JPH0597435A - 金属酸化物材料 - Google Patents

金属酸化物材料

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JPH0597435A
JPH0597435A JP4072994A JP7299492A JPH0597435A JP H0597435 A JPH0597435 A JP H0597435A JP 4072994 A JP4072994 A JP 4072994A JP 7299492 A JP7299492 A JP 7299492A JP H0597435 A JPH0597435 A JP H0597435A
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    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超高圧の特殊な合成装置を用いることなく合
成することが出来る、良質で不純物が少ない、超伝導転
移温度が高く、しかも超伝導体積分率も大きい、超伝導
材料として特性のよい超伝導材料を提供すること、又、
既存の銅酸化物超伝導体よりも比重が軽く、毒性のある
原料を使用しない安全性の高い、高温時に酸素が抜けに
くい超伝導材料を提供すること、更に、別の目的は、水
分や水蒸気により影響を受けにくい耐水性に優れた超伝
導材料を提供すること。 【構成】 組成式がLnaSrbCu3-xxcと表され
る金属酸化物材料において、2.7≦a+b≦3.3、
0.8≦a≦1.2、6≦c≦9及び0.05≦x≦
0.7であり、且つ、LnがY元素及びランタノイド元
素の元素群から選ばれた1種類以上の元素又は原子団で
あり、且つ、MがTi、V、Ga、Ge、Mo、W及び
Reの元素群から選ばれた1種類以上の元素又は原子団
であることを特徴とする金属酸化物材料、及び、一部が
カルシウム置換されている金属酸化物材料。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超伝導を有する新規な金
属酸化物材料に関するものであり、特に、本発明は超伝
導を応用したセンサー、電子素子、コンピューター、医
療機器、マグネット、送電線、エネルギー機器及び電圧
標準等の各種分野で利用可能な金属酸化物材料に関す
る。尚、本発明は特にバルク材として利用する際に有効
であり、又、本発明の材料は、他の酸化物や金属との接
合や分散という形態においても利用することが可能であ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、相次いで発見された銅を含む酸化
物超伝導体は、従来知られていたニオブ系等の超伝導臨
界温度(Tc)を大きく上回るTcを持つ為、多くの分
野で応用研究が進められている。この銅を含む酸化物超
伝導体では、Bi系、Tl系、Pb系、Y系及びLa系
等が知られている。この様な銅を含む酸化物超伝導体の
なかで、Sr、Ln(Y又はランタノイド元素)、Cu
及び酸素からなる超伝導体としては、Japanese Journal
AppliedPhysics Vol.26 L804(1987)、Solid State Com
munications Vol.63 535(1987)、及び日本物理学会19
90年秋の分科会講演予稿集第3分冊243頁2p-PS-30
にある様にYSrCu超伝導体が知られてい
る。又、Chemistry of Materials Vol.1 331(1989)で
は、YSr2Cu3-xMOy(M=Al、Fe、Co又はP
bで、0.4≦x≦1.0)の組成のものが知られてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとしている問題点】しかしながら、
前記Bi系、Tl系及びPb系等の超伝導材料は、比重
が7〜8g/cm3 と大きい為に、バルク材料としての
応用例(例えば、シールド材)に利用すると全体の重量
が大きくなってしまうという問題がある。又、従来例の
うち、Sr系123相の材料は比重が上記材料に比較し
て小さいが、不純物の多量の混入、合成の困難性及びT
cが低い(せいぜい20K程度)という問題がある。例
えば、Japanese Journal Applied Physics Vol.26 L804
(1987)とSolid State Communications Vol.63 535 (198
7)の組成では、YSr2Cu3yで表される単相の良質
な試料は合成することが出来ず、SrCuO2 、Sr2
CuO3 、Y2SrO4 、Y2CuO5 、SrCu22
及びSr1.75Cu35.13等が不純物として多く析出
し、使用に耐えられるものではなかった。即ち、Sr系
123相の場合には、軽量化の点では満足し得ても、合
成物に占める超伝導材料の割合が極めて少なく使用でき
ないものであった。又、前記した日本物理学会1990
年秋の分科会講演予稿集第3分冊243頁の試料は、7
0Kbar及び1380℃という一般的には得られない
特殊な装置により合成しており、応用するには適さない
ものであった。又、この様な特殊な装置により合成して
も、抵抗率がゼロになる温度(ゼロ抵抗温度)は20K
程度であった。又、Chemistry of Materials Vol.1 331
(1989)の材料は、M=Co又はFeで超伝導を示すもの
の、ゼロ抵抗温度も10K程度と低く、超伝導体積分率
も2%程度であり、超伝導材料としては使用に適さない
ものであった。
【0004】従って、本発明の目的は、この様な超高圧
の特殊な合成装置を用いることなく合成することが出来
る、良質で不純物の少ない超伝導材料を提供することに
ある。本発明の他の目的は、超伝導転移温度が高く、し
かも超伝導体積分率も大きい、超伝導材料として特性の
よい材料を提供することにある。又、前記したYBa2
Cu3yをはじめとする現在安定に得られる銅酸化物超
伝導材料には、Bi系、Tl系及びPb系等が知られて
いるが、いずれの材料も比重が7〜8g/cm3の範囲
であり、例えば、バルク材料としての応用例であるシー
ルド材に利用した場合にはかなりの重量になってしまっ
ていた。従って、本発明の別の目的は、これらの既存の
銅酸化物超伝導体よりも比重の軽い材料を提供すること
にある。更に、本発明の別の目的は、Bi系、Tl系及
びPb系等の様に、毒性の強い重金属を多量に含まない
安全性の高い材料、及び、Y系の様に、原料に炭酸バリ
ウム等の毒性のある原料を使用しない材料を提供するこ
とにある。又、Y系の代表であるYBa2Cu3yは、
水分や水蒸気により容易にY23、BaCO3及びCu
Oに分解してしまう為、使用上や薄膜デバイス作製上大
きな問題点となっていた。従って、本発明の他の目的
は、水分や水蒸気により影響を受けにくい耐水性に優れ
た材料を提供することにある。更に、YBa2Cu3y
では、高温時に酸素が抜けてしまい特性が劣化するとい
う問題点があった。例えば、室温におけるYBa2Cu3
yは、900℃ではyで表して1、重量変化で表して
2.4%の酸素が抜けてしまっていた。従って、本発明
の他の目的は、高温時に酸素が抜けにくい材料を提供す
ることにある。
【0005】
【問題点を解決する為の手段】上記の目的は以下の本発
明によって達成される。即ち、本発明は、組成式がLn
aSrbCu3-xxCと表される金属酸化物材料におい
て、2.7≦a+b≦3.3、0.8≦a≦1.2、6
≦c≦9及び0.05≦x≦0.7であり、且つ、Ln
がY元素及びランタノイド元素の元素群から選ばれた1
種類以上の元素又は原子団であり、且つ、MがTi、
V、Ga、Ge、Mo、W及びReの元素群から選ばれ
た1種類以上の元素又は原子団であることを特徴とする
金属酸化物材料、及び、組成式がLnaCabSrcCu
3-xxdと表される金属酸化物材料において、2.7
≦a+b+c≦3.3、0.8≦a+b≦2.1、0.
05≦b≦1.1、6≦d≦9及び0.05≦x≦1.
0であり、且つ、LnがY元素及びランタノイド元素の
元素群から選ばれた1種類以上の元素又は原子団であ
り、且つ、MがFe、Co、Ti、V、Ge、Mo、W
及びReの元素群から選ばれた1種類以上の元素又は原
子団であることを特徴とする金属酸化物材料である。
【0006】
【作用】本発明によれば、構成元素の組成比を選択する
ことによって、比重が5〜6g/cm3 と軽量であり、
しかも超伝導転移温度が20K以上、好ましくは25K
以上の金属酸化物材料が提供される。又、本発明の金属
酸化物材料は、一般的には超高圧下の条件でしか合成出
来なかったYSr2Cu3yと同類の構造を有するもの
であるが、1気圧のもとでも合成することが出来、且
つ、超伝導体としての特性をも向上させたものである。
このことは、Cuのサイトに置換する元素に特定の遷移
金属を選択し、且つ、置換量を最適化することによって
達成することが出来る。更に、本発明の金属酸化物材料
は、Y若しくはLnサイト若しくはSrサイトにCaを
置換することにより、焼成時に特に高圧の酸素雰囲気を
用いなくとも特性のよい材料が提供される。
【0007】
【好ましい実施態様】本発明の金属酸化物材料は、前記
した組成を有する限りいずれのものでもよいが、本発明
において好適な材料としては、LnaSrbCu3-xx
cにおいてa=1、b=2であり、且つ、LnがY、H
o、Dy及びGdのいずれかである銅酸化物材料であ
る。又、特に超伝導材料に好適な材料は、M=Tiであ
り、且つ、0.2≦x≦0.5の金属酸化物材料であ
る。又、特に超伝導材料に好適な材料は、M=Vであ
り、且つ、0.05≦x≦0.4の金属酸化物材料であ
る。又、特に超伝導材料に好適な材料は、M=Gaであ
り、且つ、0.25≦x≦0.7の金属酸化物材料であ
る。又、特に超伝導材料に好適な材料は、M=Geであ
り、且つ、0.05≦x≦0.4の金属酸化物材料であ
る。又、特に超伝導材料に好適な材料は、M=Moであ
り、且つ、0.05≦x≦0.4の金属酸化物材料であ
る。又、特に超伝導材料に好適な材料は、M=Wであ
り、且つ、0.05≦x≦0.4の金属酸化物材料であ
る。又、特に超伝導材料に好適な材料は、M=Reであ
り、且つ、0.05≦x≦0.4の金属酸化物材料であ
る。又、好適な材料は、結晶格子が正方晶若しくは斜方
晶であり、格子定数(c)が11Å以上12Å以下であ
る上記の組成の金属酸化物材料である。又、好適な材料
は、20ケルビン以上、特に好ましくは、25ケルビン
以上の温度で超伝導性を有する上記の組成の金属酸化物
材料である。
【0008】又、Ca置換されている本発明の金属酸化
物材料は、前記の組成を有する限りいずれのものでもよ
いが、更に、好適な材料は、LnaCabSrcCu3-x
xdにおいてa+b+c=3である銅酸化物材料であ
る。又、特に超伝導材料に好適な材料は、M=Feであ
り、且つ、0.2≦x≦1.0の金属酸化物材料であ
る。又、特に超伝導材料に好適な材料は、M=Coであ
り、且つ、0.2≦x≦1.0の金属酸化物材料であ
る。又、特に超伝導材料に好適な材料は、M=Tiであ
り、且つ、0.2≦x≦0.5の金属酸化物材料であ
る。又、特に超伝導材料に好適な材料は、M=Vであ
り、且つ、0.05≦x≦0.4の金属酸化物材でであ
る。
【0009】又、特に超伝導材料に好適な材料は、M=
Geであり、且つ、0.05≦x≦0.4の金属酸化物
材料である。又、特に超伝導材料に好適な材料は、M=
Moであり、且つ、0.05≦x≦0.4の金属酸化物
材料である。又、特に超伝導材料に好適な材料は、M=
Wであり、且つ、0.05≦x≦0.4の金属酸化物材
料である。又、特に超伝導材料に好適な材料は、M=R
eであり、且つ、0.05≦x≦0.4の金属酸化物材
料である。又、好適な材料として結晶格子が正方晶若し
くは斜方晶であり、格子定数(c)が11Å以上12Å
以下である上記の組成の金属酸化物材料である。又、好
適な材料は20ケルビン以上、特に好ましくは、25ケ
ルビン以上の温度で超伝導性を有する上記の組成の金属
酸化物材料である。
【0010】上記の様な本発明の金属酸化物材料を作成
する方法としては、所謂セラミックス材料で一般に使わ
れている様な、原料粉末からの加熱による反応及び焼結
法をいずれも使用することが出来る。この様な方法の例
としては、Material Research Bulletin 第8巻777
頁(1973年)、Solid State Communication 第17巻27
頁(1975年)、Zeitschrift furPhysik B 第64巻189
頁(1986年)、Physical Review Letters 第58巻第9号
908頁(1987年)等に示されており、これらの方法は現
在では定性的には極めて一般的な方法として知られてい
る。特に、本発明の金属酸化物材料を超伝導電子素子用
の基板として用いる場合は、原料粉末をフラックス等を
用い高温で溶解してから単結晶成長させる方法も有用で
ある。
【0011】又、本発明の金属酸化物材料を薄膜の電子
素子やシールド材に利用する場合には、原料を含むター
ゲットを用いた高周波スパッタリングやマグネトロンス
パッタリング等のスパッタリング法、電子ビーム蒸着、
MBE法、その他の真空蒸着法或はクラスターイオンビ
ーム法や原料にガスを使うCVD法又はプラズマCVD
法等で、基板上、若しくは超伝導薄膜上に、本発明の金
属酸化物材料を薄膜状に形成することが出来る。この様
にして得られた本発明の銅酸化物材料は、焼成条件や組
成により超伝導転移温度が変化するが、MをMo、W、
Reにした場合に、特に超伝導転移温度が高い。このと
きの超伝導転移温度は、Mの元素及びxとによって違う
が、十数K〜70Kにまでなる。よって、本発明の金属
酸化物超伝導体は、液体ヘリウム温度での利用は勿論、
簡単な冷却器によっても利用することが出来る。又、本
発明の金属酸化物材料に使用する原料は全て安価なもの
であり、原料コストは低く、本発明の金属酸化物材料を
安価に提供することが可能である。又、本発明の材料
は、空気中において比較的安定で劣化も少なく、更に、
原料に重金属等の毒性のあるものを使用していない為、
安全性が高い。又、本発明の金属酸化物材料の比重は5
〜6g/cm3の範囲であり、既存の銅酸化物超伝導体
と比較しても約2〜3割も軽くなっている。このこと
は、特に本発明の金属酸化物材料をシールドや磁気浮上
用のバルク材料として利用する場合に有効である。又、
本発明の金属酸化物材料は水分や水蒸気の影響を受けに
くい特性があり、このことにより材料の使用条件、用途
を広げ、耐久性を高くすることが出来、更にはデバイス
作製上も表面状態が安定な為、有利である。又、本発明
の金属酸化物材料は高温時に酸素の抜けが少なく、使用
上及び材料作製上有効である。
【0012】
【実施例】次に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更
に具体的に説明する。 実施例1〜7及び比較例1〜6 原料としてY23 、SrCO3 、CuO、TiO2
25 、Ga23 、GeO2 、MoO3 、WO3 、R
eO3 、Al23 、MnO2 、NiO、Fe23 及び
Co23 を用い、これらを適当な組成比に秤量して乾
式混合した。これらの混合物を夫々、φ10mm及び厚
み1mmのペレット状に加圧形成し、形成物を夫々アル
ミナボート上に置き、950〜1100℃の大気中若し
くは酸素中で反応及び焼結させ、本発明の実施例及び比
較例の銅酸化物を夫々調製した。この様にして形成され
たこれらのサンプルに関し、室温から液体ヘリウム温度
の範囲で、4端子による電気抵抗率測定及びSQUID
による磁化率の測定を行った。表1に実施例1〜7の銅
酸化物の組成比と、その転移温度(K)を記した。又、
表2には比較例1〜6の酸化物の仕込み組成と電気的特
性を示す。尚、ここで組成比はEPMAで測定したの
で、酸素の量に関しては20%程度の誤差があり得る。
【0013】
【表1】
【0014】
【表2】
【0015】表1から本発明の実施例の材料が全てTc
=20K以上の超伝導体となることが分かる。又、この
場合Cuに置換する元素に、6価のMo、W又はReを
用いると、特に超伝導体としての特性が優れている。表
2に示した比較例から明らかな様に、Mが本発明で使用
するTi、V、Ga、Ge、Mo、W又はRe以外の場
合は、形成される材料は超伝導転移を示さないか、若し
くは示してもTcが10K以下と低いことが分かる。図
2に、実施例1で形成した金属酸化物材料のX線回折パ
ターンを示す。この図から実施例1のサンプルは、a=
b=3.83Å、c=11.5Åの格子定数をもつ正方
晶であることが分かる。他の実施例もこれとほぼ同じ回
折パターンを示し、同様の構造を有していることが分か
る。又、図3に、このサンプルの電気抵抗率の温度依存
性のグラフを示す。この結果、約40Kから超伝導転移
が始まり35Kでゼロ抵抗になっている。このことから
本発明の金属酸化物材料は、液体ヘリウム温度よりはる
かに高い温度で超伝導体になることが分かる。
【0016】又、図4に、実施例1で形成した金属酸化
物材料の磁化率の温度依存性を表す測定結果を示す。こ
れから実施例1のサンプルは、35Kからマイスナー効
果を示し、10Kにおける超伝導体積分率は20%を超
えていることが分かる。他の実施例2〜7で形成した金
属酸化物材料においても同様な結果が得られ、超伝導特
性がよいことがわかった。これらの結果を、図1に示し
たChemistry of Materials Vol.1 331(1989)に記載され
ているYSr2Cu3-xFexyのデータと比較してみる
と、ゼロ抵抗温度、超伝導体積分率共に本発明の材料の
方がはるかに高いことが分かる。又、例えば、実施例1
の材料の比重は5.5g/cm 3であり、既存の銅酸化
物超伝導体、例えばYBa2Cu37と比較し3割程度
も軽くなっている。他の実施例2〜7の材料の比重も6
(g/cm 3)以下であり、やはり十分軽いものであっ
た。
【0017】更に、図5に、実施例7で形成した金属酸
化物材料、及び図6に比較例としてYBa2Cu37
料の水分に対する耐久試験結果についてのX線回折結果
を示す。ここで耐久試験は、40℃及び50時間の条件
で、各々の材料を水蒸気中に放置して行った。この結
果、図5ではX線パターンに変化は全く見られないが、
図6のYBa2Cu37では、元の構造が殆どなくな
り、BaCO3 、Y23 及びCuOによるピークが見
られる。この為、YBa2Cu37は、全く超伝導性を
示さなくなった。図7に、この耐久試験後の実施例7の
材料の電気低効率の測定結果を示す。この図から超伝導
性はほとんど変化しておらず、本発明の水分に対する耐
久性のよさを示している。又、他の酸化物超伝導性材料
の代表であるBi系は、このY系よりも水分に弱いとさ
れている。又、表1に他の実施例の耐水試験によるTc
の劣化を示す。この結果、本発明の材料が耐水性に優れ
ていることがわかる。更に、図8には実施例7の材料の
TG−DTAの測定結果を示す。この測定の際、試料は
50.4mg使用した。この図から本発明の金属酸化物
材料の900℃における酸素の抜けは、重量で1%であ
り、組成式における酸素で表現すると約0.34であっ
た。これは、比較例のYBa2Cu37の場合が、重量
変化で2.4%、酸素で表現した場合の1に比較して3
分の1程度であり、本発明の金属酸化物材料の方が酸素
の抜けによる劣化が少ないことが分かる。尚、これら図
5、図7、図8の結果は、他の実施例においても同様に
見られるものである。
【0018】実施例8〜13及び比較例7〜12 原料としてY23 、Gd23 、Er23 、Ho2
3 、TiO2 、Ga23、ReO3 、SrCO3 及びC
uOを用い、これらを適当な組成比に秤量して乾式混合
した。これらの混合物を前述したと同様に反応及び焼結
させ、本発明の実施例、及び比較例の銅酸化物を調製
し、電気抵抗率と磁化率の測定を行った。表3に実施例
8〜13の銅酸化物の組成比と、その転移温度(K)を
記した。又、表4には比較例7〜12の銅酸化物の仕込
み組成と電気的特性を示す。尚、ここで組成比はEPM
Aで測定したので、酸素の量に関しては20%程度の誤
差があり得る。表3から本発明で使用する組成比内の金
属酸化物材料が、全てTc=20K以上の超伝導体とな
ることが分かる。表4に示した本発明で使用する組成比
以外の比較例の材料では、超伝導転移しないか、若しく
は超伝導転移してゼロ抵抗になる温度が10K以下であ
った。又、超伝導体積分率も3%以下であり、特性の悪
いものであった。尚、表3の右欄に実施例1〜7に記載
したと同様に、耐水試験を行ったときのTcの劣化を示
す。この結果、本発明の材料が耐水性に優れていること
がわかる。
【0019】
【表3】
【0020】
【表4】
【0021】実施例14〜21 原料としてY23 、Ho23 、Dy23 、Gd2
3 、La23 、Sm23 、Er23 、Yb23 、G
23 、SrCO3及びCuOを用い、これらを適当な
組成比に秤量して乾式混合した。これらの混合物を前述
したと同様に、反応及び焼結させ、本発明の実施例及び
比較例の銅酸化物を夫々調製し、電気抵抗率と磁化率の
測定を行った。表5に実施例14〜17の組成比と電気
的特性を示し、表6に、実施例18〜21の組成比と電
気的特性を示す。ここで超伝導体になったものについて
はその転移温度(K)を記した。実施例14〜17の材
料のX線回折パターンはほぼ図2と同じであり、同類の
構造が得られていることが分かる。又、この場合の超伝
導の体積分率も10%を超えていた。表6の実施例は本
発明の金属酸化物材料ではあるが、LnにY、Ho、D
y又はGd以外の元素を1種類のみ使用すると特性の悪
いものになることが分かる。従って、Y、Ho、Dy又
はGd以外の元素を使用する場合には、実施例10の様
に2種類以上のランタノイド元素やYを組み合わせて用
いることが好ましい。このことからLnに1種類の元素
を使用する場合は、LnにY、Ho、Dy又はGdを使
用する方が有効であることが分かる。尚、表5及び表6
の右欄に実施例1〜7に記載したと同様に、耐水試験を
行ったときのTcの劣化を示す。この結果、本発明の材
料が耐水性に優れていることがわかる。
【0022】
【表5】
【0023】
【表6】
【0024】実施例22〜35及び比較例13〜26 表7及び表8の材料を前述と同様にして反応及び焼結さ
せ、本発明の実施例及び比較例の銅酸化物を調製した。
実施例22〜35に挙げた材料のX線回折パターンは、
ほぼ図2と同じであり、同類の構造が得られていること
が分かる。又、これらの磁化率の温度依存性は、図4に
示した様に超伝導体積分率が10%を越えており、特性
のよいものであった。表7及び表8から、YSr2Cu
3-xxyの組成比において使用する元素Mに関して、
以下の様に超伝導特性のよいxの範囲が求まる。 M=Ti :0.2≦x≦0.5 M=V :0.05≦x≦0.4 M=Ga :0.25≦x≦0.7 M=Ge :0.05≦x≦0.4 M=Mo :0.05≦x≦0.4 M=W :0.05≦x≦0.4 M=Re :0.05≦x≦0.4 尚、表7の右欄に実施例1〜7に記載したと同様に、耐
水試験を行ったときのTcの劣化を示す。この結果、本
発明の材料が耐水性に優れていることがわかる。
【0025】
【表7】
【0026】
【表8】
【0027】次に、Ca置換した本発明の金属酸化物材
料の実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。実
施例36〜43及び比較例27〜31 原料としてY23 、SrCO3 、CaCO3 、Cu
O、TiO2 、V25 、GeO2 、MoO3 、WO
3 、ReO3 、Al23 、MnO2 、NiO、Fe2
3 又はCo23 を用い、これらを適当な組成比に秤量
して乾式混合した。これらの混合物を夫々φ10mm及
び厚み1mmのペレット状に加圧形成し、形成物を夫々
アルミナボート上に置き、950〜1100℃の大気中
若しくは酸素中で反応及び焼結させ、本発明の実施例及
び比較例の銅酸化物を調製した。これらのサンプルに関
し、室温から液体ヘリウム温度の範囲で、4端子による
電気抵抗率の測定、及びSQUIDによる磁化率の測定
を夫々行った。
【0028】表9に実施例36〜43の銅酸化物の組成
比と、その転移温度(K)を記した。又、表10には比
較例27〜31の銅酸化物の仕込み組成と電気的特性を
示す。尚、ここで組成比はEPMAで測定したので、酸
素の量に関しては20%程度の誤差があり得る。表9か
ら本発明の材料が全てTc=25K以上の超電導体とな
ることが分かる。この場合Cuに置換する元素として3
価のFe又は6価のMo、W又はReを用いると、特に
超伝導としての特性が優れている。表10に示した比較
例27〜31の結果から、Mが本発明で使用するFe、
Co、Ti、V、Ge、Mo、W、又はRe以外の場合
には超伝導転移を示さないことが分かる。尚、表9の右
欄に実施例1〜7に記載したと同様に、耐水試験を行っ
たときのTcの劣化を示す。この結果、本発明の材料が
耐水性に優れていることがわかる。
【0029】
【表9】
【0030】
【表10】 図9に、実施例36の銅酸化物のX線回折パターンを示
す。この図から実施例36のサンプルは、a=b=3.
83Å及びc=11.5Åの格子定数をもつ正方晶であ
ることが分かる。他の実施例もこれとほぼ同じ回折パタ
ーンを示し、同様の構造を有しているのことが分かる。
又、図10に、このサンプルの電気抵抗率の温度依存性
を示すが、約59Kから超伝導転移が始まり51Kでゼ
ロ抵抗になっている。このことから本発明の銅酸化物
は、液体ヘリウム温度よりはるかに高い温度で超伝導体
になることが分かる。
【0031】図11に、実施例36の磁化率の温度依存
性の測定結果を示す。図11から実施例36のサンプル
は、55Kからマイスナー効果を示し、10Kにおける
超伝導体積分率は20%を越えていることが分かる。他
の実施例37〜43においても同様な結果が得られ、超
伝導特性がよいことが分かった。これらの結果を図1に
示したChemistry of Materials Vol.1 331(1989)に記載
されているYSr2Cu3-xFexyのデータと比較して
みると、ゼロ抵抗温度、超伝導体積分率共に本発明の材
料の方がはるかに高いことが分かる。又、例えば、実施
例36の銅酸化物材料の比重は5.5(g/cm3)で
あり、既存の銅酸化物超伝導体、例えば、YBa2Cu3
7と比較して3割程度も軽くなっている。他の実施例
37〜43の銅酸化物材料の比重も6(g/cm3)以
下であり、やはり十分軽いものであった。
【0032】実施例44〜50及び比較例32〜35 原料としてY23 、Gd23 、Er23 、Dy2
3 、TiO2 、V25、ReO3 、SrCO3 、CaC
3 及びCuOを用い、これらを適当な組成比に秤量し
て乾式混合した。これらの混合物を前述と同様にして反
応及び焼結させ、本発明の実施例及び比較例の銅酸化物
を調製し、電気抵抗率と磁化率の測定を行った。表11
に実施例44〜50の銅酸化物の組成比と、その転移温
度(K)を記した。又、表12に、比較例の銅酸化物の
仕込み組成と電気的特性を示す。尚、ここで組成比はE
PMAで測定したので、酸素の量に関しては20%程度
の誤差があり得る。表11に示した実施例44〜50
は、本発明で使用する組成比内の材料であり、実施例4
4〜46はLnaCabSrcCu3-xxd の組成比に
おいて、a+b+c=3の条件を満足し、実施例47〜
50は、2.7≦a+b+c≦3.3の条件を夫々満足
する。a+b+c=3の条件を満たす材料の方が、超伝
導転移度も高く、特性が優れていることが分かる。又、
表11から、a+b+cの範囲に関して、本発明の組成
比内の材料が全てTc=25K以上の超伝導体となるこ
とが分かる。表12に示した本発明で使用する組成比以
外の比較例の材料では、超伝導転移しないか、若しくは
超伝導転移してもゼロ抵抗になる温度が10K以下であ
った。又、比較例の材料は、超伝導体積分率も3%以下
であり、特性も悪いものであった。尚、表11の右欄に
実施例1〜7に記載したと同様に、耐水試験を行ったと
きのTcの劣化を示す。この結果、本発明の材料が耐水
性に優れていることがわかる。
【0033】
【表11】
【0034】
【表12】
【0035】実施例51〜53及び比較例36〜38 表13及び表14に挙げた材料を前述同様に反応及び焼
結させ、本発明の実施例及び比較例の銅酸化物を調製し
た。実施例51〜53に挙げた本発明の金属酸化物材料
のX線回折パターンは、図9とほぼ同じであり、同類の
構造のものが得られていることが分かる。又、これらの
磁化率の温度依存性は、図11の様に超伝導体積分率が
10%を超えており、特性のよいものであった。表13
及び表14とから、LnaCabSrcCu3-xxd
(a+b+c=3)の組成比において、Caの置換量の
範囲に関し、超伝導特性のよい0.03<b<1.2の
範囲が求まる。尚、表13の右欄に実施例1〜7に記載
したと同様に、耐水試験を行ったときのTcの劣化を示
す。この結果、本発明の材料が耐水性に優れていること
がわかる。
【0036】
【表13】
【0037】
【表14】
【0038】実施例54〜69及び比較例39〜54 表15及び表16に挙げた材料を前述と同様にして反応
及び焼結させ、本発明の実施例及び比較例の銅酸化物を
調製した。実施例54〜69の材料のX線回折パターン
は、図9とほぼ同じであり、同類の構造が得られている
ことが分かる。又、これらの磁化率の温度依存性は、図
11の様に超伝導体積分率が10%を超えており特性の
よいものであった。表15及び表16とからLnaCab
SrcCu3-xxd (a+b+c=3)の組成比にお
いて、使用する元素Mに関し、以下の様に超伝導特性の
よいxの範囲が求まる。 M=Fe:0.2≦x≦1.0 M=Co:0.2≦x≦1.0 M=Ti:0.2≦x≦0.5 M=V :0.05≦x≦0.4 M=Ge:0.05≦x≦0.4 M=Mo:0.05≦x≦0.4 M=W :0.05≦x≦0.4 M=Re:0.05≦x≦0.4 尚、表15の右欄に実施例1〜7に記載したと同様に、
耐水試験を行ったときのTcの劣化を示す。この結果、
本発明の材料が耐水性に優れていることがわかる。
【0039】
【表15】
【0040】
【表16】
【0041】
【効果】(1)本発明の金属酸化物材料は、従来は超高
圧下でしか合成出来なかった超伝導材料と異なり、大気
圧中で安定に合成することが可能である。 (2)本発明の金属酸化物材料は、超伝導転移温度が液
体ヘリウム温度をはるかに超えており、且つ、超伝導体
積分率も10%超える特性のよい超伝導材料である。従
って、本発明の金属酸化物材料は、安易な冷却装置によ
っても利用することが出来る。 (3)本発明の金属酸化物材料は、現在まで知られてい
る安定に得られる銅酸化物超伝導体の中では最も比重が
軽く、バルク材として使用される場合には特に効果が大
きい。 (4)本発明の金属酸化物材料を合成するに際し、使用
される原料が他の銅酸化物超伝導体と比較して、重金属
や炭酸バリウム等の毒性の強いものを使用しない為、安
全で安価である。 (5)本発明の金属酸化物材料は、水分や水蒸気に対し
ての耐久性に優れ、使用条件及び用途を広げることが出
来るのは勿論、材料表面が安定な為、デバイス用の材料
としても有効に使用出来る。 (6)本発明の金属酸化物材料は、高温においても酸素
の抜けが少ない為、使用上は勿論、作製上も酸素抜けに
対する対策が少なくなり有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】Chemistry of Materials Vol.1 331 (1989)に
記載されているYSr2Cu3-xFexyのデータ。
【図2】実施例1のYSr2Cu2.7Ti0.37.0のX線
回折パターン。尚、この時のX線はCuKα線を用い
た。
【図3】実施例1のYSr2Cu2.7Ti0.37.0の電気
抵抗率の温度依存性のグラフ。
【図4】実施例1のYSr2Cu2.7Ti0.37.0の磁化
率の温度依存性のグラフ。
【図5】実施例7のYSr2Cu2.75Re0.257.2の水
蒸気処理前後のX線回折パターン。
【図6】比較例のYBa2Cu3yの水蒸気処理前後の
X線回折パターン。
【図7】実施例7のYSr2Cu2.75Re0.257.2の水
蒸気処理前後の電気抵抗率の温度依存性のグラフ。
【図8】実施例7のYSr2Cu2.75Re0.257.2
TG−DTAのグラフ。
【図9】実施例36のY0.8Ca0.2Sr2Cu2.85Re
0.157.2のX線回折パターン。尚、この時のX線はC
uKα線を用いた。
【図10】実施例36のY0.8Ca0.2Sr2Cu2.85
0.157.2の電気抵抗率の温度依存性のグラフ。
【図11】実施例36のY0.8Ca0.2Sr2Cu2.85
0.157.2の磁化率の温度依存性のグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C01G 31/00 ZAA 8516−4G 39/00 ZAA Z 8516−4G 41/00 ZAA 8516−4G 47/00 ZAA 8516−4G C04B 35/00 ZAA 8924−4G H01B 12/00 ZAA 8936−5G 13/00 565 D 8936−5G H01L 39/12 ZAA C 8728−4M

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 組成式がLnaSrbCu3-xxと表
    される金属酸化物材料において、2.7≦a+b≦3.
    3、0.8≦a≦1.2、6≦c≦9及び0.05≦x
    ≦0.7であり、且つ、LnがY元素及びランタノイド
    元素の元素群から選ばれた1種類以上の元素又は原子団
    であり、且つ、MがTi、V、Ga、Ge、Mo、W及
    びReの元素群から選ばれた1種類以上の元素又は原子
    団であることを特徴とする金属酸化物材料。
  2. 【請求項2】 a=1、b=2であり、且つ、Lnが
    Y、Ho、Dy及びGdのいずれかである請求項1に記
    載の金属酸化物材料。
  3. 【請求項3】 M=Ti、0.2≦x≦0.5である請
    求項1に記載の金属酸化物材料。
  4. 【請求項4】 M=V、0.05≦x≦0.4である請
    求項1に記載の金属酸化物材料。
  5. 【請求項5】 M=Ga、0.25≦x≦0.7である
    請求項1に記載の金属酸化物材料。
  6. 【請求項6】 M=Ge、0.05≦x≦0.4である
    請求項1に記載の金属酸化物材料。
  7. 【請求項7】 M=Mo、0.05≦x≦0.4である
    請求項1に記載の金属酸化物材料。
  8. 【請求項8】 M=W、0.05≦x≦0.4である請
    求項1に記載の金属酸化物材料。
  9. 【請求項9】 M=Re、0.05≦x≦0.4である
    請求項1に記載の金属酸化物材料。
  10. 【請求項10】 結晶格子が正方晶若しくは斜方晶であ
    り、格子定数(c)が11Å以上12Å以下である請求
    項1〜9のいずれかに記載の金属酸化物材料。
  11. 【請求項11】 20ケルビン以上の温度で超伝導性を
    有する請求項1〜9のいずれかに記載の金属酸化物材
    料。
  12. 【請求項12】 LnaCabSrcCu3-xxdと表わ
    される金属酸化物材料において、2.7≦a+b+c≦
    3.3、0.8≦a+b≦2.1、0.05≦b≦1.
    1、6≦d≦9及び0.05≦x≦1.0であり、且
    つ、LnがY元素及びランタノイド元素の元素群から選
    ばれた1種類以上の元素又は原子団であり、且つ、Mが
    Fe、Co、Ti、V、Ge、Mo、W及びReの元素
    群から選ばれた1種類以上の元素又は原子団であること
    を特徴とする金属酸化物材料。
  13. 【請求項13】 a+b+c=3である、請求項12に
    記載の金属酸化物材料。
  14. 【請求項14】 M=Fe、0.2≦x≦1.0である
    請求項12に記載の金属酸化物材料。
  15. 【請求項15】 M=Co、0.2≦x≦1.0である
    請求項12に記載の金属酸化物材料。
  16. 【請求項16】 M=Ti、0.2≦x≦0.5である
    請求項12に記載の金属酸化物材料。
  17. 【請求項17】 M=V、0.05≦x≦0.4である
    請求項12に記載の金属酸化物材料。
  18. 【請求項18】 M=Ge、0.05≦x≦0.4であ
    る請求項12に記載の金属酸化物材料。
  19. 【請求項19】 M=Mo、0.05≦x≦0.4であ
    る請求項12に記載の金属酸化物材料。
  20. 【請求項20】 M=W、0.05≦x≦0.4である
    請求項12に記載の金属酸化物材料。
  21. 【請求項21】 M=Re、0.05≦x≦0.4であ
    る請求項12に記載の金属酸化物材料。
  22. 【請求項22】 結晶格子が正方晶若しくは斜方晶であ
    り、格子定数(c)が11Å以上12Å以下である請求
    項12〜21のいずれかに記載の金属酸化物材料。
  23. 【請求項23】 20ケルビン以上の温度で超伝導性を
    有する請求項12〜21のいずれかに記載の金属酸化物
    材料。
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