JPH07257961A - 超伝導素材 - Google Patents

超伝導素材

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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
Prior art date
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Pending
Application number
JP6051743A
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English (en)
Inventor
Akio Nakamura
彰夫 中村
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Japan Atomic Energy Agency
Original Assignee
Japan Atomic Energy Research Institute
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Filing date
Publication date
Application filed by Japan Atomic Energy Research Institute filed Critical Japan Atomic Energy Research Institute
Priority to JP6051743A priority Critical patent/JPH07257961A/ja
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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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
3Sn(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。
【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
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。
【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
4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。
【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Nb23の高純度試薬を、又3価と4価の間にある
系は、Nb23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。
【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。
【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
3,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
Nl23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CaNb23は8.3Kに於て、またNb不足のC
2NbO3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
23,NbO,Nb23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、Sr0.85La0.15Nb2
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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明素材CaNb23及びCa2Nb
3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。
【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
3,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
Nb23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CaNb23は8.3Kに於て、またNb不足のC
2NbO3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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
JP6051743A 1994-03-23 1994-03-23 超伝導素材 Pending JPH07257961A (ja)

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JP6051743A JPH07257961A (ja) 1994-03-23 1994-03-23 超伝導素材

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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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