KR910002312B1 - 초전도체 화합물 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

초전도체 화합물 및 그 제조 방법
본 발명은 77˚K 이상의 온도에서 유용한 전기적 초전도성 화합물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
Z. phys. B, 64, 189(1986)에 기술된 베드노르쯔와 뮬러의 기술적 약진은 지난 십년동안 초전도 전이 온도에 있어서의 가장 주요한 개선이었다. 물질은 공칭 화합물 La2-xMxCuOy로서, 여기서 M은 Ca, Ba 또는 Sr, x는 일반적으로 0 이상0.3 이하이며, y는 준비 상태에 따라 변화된다. 초전도성은 M 도우핑의 상기 좁은 영역에 걸쳐서만 나타난다. 최고의 초전도 전이(Tc)는 Sr 도우핑에 대해 얻어지며, x는 phys. Rev. Letters, 58, 408(1987)에 카바등에 의해 기술된 바와같이, 약 40K의 Tc를 갖는 약 0.15 내지 0.20과 동일하다. 연이어, 1987년 5월 츄등에 의해 phys. Rev. Letters, 58, 405(1987)에 약 90K에 있어서의 초전도성의 개시를 표시한 Y1.2Ba0.8CuOy가 발표되었다. La2-xMxCuOy에 관한 초기 작업과 비교하여, 상기 고온 초전도체는 몇몇 공지된 단계의 혼합물과 실제적으로 초전도성인 물질의 소부분으로만 준비되어 진다. 우리 자체 및 다른 연구 그룹에 의한 실험에서, 초전도성은 상기 종류의 물질에서 일반적 현상이 아님이 나타났다. 소합성물 변화 또는 등전자원자 대체일지라도, 초전도성을 나타나지 않을 것이다. 예를들면, Y1.2Ba0.8CuOy에서 Ba에 대한 Sr 또는 Ca 대체는 초전도체를 초래하지 않는다.
x가 일반적으로 0과 0.5 사이이며, y가 원자가 수요를 만족시키는데 충분한 식 A1±xM2±xCu3Oy을 갖는 화합물이 액체 질화물의 온도 이상의 온도 즉 77˚K에서 단일 단계 벌크 전기적 초전도체인 것이 현재 발견되어졌다. 상기 화합물은 회티탄석형 결정 구조를 가지며, 금속 산화물 또는 탄소나 수산화물과 같은 금속 산화물의 선구물질의 형태로 혼합시키므로써 만들어진다. 혼합물의 가열은 산소 상태에서 약 800℃와 1100℃ 사이의 온도에서 행해지며 양호한 온도는 약 900 내지 1000℃이다. 가열은 약 10 내지 40시간동안 수행된다. 일반적으로, 온도가 낮을수록 더긴 가열시간이 요구된다. 가열에 이어, 화합물이 적어도 4시간의 주기에 걸쳐 산소상태에서 실내 온도로 천천히 냉각되는 것은 본 발명의 또다른 특징이다. 양호한 화합물은 A가 Y이거나, Y, La, Lu, Sc 또는 Yb의 결합이고, M이 Ba이거나 Ba, Sy 또는 Ca의 결합이며, y가 균형 요구를 만족시키기에 충분한 A1M2Cu3Oy와 매우 유사한 식을 갖는다. 가장 양호한 화합물은 A가 Y이며 M이 Ba인 식이다. 가장 양호한 화합물은 77˚K 이상의 온도에서 단일 단계 벌크 전기적 초전도성을 나타낸다. 그것은 회티탄석형 결정 구조를 가지며, 1원자의 이트륨, 2원자의 바리움 및 3원자의 동을 갖는 금속 성분과 산소의 비금속 성분으로 구성된다.
가장 양호한 화합물을 제공하기 위한 가장 양호한 방법의 한예로써 다음의 공정이 제공된다.
Y, Ba 및 Cu의 산화물 또는 탄산염은 완전하게 혼합되거나, 교대적으로 그것의 용해성 질산염 또는 염화물 합성물은 그것의 수산화물 또는 탄산염으로써 상호침전된다. 혼합된 파우더는 10-40시간동안 산소나 공기로 800-1100℃에서의 오븐내에서 가열되며, 산소 사용이 더 양호한 결과를 가져온다. 가열 시간이 길수록 초기 합성물의 더 균일한 재활성을 보장한다. 더긴 재활성 시간은 낮은 온도에서 필요하다. 견고한 샘플을 준비하기 위하여, 초기 가열 공정으로부터의 파우더는 펠릿으로 압축되거나, 중합체의 바인더로 결합되고 다시 유사한 상태하에서 가열된다. 실내 온도로의 오븐을 가열 및 완속 냉각시킬때, 산소의 사용은 가장 정교하고 최고의 초전도 전이 및 더우기, 벌크 초전도체를 이루는데 중요하다. 일반적으로, 오븐은 약 5시간에 걸쳐 900-1000℃로부터 실내 온도로 냉각된다.
상기 공정에 의해 얻어진 화합물은 최종 가열냉각 및 냉각 단계에 따라 가변 산소 함유량을 가질수 있는 회티탄석형 구조를 갖는다. 예를들어 불활성 상태로 가열시키거나 대기를 감소시킴에 의한 산소의 제거는 초전도성을 억제시킨다. 더높은 산소 함유량은 개선되고 더높은 초전도 특성을 유도한다. 전술한 바와같이, 가열 단계에 이어, 화합물을 천천히 냉각시키는 것은 중요하다. 이러한 완속 냉각은 물질이 천천히 냉각되므로 필요하며, 그것은 급격히 냉각되었을때 보다 약간 더많은 산소를 보유한다.
다음의 물질은 77˚K 이상의 온도에서 모두 증명된 벌크 초전도성을 가지며, 일반식 A1±xM2±xCu3Oy 내에서 모두 단일단계 회티탄석형 결정 구조를 갖는다. 상기 물질은 아래와 같다.
(Y0.8Lu0.2)1.0Ba2.0Cu3Oy
(Y0.5Lu0.5)1.0Ba2.0Cu3Oy
(Y0.5La0.5)1.0Ba2.0Cu3Oy
(Y0.5Sc0.5)1.0Ba2.0Cu3Oy
(La0.5Sc0.5)1.0Ba2.0Cu3Oy
Y1.0(Ba0.5Ca0.5)2.0Cu3Oy
Y1.0(Sr0.5Ca0.5)2.0Cu3Oy
Y0.8Ba2.0Cu3Oy
Y1.2Ba2.0Cu3Oy
Y1.0Ba1.8Cu3Oy
Y1.0Ba1.5Cu3Oy
Y1.2Ba1.8Cu3Oy
상기 모든 샘플들은 AC 자기 자화율 테스트 방법과 전기 저항 측정에 의해 초전도성이 확인된다.
현재까지, 아래의 물질들이 상술한 공정에 따라 공식화되고 검사되었을때, 77°Ｋ 이상의 벌크 단일 단계 초전도체임이 발견되어지지 않았다.
Lu1.0Ba2.0Cu3Oy
Lu1.0Ca2.0Cu3Oy
La1.0Ba2.0Cu3Oy
La1.0Ca2.0Cu3Oy
Sc1.0Ba2.0Cu3Oy
Yb1.0Ba2.0Cu3Oy
Y1.0Ca2.0Cu3Oy
Y1.0Ba1.0Cu2.0Oy
Y2.0Ba1.0Cu1.0Oy
아마도, 이트륨이 A성분의 대부분이거나, A성분과 관련된 둘 또는 그 이상의 결합이 대략적으로 이트륨의 크기와 동일한 평균 원자 크기를 갖는 것은 필수적이다.
화합물의 영역은 결정 구조가 상기 금속들의 결원상태를 수용할 수 있으며, 고온도 초전도성에 대해 필요한 구조를 보유하므로, A와 M의 원자 비율을 전체수로써 정확하게 한정시키지 못한다. 상기 경우, 다른 경우와 마찬가지로, 산소는 균형 요구를 만족시키는 양만큼 존재한다.
액체 헬륨 온도에서 현재의 광범한 초전도체의 이용은 더욱 값싸질 것이며, 액체 질소 온도에서 이용하는데 더 편리할 것이다. 박막 및 세라믹 처리기술의 이용은 극소전자공학, 고 필드 자석, 에너지 전송 및 전기기적 장치에 상기 물질들을 응용함이 가능하게 할것이다. 특히 상기 물질들은 컴퓨터내의 논리 장치(예를들어, 죠셉슨 논리 장치)에 유용하며, 속도를 개선시키고 밀도를 패키징하는 수단으로써 칩간을 야금으로 상호 연결시키는데 유용하다.

Claims (3)

  1. 77˚K 이상의 온도에서 단일 단계 벌크 전기적 초전도체인 화합물에 있어서, 상기 화합물이 회티탄석형 결정 구조를 가지며, A가 Y이거나 Y, La, Lu, Sc 또는 Yb의 결합이고, M이 Ba이거나 Ba, Sr 또는 Ca의 결합이며, x는 0과 0.5 사이이며, y는 균형 요구를 만족시키기에 충분한 식 A1±xM2±Cu3Oy을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도체 화합물.
  2. 77˚K 이상의 온도에서 단일 단계 벌크 전기적 초전도체인 화합물에 있어서, 상기 화합물이 회티탄석형 결정 구조를 가지며, A가 Y이거나 Y, La, Lu, Sc 또는 Yb의 결합이며, M이 Ba이거나 Ba, Sr 또는 Ca의 결합이고, y는 균형 요구를 만족시키기에 충분한 식 A1M2Cu3Oy을 갖는 것을 특징으로 하는 초전도체 화합물.
  3. 77˚K 이상의 온도에서 단일 단계 벌크 전기적 초전도체인 화합물에 있어서, 상기 화합물이 회티탄석형 결정구조를 가지며, 1원자의 이트륨, 2원자의 바리움 및 3원자의 동을 갖는 금속 성분과 산소의 비금속 성분으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도체 화합물.
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