NO180043B - Supraledende Bi-Sr-Ca-Cu-oxydmateriale - Google Patents

Supraledende Bi-Sr-Ca-Cu-oxydmateriale Download PDF

Info

Publication number
NO180043B
NO180043B NO903160A NO903160A NO180043B NO 180043 B NO180043 B NO 180043B NO 903160 A NO903160 A NO 903160A NO 903160 A NO903160 A NO 903160A NO 180043 B NO180043 B NO 180043B
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
superconducting
approx
materials
oxides
temperature
Prior art date
Application number
NO903160A
Other languages
English (en)
Other versions
NO903160L (no
NO180043C (no
NO903160D0 (no
Inventor
Jagannatha Gopalakrishnan
Arthur William Sleight
Munirpallam Appado Subramanian
Original Assignee
Du Pont
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/US1989/000355 external-priority patent/WO1989007087A1/en
Application filed by Du Pont filed Critical Du Pont
Publication of NO903160L publication Critical patent/NO903160L/no
Publication of NO903160D0 publication Critical patent/NO903160D0/no
Publication of NO180043B publication Critical patent/NO180043B/no
Publication of NO180043C publication Critical patent/NO180043C/no

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01FCOMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F11/00Compounds of calcium, strontium, or barium
    • C01F11/02Oxides or hydroxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G29/00Compounds of bismuth
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/80Constructional details
    • H10N60/85Superconducting active materials
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Description

Oppfinnelsens område
Denne oppfinnelse angår nye vismut-strontium-kalsium-kobberoxydmaterialer som er .supraledende.
Henvisninger
Bednorz og Muller, Z. Phys. B64, 189 (1986), be-
skriver en ..supraledende fase i La-Ba-Cu-O-systemet med en
supraledende overgangstemperatur på ca. 35 K. Denne opp-lysning ble senere bekreftet av flere forskere [se for eksempel Rao og Ganguly, Current Science, 56, 47 (1987),
Chu et al., Science 235, 567 (1987), Chu et al., Phys. Rev. Lett. 58. 405 (1987), Cava et al., Phys. Rev. Lett. 58, 408
(1987), Bednorz et al., Europhys. Lett. 3, 379 (1987)].
Den supraledende fase er blitt identifisert som materialet La^_x(Ba,Sr,Ca)x04_y med den tetragonale struktur av I^NiF^-typen og med x typisk ca. 0,15 og y antydende oxygenledig-heter.
Wu et al., Phys. Rev. Lett. 58, 908 (1987), beskriver
en supraledende fase i Y-Ba-Cu-O-systemet med en supraled-
ende overgangstemperatur på ca. 90 K. Cava et al., Phys.
Rev. Lett. 58, 1676 (1987), har identifisert denne supraledende Y-Ba-Cu-O-fase til å være orthorombisk, forvrengt, oxygenmangelfullt perovskitt YBa-^Cu^Og^ hvor & er ca.
2,1, og presenterer pulverrøntgendiffraksjonsmønsteret og gitterparametrene.
C. Michel et al., Z. Phys. B - Condensed Matter 68,
417 (1987), beskriver innføring av Bi i supralederen La2-xSrxCu04-y ^or å danne oxydene La2_x<B>ix, S<r>x_x,
CuO^_y. Undersøkelsen ble begrenset til materialer som overensstemte med det område hvor supraledningsevne hoved-sakelig ble iakttatt, x - x' = 0,1-0,2. Enkeltfaser ble oppnådd når x - 3 og x' 2. En prøve på materialet La^^Big iSrQ 2Cu04-y har en suPraledende omvandlings temperatur på ca. 42 K som bestemt ved resistivitetsmålinger til sammenligning med ca. 38 K for La,0Srn-CuO,
3 1,80,2 4-y
C. Michel et al., Z. Phys. B - Condensed Matter 68,
421 (1987), beskriver en ny familie av supraledende oxyder
i Bi-Sr-Cu-O-systemet med sammensetning nær Bi2Sr2CU20^+ g . En ren fase ble isolert for sammensetningen Bi-^S^Ci^O.^^ . Røntgendiffraksjonsmønsteret for dette materiale oppviser endel likhet med det for perovskitt, og elektrondiffraksjons-mønsteret viser perovskittundercellen med de orthorombiske
celleparametre a = 5,32 A (0,532 nm), b = 26,6, A (2,66 nm) og c = 48,8 A (4,88 nm). Materialet fremstilt fra ultra-rene oxyder har en supraledende omvandling med et midtpunkt av 22 K som bestemt ved resistivitetsmålinger og nullmot-stand under 14 K. Materialet fremstilt fra oxyder av teknisk kvalitet har en supraledende omvandlig med et midtpunkt av 7 K.
Oppsummering av oppfinnelsen
Oppfinnelsen angår et supraledende materiale som er særpreget ved at det inneholder en metalloxydfase som har formelen
og gitterparameterne a= 5,4Å, b= 5,4Å og c= 31Å basert på en A-sentrert ortorombisk enhetscelle, og hvori z er fra 0,1 til 0,9 og w er større enn null, men mindre enn 1.
Det supraledende materiale ifølge oppfinnelsen kan fremstilles ved å oppvarme en blanding som utgjøres av støkiomet-riske mengder av metalloxydene, for eksempel B±20^, SrO
eller SrO eller Sr0o, CaO, og CuO, eller utgangsmaterialer for metalloxydene, f.eks. carbonater, slike som CaCO^, nitrater, slike som Sr(N03)2, etc. ved 775°C til 900°C i 8 til 4 8 timer eller mer i luft. Oppvarmingstemperaturer av 850°C til 900°C er foretrukne.
Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen
De supraledende materialer ifølge oppfinnelsen som har den nominelle formel Bi2Sr3_zCaz Cu20g+w har supraledende omvandlingstemperaturer fra over 77 K opp til 120 Kfdvs.
over temperaturen for flytende nitrogen.
De supraledende materialer ifølge oppfinnelsen kan fremstilles ved hjelp av den følgende prosess. Støkiometriske mengder av Bi^, SrO, CaO og CuO blandes, for eksempel ved å male disse sammen i en morter. Utgangsmaterialet for oxydene, slike som carbonater, kan erstatte ett eller flere av oxydene. Alternativt kan en intim støkiometrisk blanding av utgangsmaterialer for oxydene fremstilles fra en oppløs-ning av utgangsmaterialer, slike som nitrater eller acetater, enten ved utfelling fra en slik oppløsning eller ved tørking av en slik oppløsning ved fordampning av løsningsmidlet eller ved forstøvnings- eller frysetørking. Blandingen av oxyder eller utgangsmaterialer i form av et pulver eller en presset pellet blir derefter anbragt i en beholder laget av et ikke-reaktivt materiale, slikt som alumina eller gull. Beholderen blir derefter anbragt i en ovn og oppvarmet ved 775°C til 900°C i 8 til 48 timer i luft, fortrinnsvis fra 850°C til 900°C. Den supraledende
omvandlingstemperatur er generelt høyere dersom oppvarmings-temperaturen er innen det foretrukne område. Smelting bør unngås. Da smelting finner sted ved oppvarmingstemperaturer av ca. 900°C og høyere, må reaksjon finne sted under disse temperaturer.
Avkjøling kan gjøres langsomt ved enten å stenge av effekten til ovnen og tillate beholderen å avkjøles i ovnen eller ved å programmere ovnen til å avkjøles med en langsom hastighet, f.eks. med 2°C pr. minutt. Når temperaturen er under 100°C, f.eks. omgivelsestemperatur (ca, 20°C), blir beholderen fjernet fra ovnen, og det sorte krystallinske produkt blir utvunnet." Avkjøling kan også oppnås ved brå-kjøling ved omgivelsestemperatur av det materiale som var blitt oppvarmet til 850-900°C.
Et supraledende materiale ifølge oppfinnelsen kan fremstilles selv når de relative mengder av reaktanter velges utenfor de støkiometriske grenser som er diktert av de om-råder som formelen for metalloxydfasen tilkjennegir. Det supraledende materiale vil da være sammensatt av minst én supraledende fase sammen med andre ikke-supraledende faser.
Supraledningsevne kan bekreftes ved å iaktta magnetisk flukseksklusjon, dvs. Meissner-effekten. Denne effekt kan måles med den metode som er beskrevet i en artikkel av E. Polturak og B. Fisher i Physical Review B, 36, 5586
(1987) .
De supraledende materialer ifølge denne oppfinnelse kan anvendes for å lede strøm ekstremt effektivt eller for å tilveiebringe et magnetfelt for magnetisk avbildning for medisinske formål. Ved avkjøling av materialet i form av en tråd eller stang til en temperatur under den supraledende omvandlingstemperatur, f.eks. ved eller under ca.
115 K, fortrinnsvis ved eller under ca. 85 K, ved å
eksponere materialet for flytende nitrogen på en måte som er velkjent for fagfolk innen dette område, og ved å igangsette en strøm av elektrisk strøm kan man således oppnå en slik strøm uten noen elektriske motstandstap. For å tilveiebringe eksepsjonelt høye magnetfelt med minimale effekttap vil tråden som tidligere er nevnt, kunne vikles under dannelse av en spole som vil bli eksponert for flytende helium før en strøm induseres inn i spolen. De supraledende materialer ifølge denne oppfinnelse kan også anvendes for å tilveiebringe diamagnetfelter som er ekstremt varige. Slike felter oppnås ved å eksponere materialet i form av et ark eller en lignende konstruksjon for et eksternt magnetfelt, idet arket avkjøles til en temperatur under den supraledende omvandlingstemperatur, f.eks. avkjølt til mellom 77 K og 115 K, ved eksponering for flytende nitrogen. Slike felter kan anvendes for å heve gjenstander som er så store som jenbanevogner. Disse supraledende materialer er også
nyttige i Josephson-innretninger, slike som SQUIDS (supraledende kvantuminterferensinnretninger) og i instrumenter som er basert på Josephson-effekten, slike som høyhastighets- ! prøvetagningskretser og spenningsstandarder. Disse materialer synes å være mer stabile, spesielt i nærvær av vann,
enn tidligere supraledende materialer med omvandlingstemperaturer innen det samme område. Materialene kan også be-arbeides lettere enn materialer i henhold til teknikkens stand.
Eksempel
Et materiale med nominell formel Bi2Sr2CaCu3Ox ble fremstilt på den følgende måte. Bi203
(4,6596 g), Sr02(2,3924 g), CaC03(1,0009 g) og CuO
l
(2,38 65 g) ble blandet og malt sammen i en agatmorter i 30 minutter. Pulverblandingen ble anvendt for å presse 10 pellets hver med en diameter av 10 mm og en tykkelse av ca. 2 mm.
Én av de pressede pellets ble anbragt på et gull-brett og brettet anbragt i en ovn og oppvarmet i luft med en hastighet på 10°C pr. minutt til 875°C og derefter holdt ved 875°C i 36 timer. Ovnen ble derefter avkjølt med en hastighet på 1°C pr. minutt til en temperatur under ca. 100°C før brettet ble fjernet.
Platelignende krystaller som oppviste kløvning i grunnplanet var dominerende i smeiten. De ble mekanisk separert og anvendt for ytterligere karakterisering og strukturbestemmelse. Både flukseksklusjons- og elektrisk resistivitetsmåling på enkeltkrystallene avslørte en skarp supraledende omvandling ved Tcav ca. 95 K.
Den supraledende metalloxydfase for dette materiale ble identifisert som
hvori "z" var ca. 0,65 og "w" var mindre enn 1, men større enn null. Strukturen som var basert på en A-sentrert orthorombisk celle med a = 5,409Å, b = 5,414Å og c = 30,914Å
ble bestemt ved anvendelse av enkeltkrystallrøntgendiffrak-sjonsdata.
Strukturen var bygget opp av avvekslende dobbelte kobber-oxygenplater og dobbelte vismut-oxygenplater. Det
2+ 2+
var Ca - og Sr -kationer mellom de tilgrensende Cu-O-plater. Sr 2+-kationer ble også funnet mellom Cu-O- og Bi-O-platene. Høyoppløsningstransmisjonselektronmikroskopi-undersøkelser viste at b-aksen i virkeligheten er 27,07Å hvilket er en økning med en faktor på 5 over undercelle-dimensjonen. Denne superstruktur kan også iakttas ved røntgendiffraksjon på enkeltkrystaller, men tvillingdannelse kan gjøre at det synes som om superstrukturen er langs både A- og B-aksene.
Det bør forstås at når "z" i formelen for den metall-oxydsupraledende fase er hvor som helst fra 0,1 til 0,9, er "a" og "b" begge ca. 5,4Å og "c" er ca. 31Å, mens a,|3 og r (vinklene som er forbundet med enhetscellen som kjent for fagfolk innen denne teknikk) er ca. 90°. Dessuten kan, som vist i dette eksempel, én eller to av undercelledimensjonene 1 (a eller b eller c) multipliseres med et heltall av fra 2 til 10 for å oppnå en celle som oppviser superstrukturen for den supraledende fase for materialet ifølge oppfinnelsen.

Claims (3)

1. Supraledende materiale/ karakterisert vedat det inneholder en metalloxydfase som har formelen Bi„Sr0 Ca Cu„0o^ 2 3-z z 2 8*w og gitterparameterne a= 5,4Å, b= 5,4Å og c= 31Å basert på en A-sentrert ortorombisk enhetscelle, og hvori z er fra 0,1 til 0,9 og v w er større enn null*men mindre enn 1.
2. Supraledende materiale ifølge krav 1,karakterisert vedatzer fra 0,4 til 0,8.
3. Supraledende materiale ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedatzer fra 0,6 til 0,7.
NO903160A 1988-02-08 1990-07-13 Supraledende Bi-Sr-Ca-Cu-oxydmateriale NO180043C (no)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15310788A 1988-02-08 1988-02-08
PCT/US1989/000355 WO1989007087A1 (en) 1988-02-04 1989-02-03 SUPERCONDUCTING Bi-Sr-Ca-Cu OXIDE COMPOSITONS AND PROCESS FOR MANUFACTURE

Publications (4)

Publication Number Publication Date
NO903160L NO903160L (no) 1990-07-13
NO903160D0 NO903160D0 (no) 1990-07-13
NO180043B true NO180043B (no) 1996-10-28
NO180043C NO180043C (no) 1997-02-05

Family

ID=22545802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO903160A NO180043C (no) 1988-02-08 1990-07-13 Supraledende Bi-Sr-Ca-Cu-oxydmateriale

Country Status (8)

Country Link
JP (1) JP2850310B2 (no)
KR (1) KR970000482B1 (no)
AU (1) AU617765B2 (no)
CA (1) CA1341237C (no)
DK (1) DK172938B1 (no)
HU (1) HU217018B (no)
NO (1) NO180043C (no)
RU (1) RU2056068C1 (no)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE115104T1 (de) * 1988-02-05 1994-12-15 Hoechst Ag Supraleiter und verfahren zu seiner herstellung.
JPH01212227A (ja) * 1988-02-17 1989-08-25 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 酸化物超伝導材料
DE4108869A1 (de) * 1991-03-19 1992-09-24 Hoechst Ag Verfahren zur herstellung eines bismut enthaltenden supraleitenden materials
RU2460175C1 (ru) * 2011-05-12 2012-08-27 Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН Сверхпроводящий композиционный материал на основе втсп соединений и способ его получения

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2629771B2 (ja) 1988-02-05 1997-07-16 松下電器産業株式会社 酸化物超伝導材料
JP2506892B2 (ja) 1988-02-05 1996-06-12 松下電器産業株式会社 酸化物超伝導材料
US5181481A (en) * 1991-03-25 1993-01-26 Foster Wheeler Energy Corporation Fluidized bed combustion system and method having multiple furnace sections
JPH0643268A (ja) * 1992-07-27 1994-02-18 Casio Comput Co Ltd ストップウオッチ装置

Also Published As

Publication number Publication date
DK172938B1 (da) 1999-10-11
HUT57939A (en) 1991-12-30
NO903160L (no) 1990-07-13
HU217018B (hu) 1999-11-29
DK188190A (da) 1990-08-07
NO180043C (no) 1997-02-05
KR900700390A (ko) 1990-08-13
CA1341237C (en) 2001-05-22
NO903160D0 (no) 1990-07-13
RU2056068C1 (ru) 1996-03-10
AU617765B2 (en) 1991-12-05
JPH03502918A (ja) 1991-07-04
JP2850310B2 (ja) 1999-01-27
KR970000482B1 (ko) 1997-01-13
DK188190D0 (da) 1990-08-07
AU3068989A (en) 1989-08-25
HU891437D0 (en) 1991-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liang et al. Phase diagram of SrO CaO CuO ternary system
US4894361A (en) Superconducting metal oxide Tl-Pb-Ca-Sr-O compositions and processes for manufacture and use
US4929594A (en) Superconducting composition Tl2 Ba2 CuO6+x and process for manufacture
US5126316A (en) Bi2 Sr3-x Yx Cu2 O8+y superconducting metal oxide compositions
US6855670B1 (en) Superconducting bismuth-strontium-calcium-copper oxide compositions and process for manufacture
NO180043B (no) Supraledende Bi-Sr-Ca-Cu-oxydmateriale
US5017554A (en) Superconducting metal oxide Tl-Pb-Ca-Sr-Cu-O compositions and processes for manufacture and use
US5264414A (en) Superconducting metal oxide (Tl,Bi)1 Sr2 Ca2 Cu3 O.sub.y
EP0489087B1 (en) Superconducting metal oxide compositions and processes for manufacture and use
US5219833A (en) Process for manufacturing single phase Tl2 Ba2 CuO6-x superconductors
AU632076B2 (en) Superconducting metal oxide compositions and processes for manufacture and use
Shrivastava Synthesis of high-TC superconducting cuprate materials through solid state reaction route
EP0428630B1 (en) Superconducting metal oxide compositions and processes for manufacture and use
EP0441903A1 (en) Superconducting metal oxide compositions and processes for manufacture and use
Subramanian et al. Superconducting metal oxide (Tl, Bi) 1 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O y
WO1991011391A1 (en) Superconducting metal oxyde compositions

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Lapsed by not paying the annual fees