JPH07257961A - 超伝導素材 - Google Patents
超伝導素材Info
- Publication number
- JPH07257961A JPH07257961A JP6051743A JP5174394A JPH07257961A JP H07257961 A JPH07257961 A JP H07257961A JP 6051743 A JP6051743 A JP 6051743A JP 5174394 A JP5174394 A JP 5174394A JP H07257961 A JPH07257961 A JP H07257961A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- superconducting
- temperature
- superconductivity
- crystal structure
- alkaline earth
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い臨界温度を有する実用可能なNbの酸化
物系超伝導素材を提供するものである。 【構成】 一般式ANbxOy(A=Ca、Sr又はB
aであり、x=0.2−4.0)を有する組成物を主体
とし、歪んだペロヴスカイト型結晶構造を有し、8K以
上の臨界温度を有する超伝導素材。
物系超伝導素材を提供するものである。 【構成】 一般式ANbxOy(A=Ca、Sr又はB
aであり、x=0.2−4.0)を有する組成物を主体
とし、歪んだペロヴスカイト型結晶構造を有し、8K以
上の臨界温度を有する超伝導素材。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は新規なクラスの超伝導素
材に関するものである。
材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】超伝導体とは 、或る明確な温度(超伝
導転移開始温度、即ち臨界温度)以下で、超伝導現象に
特有なマイナス−効果(完全反磁性)及び電気抵抗が完
全に消失する零抵抗状態を示す物質として定義され、省
エネルギー型の発電、送電及び電力貯蔵用のエネルギー
材料として、核融合や磁気浮上型高速輸送システム用の
(超)高磁界発生超伝導マグネットとして、更には、超
伝導量子干渉素子やジョセフソン素子といったエレクト
ロニクス素材として、多くの産業、技術分野で今後一層
の用途の拡大が期待されている。
導転移開始温度、即ち臨界温度)以下で、超伝導現象に
特有なマイナス−効果(完全反磁性)及び電気抵抗が完
全に消失する零抵抗状態を示す物質として定義され、省
エネルギー型の発電、送電及び電力貯蔵用のエネルギー
材料として、核融合や磁気浮上型高速輸送システム用の
(超)高磁界発生超伝導マグネットとして、更には、超
伝導量子干渉素子やジョセフソン素子といったエレクト
ロニクス素材として、多くの産業、技術分野で今後一層
の用途の拡大が期待されている。
【0003】近年高い臨界温度を有する銅(Cu)を主
体とする幾多の酸化物超伝導体が発見され実用化のため
の努力が続けられているが、その多くは未だ試作段階で
あり、十分に応用に供されるに至ってはいない。一方金
属ニオブ(Nb)及び幾つかのNb系金属間化合物(N
b3Sn(Ge),Nb(Ti),NbN等々)は従来
より比較的高い臨界温度を有する超伝導体として知ら
れ、上記多分野で現在最も活発に利用されている代表的
且つ最重要の実用超伝導材料である。ニオブ(Nb)が
酸化物としても超伝導性を示せば、その利用分野は更に
広がると期待されるが、現在の所、Nb系酸化物超伝導
体としては、比較的低い臨界温度しか示さない
体とする幾多の酸化物超伝導体が発見され実用化のため
の努力が続けられているが、その多くは未だ試作段階で
あり、十分に応用に供されるに至ってはいない。一方金
属ニオブ(Nb)及び幾つかのNb系金属間化合物(N
b3Sn(Ge),Nb(Ti),NbN等々)は従来
より比較的高い臨界温度を有する超伝導体として知ら
れ、上記多分野で現在最も活発に利用されている代表的
且つ最重要の実用超伝導材料である。ニオブ(Nb)が
酸化物としても超伝導性を示せば、その利用分野は更に
広がると期待されるが、現在の所、Nb系酸化物超伝導
体としては、比較的低い臨界温度しか示さない
【数1】 の二者が報告されているのみである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明はより高い臨界
温度を有する実用可能なNb酸化物系超伝導素材を提供
することを目的とする。
温度を有する実用可能なNb酸化物系超伝導素材を提供
することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意研究の
結果、従来知られていなかったアルカリ土類(A)−ニ
オブ(Nb)−酸素(O)系の酸化物中でアルカリ土類
元素(A)とNb元素の比が0.2から4.0(0.2
<x<4.0)且つNb(元素)の平均原子価が4.3
価から1価迄のきわめて広い組成領域に亘って、少なく
とも8K以上の臨界温度を有する一群の超伝導物質を見
い出し、その結晶構造を明らかとし、本発明を達成する
に至った。
結果、従来知られていなかったアルカリ土類(A)−ニ
オブ(Nb)−酸素(O)系の酸化物中でアルカリ土類
元素(A)とNb元素の比が0.2から4.0(0.2
<x<4.0)且つNb(元素)の平均原子価が4.3
価から1価迄のきわめて広い組成領域に亘って、少なく
とも8K以上の臨界温度を有する一群の超伝導物質を見
い出し、その結晶構造を明らかとし、本発明を達成する
に至った。
【0006】本発明は、一般式ANbxOy(但し、A
はCa,Sr,Baを表わし、xは0.2〜4.0(好
ましくは0.50〜3.0)なる数値を表わす。yはx
の値に依存して若干変化するが、或るxの値に対して1
価から4.3価迄のNb平均原子価を含むような値をと
る。)なる組成物を主体とし、更に、これらA元素の少
なくとも2種類を同時に含む組成物、及びこれらA元素
の一部を他のアルカリ及びアルカリ土類金属、又は稀土
類元素で置換した組成物について、歪んだペロヴスカイ
ト型結晶構造を有し、少なくとも8K以上の臨界温度を
示す超伝導素材を提供するものである。
はCa,Sr,Baを表わし、xは0.2〜4.0(好
ましくは0.50〜3.0)なる数値を表わす。yはx
の値に依存して若干変化するが、或るxの値に対して1
価から4.3価迄のNb平均原子価を含むような値をと
る。)なる組成物を主体とし、更に、これらA元素の少
なくとも2種類を同時に含む組成物、及びこれらA元素
の一部を他のアルカリ及びアルカリ土類金属、又は稀土
類元素で置換した組成物について、歪んだペロヴスカイ
ト型結晶構造を有し、少なくとも8K以上の臨界温度を
示す超伝導素材を提供するものである。
【0007】本発明の超伝導素材に於て、上記式中のx
が0.19未満、又はxが4.10以上だと超伝導性が
劣化し好ましくない。本素材中ではNbは1価から5価
迄の広い原子価状態で存在し得るが、最も大きな超伝導
体分率を与えるのはNbが1価から2.5価の間にある
場合であり、Nbがこの他の原子価領域にある時、例え
ば3価→4価と酸化されるにつれて超伝導体分率は低下
し、最終的にNb平均原子価が4.4〜4.5価を越え
ると超伝導性は消失する。アルカリ土類元素AがCaの
場合、最も広い組成域で超伝導性が観測され、AがS
r,Baとより大きなイオン半径を持つ元素に置換され
るにつれ、超伝導を示す組成領域は若干狭まっていく傾
向にある。これは本素材の超伝導性を担う歪んだペロヴ
スカイト型相の生成域と良く対応している。事実、本素
材のすべての系に於て、超伝導性を担っているは歪んだ
ペロヴスカイト型結晶構造を持つ相であり、例えば、同
構造を持つCa2NbO4は超伝導性を有するが、全く歪
んでいない立方晶ペロヴスカイト構造を持つSr2Nb
O4は超伝導性を示さず、更に、Ba2NbO4は現在の
条件下ではほとんど生成せず勿論超伝導性をも示さな
い。又、上記Sr2NbO4中のNb平均原子価を4価か
ら2価迄還元したSr2NbO3は歪んだペロヴスカイト
構造へと変化し、これに伴なって超伝導性が現われる。
が0.19未満、又はxが4.10以上だと超伝導性が
劣化し好ましくない。本素材中ではNbは1価から5価
迄の広い原子価状態で存在し得るが、最も大きな超伝導
体分率を与えるのはNbが1価から2.5価の間にある
場合であり、Nbがこの他の原子価領域にある時、例え
ば3価→4価と酸化されるにつれて超伝導体分率は低下
し、最終的にNb平均原子価が4.4〜4.5価を越え
ると超伝導性は消失する。アルカリ土類元素AがCaの
場合、最も広い組成域で超伝導性が観測され、AがS
r,Baとより大きなイオン半径を持つ元素に置換され
るにつれ、超伝導を示す組成領域は若干狭まっていく傾
向にある。これは本素材の超伝導性を担う歪んだペロヴ
スカイト型相の生成域と良く対応している。事実、本素
材のすべての系に於て、超伝導性を担っているは歪んだ
ペロヴスカイト型結晶構造を持つ相であり、例えば、同
構造を持つCa2NbO4は超伝導性を有するが、全く歪
んでいない立方晶ペロヴスカイト構造を持つSr2Nb
O4は超伝導性を示さず、更に、Ba2NbO4は現在の
条件下ではほとんど生成せず勿論超伝導性をも示さな
い。又、上記Sr2NbO4中のNb平均原子価を4価か
ら2価迄還元したSr2NbO3は歪んだペロヴスカイト
構造へと変化し、これに伴なって超伝導性が現われる。
【0008】この様なNb平均原子価の調節や歪んだペ
ロヴスカイト型結晶構造を安定化させるために、上述し
た他のアルカリ及びアルカリ土類元素や稀土類元素をA
の代りに置換した多くの系で類似の超伝導性が見い出さ
れる。
ロヴスカイト型結晶構造を安定化させるために、上述し
た他のアルカリ及びアルカリ土類元素や稀土類元素をA
の代りに置換した多くの系で類似の超伝導性が見い出さ
れる。
【0009】本素材は、通常高温空気中で安定な5価の
Nbより低原子価の4価,3価,2価,1価のNbを主
要に含むために、高真空下での焼成が最も望ましい。例
えばNb平均原子価が2価と3価の間にある系は、Nb
OとNb2O3の高純度試薬を、又3価と4価の間にある
系は、Nb2O3とNbO2の高純度試薬を、各々所定の
割合で混合した初期混合物をACO3粉末と更に混合
し、高温(1075〜1200℃)真空下で反応、焼成
することにより得ることが出来る。
Nbより低原子価の4価,3価,2価,1価のNbを主
要に含むために、高真空下での焼成が最も望ましい。例
えばNb平均原子価が2価と3価の間にある系は、Nb
OとNb2O3の高純度試薬を、又3価と4価の間にある
系は、Nb2O3とNbO2の高純度試薬を、各々所定の
割合で混合した初期混合物をACO3粉末と更に混合
し、高温(1075〜1200℃)真空下で反応、焼成
することにより得ることが出来る。
【0010】
【作用】前記一般式の組成物を主体とし、歪んだペロヴ
スカイト構造を有する素材は、従来知られている二つの
前記Nb酸化物系超伝導素材より高い温度(8K以上)
で超伝導転移を開始する。
スカイト構造を有する素材は、従来知られている二つの
前記Nb酸化物系超伝導素材より高い温度(8K以上)
で超伝導転移を開始する。
【0011】以下実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
るが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではな
い。
【0012】
【実施例1】前記一般式に於て、xが2.0、yが3、
及びxが0.5、yが1.5のカルシウム−ニオブ−酸
素系組成物を調製した。計算量の高純度試薬CaC
O3,NbOの各粉末をメノウ乳鉢により混合し、ルツ
ボに入れて1100℃、高真空下(P<10-5Tor
r)で36時間反応させた後、これを粉砕し、約100
0kg/cm2の圧力でプレスしてペレットとした後、
更に1125℃真空下に於て36時間反応を行った。各
焼結物はX線回折により、歪んだペロヴスカイト型結晶
構造を有することが認められた。図1は本発明試料Ca
Nl2O3及びCa2NbO3の磁化率の温度変化を測定し
た特性曲線である。横軸は絶対温度T(K)で、縦軸は
磁化率103χ(emu/g)を示す。該図よりNb過
剰のCaNb2O3は8.3Kに於て、またNb不足のC
a2NbO3は9.2Kに於て超伝導転移を起こして磁化
率が減少し始め、より低温では超伝導に特有の大きな負
の反磁性が観測され、本試料の両系とも超伝導体である
事が確認された。
及びxが0.5、yが1.5のカルシウム−ニオブ−酸
素系組成物を調製した。計算量の高純度試薬CaC
O3,NbOの各粉末をメノウ乳鉢により混合し、ルツ
ボに入れて1100℃、高真空下(P<10-5Tor
r)で36時間反応させた後、これを粉砕し、約100
0kg/cm2の圧力でプレスしてペレットとした後、
更に1125℃真空下に於て36時間反応を行った。各
焼結物はX線回折により、歪んだペロヴスカイト型結晶
構造を有することが認められた。図1は本発明試料Ca
Nl2O3及びCa2NbO3の磁化率の温度変化を測定し
た特性曲線である。横軸は絶対温度T(K)で、縦軸は
磁化率103χ(emu/g)を示す。該図よりNb過
剰のCaNb2O3は8.3Kに於て、またNb不足のC
a2NbO3は9.2Kに於て超伝導転移を起こして磁化
率が減少し始め、より低温では超伝導に特有の大きな負
の反磁性が観測され、本試料の両系とも超伝導体である
事が確認された。
【0013】
【実施例2】計算量の高純度試薬SrCO3,La
2O3,NbO,Nb2O3の各粉末から、実施例1と同様
な方法で前記一般式に於て、Sr0.85La0.15Nb2O
3.25に相当するストロンチウム−ランタン−ニオブ−酸
素系組成物を調製し、実施例1よりより低温及び短時
間、即ち仮焼を1075℃で24hr、本焼成を110
0℃で24hr行う事により試料を焼成した。焼結物
は、X線回折により、歪んだペロヴスカイト型結晶構造
を有することが認められた。
2O3,NbO,Nb2O3の各粉末から、実施例1と同様
な方法で前記一般式に於て、Sr0.85La0.15Nb2O
3.25に相当するストロンチウム−ランタン−ニオブ−酸
素系組成物を調製し、実施例1よりより低温及び短時
間、即ち仮焼を1075℃で24hr、本焼成を110
0℃で24hr行う事により試料を焼成した。焼結物
は、X線回折により、歪んだペロヴスカイト型結晶構造
を有することが認められた。
【0014】焼結物は磁化率測定では8.3Kの臨界温
度を示し、これ以下の温度で大きな負の反磁性を示し
た。又電気伝導度測定では、同じく8.3K以下で電気
抵抗は大きく減少し始め、6K以下で電気抵抗は完全に
消失して零になった。これらの結果から、本発明の素材
は超伝導体であることが確認された。
度を示し、これ以下の温度で大きな負の反磁性を示し
た。又電気伝導度測定では、同じく8.3K以下で電気
抵抗は大きく減少し始め、6K以下で電気抵抗は完全に
消失して零になった。これらの結果から、本発明の素材
は超伝導体であることが確認された。
【0015】
【発明の効果】本発明の超伝導素材は、8K以上の臨界
温度を有する初めてのNb酸化物系超伝導体である。現
在迄に確認された超伝導転移温度は8.3K及び9.2
Kの二つであるが、1価から5価迄の広いNb原子価領
域;及び様々なアルカリ;アルカリ土類や稀土類元素置
換系に於て、同様の歪んだペロヴスカイト型結晶構造を
有する相が確認されており、未探索の組成域により高い
臨界温度を有する相が、本請求組成範囲内に隠されてい
る可能性がある。
温度を有する初めてのNb酸化物系超伝導体である。現
在迄に確認された超伝導転移温度は8.3K及び9.2
Kの二つであるが、1価から5価迄の広いNb原子価領
域;及び様々なアルカリ;アルカリ土類や稀土類元素置
換系に於て、同様の歪んだペロヴスカイト型結晶構造を
有する相が確認されており、未探索の組成域により高い
臨界温度を有する相が、本請求組成範囲内に隠されてい
る可能性がある。
【0016】セラミックス系のNb系新超伝導体とし
て、従来の金属、合金系Nb超伝導体との組み合せに於
て、又後者の欠点を補う代替物質として、超伝導線材や
エレクトロニクス素子素材として今後、多くの用途が期
待される。
て、従来の金属、合金系Nb超伝導体との組み合せに於
て、又後者の欠点を補う代替物質として、超伝導線材や
エレクトロニクス素子素材として今後、多くの用途が期
待される。
【図1】図1は本発明素材CaNb2O3及びCa2Nb
O3の1g当りの磁化率χ(emu/g×103)の温度
T(K)変化特性を示す図面である。
O3の1g当りの磁化率χ(emu/g×103)の温度
T(K)変化特性を示す図面である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年5月25日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0002
【補正方法】変更
【補正内容】
【0002】
【従来の技術】超伝導体とは 、或る明確な温度(超伝
導転移開始温度、即ち臨界温度)以下で、超伝導現象に
特有なマイナス−効果(完全反磁性)及び電気抵抗が完
全に消失する零抵抗状態を示す物質として定義され、省
エネルギー型の発電、送電及び電力貯蔵用のエネルギー
材料として、核融合や磁気浮上型高速輸送システム用の
(超)高磁界発生超伝導マグネットとして、更には、超
伝導量子干渉素子やジョセフソン素子といったエレクト
ロニクス素子素材として、多くの産業、技術分野で今後
一層の用途の拡大が期待されている。
導転移開始温度、即ち臨界温度)以下で、超伝導現象に
特有なマイナス−効果(完全反磁性)及び電気抵抗が完
全に消失する零抵抗状態を示す物質として定義され、省
エネルギー型の発電、送電及び電力貯蔵用のエネルギー
材料として、核融合や磁気浮上型高速輸送システム用の
(超)高磁界発生超伝導マグネットとして、更には、超
伝導量子干渉素子やジョセフソン素子といったエレクト
ロニクス素子素材として、多くの産業、技術分野で今後
一層の用途の拡大が期待されている。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】
【実施例1】前記一般式に於て、xが2.0、yが3、
及びxが0.5、yが1.5のカルシウム−ニオブ−酸
素系組成物を調製した。計算量の高純度試薬CaC
O3,NbOの各粉末をメノウ乳鉢により混合し、ルツ
ボに入れて1100℃、高真空下(P<10-5Tor
r)で36時間反応させた後、これを粉砕し、約100
0kg/cm2の圧力でプレスしてペレットとした後、
更に1125℃真空下に於て36時間反応を行った。各
焼結物はX線回折により、歪んだペロヴスカイト型結晶
構造を有することが認められた。図1は本発明試料Ca
Nb2O3及びCa2NbO3の磁化率の温度変化を測定し
た特性曲線である。横軸は絶対温度T(K)で、縦軸は
磁化率103χ(emu/g)を示す。該図よりNb過
剰のCaNb2O3は8.3Kに於て、またNb不足のC
a2NbO3は9.2Kに於て超伝導転移を起こして磁化
率が減少し始め、より低温では超伝導に特有の大きな負
の反磁性が観測され、本試料の両系とも超伝導体である
事が確認された。
及びxが0.5、yが1.5のカルシウム−ニオブ−酸
素系組成物を調製した。計算量の高純度試薬CaC
O3,NbOの各粉末をメノウ乳鉢により混合し、ルツ
ボに入れて1100℃、高真空下(P<10-5Tor
r)で36時間反応させた後、これを粉砕し、約100
0kg/cm2の圧力でプレスしてペレットとした後、
更に1125℃真空下に於て36時間反応を行った。各
焼結物はX線回折により、歪んだペロヴスカイト型結晶
構造を有することが認められた。図1は本発明試料Ca
Nb2O3及びCa2NbO3の磁化率の温度変化を測定し
た特性曲線である。横軸は絶対温度T(K)で、縦軸は
磁化率103χ(emu/g)を示す。該図よりNb過
剰のCaNb2O3は8.3Kに於て、またNb不足のC
a2NbO3は9.2Kに於て超伝導転移を起こして磁化
率が減少し始め、より低温では超伝導に特有の大きな負
の反磁性が観測され、本試料の両系とも超伝導体である
事が確認された。
Claims (3)
- 【請求項1】 一般式ANbxOy(但し、A=Ca,
Sr,Ba,x=0.2〜4.0)なる組成物を主体と
し、歪んだペロヴスカイト型結晶構造を有し、8K以上
の臨界温度を有することを特徴とする超伝導素材。 - 【請求項2】 上記アルカリ土類金属Aの少なくとも2
つを同時に含む請求項1記載の超伝導素材。 - 【請求項3】 請求項1又は請求項2記載の素材のアル
カリ土類元素Aの一部を他のアルカリ及びアルカリ土類
元素、及び稀土類元素で置換して得られる超伝導素材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6051743A JPH07257961A (ja) | 1994-03-23 | 1994-03-23 | 超伝導素材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6051743A JPH07257961A (ja) | 1994-03-23 | 1994-03-23 | 超伝導素材 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07257961A true JPH07257961A (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=12895409
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6051743A Pending JPH07257961A (ja) | 1994-03-23 | 1994-03-23 | 超伝導素材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07257961A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2769612A1 (fr) * | 1997-10-13 | 1999-04-16 | Rhodia Chimie Sa | Composition oxynitruree a base d'un alcalino-terreux et de tantale ou d'un alcalino-terreux et de niobium, procedes de preparation et utilisation comme pigment colorant |
-
1994
- 1994-03-23 JP JP6051743A patent/JPH07257961A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2769612A1 (fr) * | 1997-10-13 | 1999-04-16 | Rhodia Chimie Sa | Composition oxynitruree a base d'un alcalino-terreux et de tantale ou d'un alcalino-terreux et de niobium, procedes de preparation et utilisation comme pigment colorant |
WO1999019408A1 (fr) * | 1997-10-13 | 1999-04-22 | Rhodia Chimie | Composition oxynitruree a base d'un alcalino-terreux et de tantale ou d'un alcalino-terreux et de niobium, procedes de preparation et utilisation comme pigment colorant |
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