaO,になるように純度99,9%以
上のTlaOaを混合した。
この混合粉末を矩形に成形し、この成形体を酸素雰囲気
中1080℃で焼結後、所定の試料を得た。
この試料も80に級の超電導体である(Tlθ、sPb
*、s)S rQ CaCu、 O,の合成条件である
酸素雰囲気中、850℃、5時間の熱処理を行っても、
80にでの抵抗率がいずれも106ΩC■以上であり、
(Tls、5Pba、5)Sr2CaCu20丁等の酸
化物超電導体用の絶縁相として十分に使用できることを
確認した。
この試料のX線回折図形も実施例1の(Pbi、5Cu
s、5)Sri(HoCe2)Cu20zの場合と非常
に類似していて、X線のピークは、実施例1の場合と同
様に単位格子としてa軸の長さが約3.8オングストロ
ーム、a軸の長さが約17オングストロームの正方晶系
を仮定することによって指数を付けることができる。し
たがって、この化合物の結晶構造も正方晶系の(Pb、
Cu)Sr2(Y、Ca)Cu2−鉛系”1212”)
型構造の(T l5−tc ua、2)S r2(R,
Ce)CuaOtユニットと2層の蛍石型構造の口(R
、Ce)O2]zユニットが交互に積み重なったもので
ある。
[発明の効果] 以上、説明したように、本発明の層状銅酸化物は、特異
な結晶構造と絶縁体から超電導体まで変化する輻広い物
性を育するので、エレクトロニクス材料として十分に応
用が期待されるものである。
4、 s’:ms錆九 第1図は、実施例1の(Pba、5Cus、5)Sr2
(H。
Ca2)CLliOzの粉末X線回折図形であり、各ピ
ークにはa=3.825オングストローム、c=17.
21オングストロームの正方晶系の単位格子に基づいた
指数を示した。
第2図は、リートベルト解析によって決定した(P b
ll、s Cus、s)S r2(HoCe2)Cu2
o zの結晶構造の模式図であり、Fは蛍石型構造ユニ
ットの部分である。
第3A図及び第3B図は、夫々、実施例2の試料のCP
ba6Cua6’)Sr*RCe2C(hol+粉末X
粉末X1形折うちの、R=NdOものとR=Yのもので
ある。
第4A図及び第4B図は、 夫々、 実施例3の(Tl
s、aCua、2)S r2(EUCea)Cu201
1と(Tls、aCua2)Sr2(HoCe2)Cu
2011の粉末X線回折図形である。
第5図は、 実施例4の(HoCe、) S r2Cu
30.9.2の粉末X線回折図形である。
第6図は、 実施例4の(HoCez) 5r2Cus
O1、や2の結晶構造の模式図であり、Fは蛍石型構造
ユニットの部分である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.(R,Ce)_3Sr_2Cu_2(M,Cu)O
    _1_1(但しRはCe以外の希土類元素、MはPb、
    Tlあるいは両方)の化学式で表わされ、TlBa_2
    CaCu_2O_7(1−2−1−2)型構造の(M,
    Cu)Sr_2(R,Ce)Cu_2O_7ユニットと
    蛍石型構造の[(R,Ce)O_2]_2ユニットが交
    互に積み重なった結晶構造を備えたことを特徴とする層
    状銅酸化物。
  2. 2.(R,Ce)_2Sr_2Cu_2(M,Cu)O
    _1_0_+_z(但しRはCe以外の希土類元素、M
    はPb、Tlあるいは両方)の化学式で表わされ、YB
    a_2Cu_3O_6_+_δ型構造の(R,Ce)S
    r_2Cu_2(Cu,M)O_6_+_zユニットと
    蛍石型構造の[(R,Ce)O_2]_2ユニットが交
    互に積み重なった結晶構造を備え、前記Zの範囲は0≦
    Z≦2、前記δの範囲は0≦δ≦1であることを特徴と
    する層状銅酸化物。
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