JPH06279029A - 金属酸化物材料 - Google Patents

金属酸化物材料

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JPH06279029A JP5090586A JP9058693A JPH06279029A JP H06279029 A JPH06279029 A JP H06279029A JP 5090586 A JP5090586 A JP 5090586A JP 9058693 A JP9058693 A JP 9058693A JP H06279029 A JPH06279029 A JP H06279029A
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透 田
Tamaki Kobayashi
玉樹 小林
Norio Kaneko
典夫 金子
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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 Bi等の重金属の含有量が少ない為、安全性
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X Cu3−c
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

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電気伝導性を有する金属
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。
【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、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。
【0003】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
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。
【0004】従って、本発明の目的は、Bi等の重金属
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。
【0005】
【問題点を解決する為の手段】上記の目的は、以下の本
発明により達成される。即ち、本発明は、組成式がX
Cu3−c 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。
【0006】
【作用】本発明者らは、上記した従来技術の問題点を解
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。
【0007】
【好ましい実施態様】次に、好ましい実施態様を挙げて
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-yy 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。
【0008】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。
【0009】特に本発明を超伝導電子素子用の基板とし
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。
【0010】
【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〜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。
【0011】表1に実施例における組成比及びそれらの
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−xPbSrCu3−c
(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。
【0012】更に、図1には、実施例1のサンプルの電
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。
【0013】図2には、実施例1のサンプルを電子顕微
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BiSrCaCu
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。
【0014】
【表1】表1 実施例1〜実施例10における組成比と
Tc値
【0015】
【表2】表2 比較例1〜比較例10における組成比と
電気特性
【0016】<実施例11〜20>原料としてBi
、PbO 、SrCO 、BaCO 、La
、Y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。
【0017】表3から本発明の材料が、全てTc=30
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)
【0018】
【表3】表3 実施例11〜実施例20における組成比
とTc値
【0019】
【効果】以上説明した様に、本発明の金属酸化物材料に
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。
【0020】
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1のBi1.5Pb0.5Sr4Cu2CO11の電気抵抗率
の温度依存性のグラフである。
【図2】実施例1のBi1.5Pb0.5Sr4Cu2CO11を電子顕微鏡
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
見た場合の簡略図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 組成式がX Cu3−c
    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。
  2. 【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-yy 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。
  3. 【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。
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