JPH06279029A - 金属酸化物材料 - Google Patents
金属酸化物材料Info
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- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Abstract
がより高く、容易に単相化することが出来、且つ磁場中
での臨界電流密度の低下がより少ない超伝導材料である
金属酸化物を提供すること。 【構成】 組成式がXa Yb Cu3−c Cc O
dと表される金属酸化物材料において、1.5≦a≦
2.5、3.5≦b≦4.5、0.2≦c≦1.1及び
9≦d≦13であり、且つXがBi及びPb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Y
がSr、Ba及びLn(LnはY若しくはランタノイド
元素)の元素群から選ばれた1種類以上の元素又は原子
団であることを特徴とする金属酸化物材料。
Description
酸化物材料に関するものである。尚、本発明の材料は、
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、エネルギー器機及
び電圧標準等、各種分野で利用可能である。又、本発明
の材料は他の酸化物や金属との接合及び分散という形態
においても利用可能である。
物超伝導体は、それ以前に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。この様な銅を含
む酸化物超伝導体の中では、Y系と呼ばれるYBa2Cu3O
y 、Bi系と呼ばれるBi2Sr2CanCu1+nOy(n=0,1,2) 及
び、Tl系と呼ばれるTl2Ba2CanCu1+nOy(n=0,1,2) が特
によく知られている。このうち特にBi系は、加工が容
易であるという特徴を有することから、応用化の研究開
発が活発に行われている。
記のBi系の材料は、重金属であるBiの含有率が高
く、製造及び廃却の際、十分注意を要するという問題点
があった。又、単相化するのが難しく、特性を制御しに
くいという問題点があった。更に、磁場中での臨界電流
密度が極端に下がり、マグネットとしての利用には適さ
ないという問題点があった。
の含有量の少ない、安全性のより高い超伝導材料である
金属酸化物材料を提供することにある。又、本発明の他
の目的は、単相化が容易であり、超伝導材料としての特
性を制御しやすい金属酸化物材料を提供することにあ
る。更に、本発明の他の目的は、磁場中での臨界電流密
度の低下がより少ない超伝導材料である金属酸化物材料
を提供することにある。
発明により達成される。即ち、本発明は、組成式がXa
Yb Cu3−c Cc Od と表される金属酸化
物材料において、1.5≦a≦2.5、3.5≦b≦
4.5、0.2≦c≦1.1及び9≦d≦13であり、
且つXがBi及びPb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YがSr、Ba及びLn
(LnはY若しくはランタノイド元素)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ることを特徴と
する金属酸化物材料である。
決すべく、従来のBi系とは異なった結晶構造及び組成
を有する材料を鋭意研究の結果、本発明に至った。本発
明により、組成比で換算してBiの含有量を数割減少さ
せ、安全性に優れた材料を得ることができた。又、単相
の材料が容易に得られ、磁場中での臨界電流密度が従来
のBi系と比較して大きい為、優れた超伝導特性を示す
材料が得られた。
本発明を詳細に説明する。本発明の金属酸化物材料は、
上記組成を有する限りいずれのものでもよいが、特に好
ましい組成としては、上記組成比においてXをBi1-x
Pbx と表記した際、0≦x≦0.5であり、且つYを
Sr1-y My と表記した際、MがBa若しくはLnで、
0≦y≦0.3のものである。又、結晶構造としては、
結晶格子が正方晶若しくは斜方晶であり、格子定数
(c)が37Å以上40Å以下であるものが好ましい。
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が可能で
ある。上記の方法の例としては、Material Research Bu
lletin 第8巻777頁(1973年)、Solid State Commun
ication 第17巻27頁(1975年)、Zeitschrift fur
Physik B 第64巻189頁(1986年)、Physical Revi
ew 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。又、特に本発明の
材料を得るには、合成雰囲気として、酸素と二酸化炭素
が適当な分圧であることが良い。
て用いる場合、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。又、
本発明を薄膜の電子素子やシールド材に利用する場合、
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法等を使って基板上、若しくは超伝導薄
膜上に薄膜状に形成することが出来る。上記の方法で得
られた本発明の金属酸化物材料は、焼成条件や組成によ
りその超伝導転移温度が変化するが、最適組成では超伝
導転移温度が70Kにまで達する。従って、本発明の超
伝導体は液体ヘリウム温度での利用は勿論のこと、簡単
な冷却器によっても利用可能となる。又、本発明で使用
する原料は全て安価なものであり、低い原料コストで、
安価に提供することが可能である。
更に具体的に説明する。 <実施例1〜実施例10、比較例1〜比較例10>原料
としてBi2O3 、PbO 、SrCO3 、NiO 、Sc2O3 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。
次に、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、得られた形成物を夫々アルミナ
ボートの上で700〜900℃で、大気中若しくは酸素
と二酸化炭素の混合ガス中で反応及び焼結させ、本実施
例及び比較例の金属酸化物材料を作成した。得られたサ
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EPMAによる組成評価
を行った。尚、ここで、組成比はEPMAで測定した
為、酸素の量に関しては20%程度の誤差が含まれる。
超伝導転移温度Tc(K)を示した。又、表2には、比
較例の仕込み組成と、電気的特性若しくは超伝導転移温
度を示した。表1から、本発明の金属酸化物材料が、全
てTc=30K以上の超伝導体となることがわかる。こ
の場合、特に組成比が下記の組成比の場合に超伝導転移
温度が40Kを越えており、超伝導特性が優れていた。 (Bi1−xPbx)aSrbCu3−cCcOd
(0≦x≦0.5) 又、表2の比較例の結果から、本発明の組成比以外の材
料では超伝導転移を示さないか、或は示してもTcが2
0K以下と低いことがわかる。
気抵抗率の温度依存性のグラフを示したが、約70Kか
ら超伝導転移が始まり、60Kでゼロ抵抗になってい
る。従って、実施例1で得られた金属酸化物材料は、液
体ヘリウム温度よりはるかに高い温度で超伝導になるこ
とがわかる。
鏡で観察して結晶構造を調べた結果の、c軸に垂直方向
から見た場合の簡略図を示した。結晶構造は、層状ペロ
ブスカイト構造をしており、c軸の長さが約39Åの正
方晶であった。又、実施例1のサンプルと所謂”Bi
2212相”と呼ばれているBi2Sr2CaCu2O
8のサンプルの、磁場中での臨界電流密度を50Kで比
較してみると、実施例1のサンプルの方が2倍以上大き
な値を示した。更に、電子顕微鏡観察及びX線回折実験
からもサンプル1がきれいな単相であることを確認する
ことが出来た。
Tc値
電気特性
3 、PbO 、SrCO3 、BaCO3 、La2
O3 、Y2O3及びCuOを使用し、これらを適当な
組成比に秤量して乾式混合した。得られた混合物を、実
施例1〜10と同様に反応及び焼結させ、本発明の金属
酸化物材料を調製し、それらの電気抵抗率と組成分析を
行った。表3に、実施例の組成比及びその超伝導転移温
度Tc(K)を示した。尚、ここで、組成比はEPMA
で測定した為、酸素の量に関しては20%程度の誤差が
含まれる。
K以上の超伝導体となることがわかる。特に組成比が下
記の組成比の場合に、超伝導転移温度が40Kを越えて
おり、超伝導特性が優れていることがわかる。 (Bi1-xPbx)a(Sr1-yMy)bCu3-cCcOd (0≦y≦0.5、MはBa若しくはLnである)
とTc値
より以下の効果を期待することが出来る。 (1)Bi含有量の少ない超伝導材料が得られる為、合
成、使用及び廃棄の際の安全性に優れる。 (2)単相試料の作製が容易であり、超伝導特性の制御
が容易な超伝導材料が得られる。 (3)従来のBi系超伝導材料の問題点であった、磁場
中での臨界電流密度の低下を抑えることが可能になり、
1テスラ中で比較すると2倍以上に向上させることが出
来る。これにより、超伝導マグネットへの応用も可能な
ものとなる。 (4)超伝導転移温度が70Kと高く、液体ヘリウム中
での使用は勿論、安易な冷却装置によっても利用可能と
なる。
の温度依存性のグラフである。
で観察して結晶構造を調べた結果のc軸に垂直方向から
見た場合の簡略図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 組成式がXa Yb Cu3−c Cc
Odと表される金属酸化物材料において、1.5≦a
≦2.5、3.5≦b≦4.5、0.2≦c≦1.1及
び9≦d≦13であり、且つXがBi及びPb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YがSr、Ba及びLn(LnはY若しくはランタノ
イド元素)の元素群から選ばれた1種類以上の元素又は
原子団であることを特徴とする金属酸化物材料。 - 【請求項2】 XをBi1-x Pbx と表記した際、0≦
x≦0.5であり、且つYをSr1-y My と表記した
際、MがBa若しくはLnで、0≦y≦0.3である請
求項1に記載の金属酸化物材料。 - 【請求項3】 結晶格子が正方晶若しくは斜方晶であ
り、格子定数(c)が37Å以上40Å以下である請求
項1に記載の金属酸化物材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09058693A JP3247914B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 金属酸化物材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09058693A JP3247914B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 金属酸化物材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH06279029A true JPH06279029A (ja) | 1994-10-04 |
JP3247914B2 JP3247914B2 (ja) | 2002-01-21 |
Family
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Family Applications (1)
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JP09058693A Expired - Fee Related JP3247914B2 (ja) | 1993-03-26 | 1993-03-26 | 金属酸化物材料 |
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JP (1) | JP3247914B2 (ja) |
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1993
- 1993-03-26 JP JP09058693A patent/JP3247914B2/ja not_active Expired - Fee Related
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