JPH013012A - 超電導材料及びその製造方法 - Google Patents
超電導材料及びその製造方法Info
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- JPH013012A JPH013012A JP63-73951A JP7395188A JPH013012A JP H013012 A JPH013012 A JP H013012A JP 7395188 A JP7395188 A JP 7395188A JP H013012 A JPH013012 A JP H013012A
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- JP
- Japan
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- superconducting
- elements
- powder
- composite oxide
- periodic table
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は新規な超電導材料およびその製造方法に関する
。
。
従来の技術
超電導現象は、物体が特定の条件下で完全な反磁性を示
し、その内部で有限な定常電流が流れているにも関わら
ず電位差が現れなくなる現象である。このような状態に
ある物質を超電導体と呼び、電力損失の全くない伝送媒
体としての各種の応用が提案されている。
し、その内部で有限な定常電流が流れているにも関わら
ず電位差が現れなくなる現象である。このような状態に
ある物質を超電導体と呼び、電力損失の全くない伝送媒
体としての各種の応用が提案されている。
例えば、超電導技術を電力送電に応用すれば、現在送電
に伴って生じている約７％の不可避な送電損失を大幅に
減少できる。また、電力貯蔵方法としても、超電導電力
貯蔵は今日知られている電力貯蔵方法として最も効率の
高いものであると言われている。
に伴って生じている約７％の不可避な送電損失を大幅に
減少できる。また、電力貯蔵方法としても、超電導電力
貯蔵は今日知られている電力貯蔵方法として最も効率の
高いものであると言われている。
また、高磁場発生用電磁石への応用は、最も早くから実
現され、また利用分野も極めて広い。発電技術の分野で
はＭＨＤ発電、電動機等と共に、開発に発電量以上の電
力を消費するともいわれる核融合反応の実現を有利に促
進する技術として期待されている。また輸送機器の分野
では磁気浮上列車、電磁気推進船舶等の動力として、更
に、計測・医療の分野でもＮ Ｍ Ｒ１π中間子治療、
高エネルギー物理実験装置などへの利用が期待されてい
る。
現され、また利用分野も極めて広い。発電技術の分野で
はＭＨＤ発電、電動機等と共に、開発に発電量以上の電
力を消費するともいわれる核融合反応の実現を有利に促
進する技術として期待されている。また輸送機器の分野
では磁気浮上列車、電磁気推進船舶等の動力として、更
に、計測・医療の分野でもＮ Ｍ Ｒ１π中間子治療、
高エネルギー物理実験装置などへの利用が期待されてい
る。
また、複数の超電導体を弱く接合すると、量子効果の巨
視的な具現であるジョセフソン効果が観測される。この
効果を利用したトンネル接合型ジョセフソン素子は、超
電導体のエネルギーギャップが小さいことから、極めて
高速且つ低電力消費のスイッチング素子として期待され
ている。更に、電磁波や磁場に対するジョセフソン効果
が鋭敏な量子現象として現れることから、この素子を磁
場、マイクロ波、放射線等の超高感度センサとして利用
することも提案されている。
視的な具現であるジョセフソン効果が観測される。この
効果を利用したトンネル接合型ジョセフソン素子は、超
電導体のエネルギーギャップが小さいことから、極めて
高速且つ低電力消費のスイッチング素子として期待され
ている。更に、電磁波や磁場に対するジョセフソン効果
が鋭敏な量子現象として現れることから、この素子を磁
場、マイクロ波、放射線等の超高感度センサとして利用
することも提案されている。
このように、あらゆる分野において、電力効率を向上す
るという社会的ニーズに答える技術として、超電導技術
は核融合の実用化と並ぶ重要な技術であると言われてい
る。
るという社会的ニーズに答える技術として、超電導技術
は核融合の実用化と並ぶ重要な技術であると言われてい
る。
ところで、従来の技術においては、超電導現象は超低温
下においてのみ観測されていた。即ち、従来開発された
超電導材料としては、Ａ−１５型の結晶構造を有する一
群の物質が比較的高いＴ。
下においてのみ観測されていた。即ち、従来開発された
超電導材料としては、Ａ−１５型の結晶構造を有する一
群の物質が比較的高いＴ。
（超電導臨界温度）を示すことが確認されているが、Ｔ
ｃが最も高いといわれるＮｂ３ＧｅにおいてもＴｃは依
然として２３．２Ｋに止まっていた。
ｃが最も高いといわれるＮｂ３ＧｅにおいてもＴｃは依
然として２３．２Ｋに止まっていた。
一方、長期間に亘る様々な努力にもかかわらず超電導材
料のＴｃはＮｂ３Ｇｅの２３Ｋを越えることができなか
ったが、近年に到って、■族元素あるいは■族元素の酸
化物を含む焼結体が高いＴ。をもつ超電導体となり得る
ことが報告され、非低温超電導体実現の可能性が俄かに
高まっている。
料のＴｃはＮｂ３Ｇｅの２３Ｋを越えることができなか
ったが、近年に到って、■族元素あるいは■族元素の酸
化物を含む焼結体が高いＴ。をもつ超電導体となり得る
ことが報告され、非低温超電導体実現の可能性が俄かに
高まっている。
既に報告されている例では、ＣＬａ、 Ｂａ） ２ｃｕ
ｃＬまたは［Ｌａ、 Ｓｒ〕２ＣｕＯｓ等のに２ＮＩＦ
４型酸化物が挙げられ、これらはペロブスカイト型超電
導酸化物と類似した結晶構造を有するものと考えられて
いる。これらの物質では、３０乃至５０にという従来に
比べて爪面的に高いＴ、が観測され、更に、７０に以上
のＴ。が観測された例もある。
ｃＬまたは［Ｌａ、 Ｓｒ〕２ＣｕＯｓ等のに２ＮＩＦ
４型酸化物が挙げられ、これらはペロブスカイト型超電
導酸化物と類似した結晶構造を有するものと考えられて
いる。これらの物質では、３０乃至５０にという従来に
比べて爪面的に高いＴ、が観測され、更に、７０に以上
のＴ。が観測された例もある。
これらの高温超電導セラミックスはＡ −Ｂ −Ｃｕ−
０系である。このＡは周期律表第１ａ族元岩である５ｃ
ＳＹ、Ｌａ等、Ｂは周期律表第２Ａ族元素であるＣａ５
Ｓｒ、 Ｂａ等であった。即ちＢは必須の元素と考えら
れていた。
０系である。このＡは周期律表第１ａ族元岩である５ｃ
ＳＹ、Ｌａ等、Ｂは周期律表第２Ａ族元素であるＣａ５
Ｓｒ、 Ｂａ等であった。即ちＢは必須の元素と考えら
れていた。
発明が解決しようとする課題
現在知られている高温超電導材料は、Ａ−Ｂ−Ｃｕ−０
系で且つその結晶構造かに２ＮｉＦ４等の層状ペロブス
カイト構造をもつとされている。ところで、Ａ−Ｃｕ−
０系でこのような構造を得ようとすると、例えば、Ｌａ
２ＣａＯ，の如＜、Ｃｕの価電子はＣｕ−２を持つもの
となる。これは半導体特性を有するが、超電導特性は示
さない。
系で且つその結晶構造かに２ＮｉＦ４等の層状ペロブス
カイト構造をもつとされている。ところで、Ａ−Ｃｕ−
０系でこのような構造を得ようとすると、例えば、Ｌａ
２ＣａＯ，の如＜、Ｃｕの価電子はＣｕ−２を持つもの
となる。これは半導体特性を有するが、超電導特性は示
さない。
本発明は従来のＡ−Ｂ−Ｃｕ−０系と異なり、Ａ−Ｃｕ
−０系で超電導臨界、温度Ｔｃの高い超電導材料とその
製造方法を提供することを目的としたものである。
−０系で超電導臨界、温度Ｔｃの高い超電導材料とその
製造方法を提供することを目的としたものである。
課題を解決するための手段
本発明ではＡが周期律表第１ａ族元素、もしくはランタ
ノイド、アクチノイド系の元素である場合、常圧下では
安定して得られないＡ−Ｃｕ−０系の化合物をｌＫｂ以
上の超高圧下で合成することに成功し、このＡ−Ｃｕ−
０系化合物が特定の組成範囲において、超電導特性を示
すことを見出したものである。
ノイド、アクチノイド系の元素である場合、常圧下では
安定して得られないＡ−Ｃｕ−０系の化合物をｌＫｂ以
上の超高圧下で合成することに成功し、このＡ−Ｃｕ−
０系化合物が特定の組成範囲において、超電導特性を示
すことを見出したものである。
すなわち、本発明は上記知見に基づき完成したものであ
って、本発明に従うと、一般式；％式％ （ただし、Ａは周期律表第［［ａ族元素もしくはランク
メイド系またはアクチノイド系の元素から選択した１種
もしくは２種以上の元素であり、ｘ％３’％ Ｚは次の
式を満足する。
って、本発明に従うと、一般式；％式％ （ただし、Ａは周期律表第［［ａ族元素もしくはランク
メイド系またはアクチノイド系の元素から選択した１種
もしくは２種以上の元素であり、ｘ％３’％ Ｚは次の
式を満足する。
０≦ｘ≦２、
ｚ＝３÷□ｘ−ｙｉ
で示される複合酸化物からなることを特徴とする超電導
材料が提供される。
材料が提供される。
さらに、本発明に従い、周期律表第１ａ族元素もしくは
ランタノイド系またはアクチノイド系の元素から選択し
た１種もしくは２種以上の元素の酸化物と銅の酸化物の
混合粉末、または上記元素と銅の複合酸化物粉末を、酸
素分圧が１Ｋｂ以上、１００Ｋｂ以下の超高圧雰囲気下
で４００℃以上、好ましくは５００〜１１００℃の範囲
の温度に加熱して焼結することを特徴とする上記複合酸
化物焼結体からなる超電導材料の製造方法が提供される
。
ランタノイド系またはアクチノイド系の元素から選択し
た１種もしくは２種以上の元素の酸化物と銅の酸化物の
混合粉末、または上記元素と銅の複合酸化物粉末を、酸
素分圧が１Ｋｂ以上、１００Ｋｂ以下の超高圧雰囲気下
で４００℃以上、好ましくは５００〜１１００℃の範囲
の温度に加熱して焼結することを特徴とする上記複合酸
化物焼結体からなる超電導材料の製造方法が提供される
。
作用
本発明の超電導材料は、一般式：
％式％
を有する複合酸化物焼結体であり、下記の特定の組成範
囲で高い超電導臨界温度を示す事を発見したものである
。
囲で高い超電導臨界温度を示す事を発見したものである
。
０≦ｘ≦２、
ｚ＝３十二ｘ−ｙ、）
説明を簡明にするためｘ＝Ｑの場合を考えると、基本的
な構造は、 Ａ ＣＩＪＯ＋ｌ−ｕ （０≦Ｕ≦１／２）となる。
な構造は、 Ａ ＣＩＪＯ＋ｌ−ｕ （０≦Ｕ≦１／２）となる。
この構造ではＣｕは異常価電子であるＣ Ｌ１２ ＋の
状態に１部もしくは全部がなっている。このことが本発
明の焼結体が高温超電導特性を示す一つの理由と考えら
れる。
状態に１部もしくは全部がなっている。このことが本発
明の焼結体が高温超電導特性を示す一つの理由と考えら
れる。
このような構造の物質を合成するためには、酸素分圧が
１に６以上の超高圧下で少な（とも４００℃以上に加熱
する必要がある。焼結時の圧力が１Ｋｂ未満ては酸素欠
陥が多くなり超電導特性、特に完全Ｍ！ｉ電導を示す温
度Ｔ。、が低下する。圧力は高い方が好ましいが、ダイ
ヤモンド合成に用いる超高圧装置を用いても実用的な圧
力範囲は１００Ｋｂまでである。従って焼結の圧力範囲
を１Ｋｂ以上、１００Ｋｂ以下とした。上記一般式中の
元素Ａが何であるかにもよるが、好ましい圧力範囲は１
Ｋｂ〜５５Ｋｂである。
１に６以上の超高圧下で少な（とも４００℃以上に加熱
する必要がある。焼結時の圧力が１Ｋｂ未満ては酸素欠
陥が多くなり超電導特性、特に完全Ｍ！ｉ電導を示す温
度Ｔ。、が低下する。圧力は高い方が好ましいが、ダイ
ヤモンド合成に用いる超高圧装置を用いても実用的な圧
力範囲は１００Ｋｂまでである。従って焼結の圧力範囲
を１Ｋｂ以上、１００Ｋｂ以下とした。上記一般式中の
元素Ａが何であるかにもよるが、好ましい圧力範囲は１
Ｋｂ〜５５Ｋｂである。
焼結温度は４００℃〜１３００℃、好ましくは５００〜
１１００℃である。４００℃未満の焼結温度では酸化物
粒子間の結合が不充分であり、強度が不足する。
１１００℃である。４００℃未満の焼結温度では酸化物
粒子間の結合が不充分であり、強度が不足する。
実施例
以下に本発明を実施例により具体的に説明するが、これ
らの実施例は本発明の単なる例示であって、本発明の技
術的範囲を何等制限するものではない。
らの実施例は本発明の単なる例示であって、本発明の技
術的範囲を何等制限するものではない。
添付の第１図は本発明の複合酸化物焼結体を製造する際
に用いるカプセルの概略模式図である。
に用いるカプセルの概略模式図である。
このカプセルは、カプセル１からなり、カプセル１内に
Ａ２０３、ＣｕＯの混合粉末成形体２と、ＭｒｌＣｈ粉
末３が配置されている。カプセル１は試料と反応しない
金属容器で白金等で形成されている。
Ａ２０３、ＣｕＯの混合粉末成形体２と、ＭｒｌＣｈ粉
末３が配置されている。カプセル１は試料と反応しない
金属容器で白金等で形成されている。
Ｍｎ○２扮末は加熱によって酸素を解離する化合物で、
焼結中に混合粉末成形体２に酸素を供給する作用を有す
る。！、１ｎ０２粉末の代わりに例えばＣｕＯ７等を用
いてもよい。
焼結中に混合粉末成形体２に酸素を供給する作用を有す
る。！、１ｎ０２粉末の代わりに例えばＣｕＯ７等を用
いてもよい。
混合粉末成形体２と！、Ｉ ｎ Ｏ２粉末３との間には
高正相型窒化ホウ素（以下ＣＢＮという）粉末４が介在
している。ＣＢＮ粉末４は、酸素供給源であるＭｎＯ２
粉末３と混合粉末成形体２を隔離し且つ高圧下でも酸素
の流通を可能とする層であり、ＣＢＮ等の超硬質物質の
粉末を充填して形成する。
高正相型窒化ホウ素（以下ＣＢＮという）粉末４が介在
している。ＣＢＮ粉末４は、酸素供給源であるＭｎＯ２
粉末３と混合粉末成形体２を隔離し且つ高圧下でも酸素
の流通を可能とする層であり、ＣＢＮ等の超硬質物質の
粉末を充填して形成する。
この場合ダイヤモンド粉末は酸化物を還元するため使え
ないが、ＣＢＮ粉末は還元性を示さないので最適である
。
ないが、ＣＢＮ粉末は還元性を示さないので最適である
。
本発明の実施に当っては高圧の酸素雰囲気が不可欠であ
るが、これを作り出す前には、例えば超高圧装置を用い
る場合は第１図に示したようなカプセル構造をとること
によって簡単に実現できる。
るが、これを作り出す前には、例えば超高圧装置を用い
る場合は第１図に示したようなカプセル構造をとること
によって簡単に実現できる。
第１図に示すカプセルの構成は５に６以上の超高圧を用
いて焼結する場合であるが、１〜５Ｋｂでは酸素ガスを
直接用いた高圧ＨＩＰ等の装置を使用することができる
。
いて焼結する場合であるが、１〜５Ｋｂでは酸素ガスを
直接用いた高圧ＨＩＰ等の装置を使用することができる
。
実施例１
純度３ＮのＬａ２Ｏ３、ＣｕＯ粉末を各々６７ｇ、３３
ｇ配合し、ボールミルで混合した。この粉末を第１図に
示す白金製のカプセル１に収容した。カプセルｌ中には
加熱によって酸素を解離する！、Ｉ ｎ Ｏ２’Ｆ５’
Ｊ末を、粗いＣＢ Ｎ粉末層４で仕切って装入した。
ｇ配合し、ボールミルで混合した。この粉末を第１図に
示す白金製のカプセル１に収容した。カプセルｌ中には
加熱によって酸素を解離する！、Ｉ ｎ Ｏ２’Ｆ５’
Ｊ末を、粗いＣＢ Ｎ粉末層４で仕切って装入した。
このカプセル１をベルト型超高圧装置を用いて５０Ｋｂ
に加圧し、引続いて１０００℃×２ｈｒ加熱した。
に加圧し、引続いて１０００℃×２ｈｒ加熱した。
得られた焼結体は黒色をなし、緻密構造のものであった
。
。
組成分析の結果、ＬａＣｕ Ｏ□、、に相当する複合酸
化物であることが確認された。Ｘ線回折の結果からは大
部分がペロブスカイト型構造に類似することが推定され
た。この焼結体を切断し、３ｍｍＸ１ｍｍｘ２０ｍｍの
試料を作成し、通常の４端子法により液体Ｈｅ中で抵抗
−温度特性を測定した。測定電流は１０ｍＡである。そ
の結果、５５にで抵抗の急激な低下が見られ、４０にで
完全な超電導特性が観察された。
化物であることが確認された。Ｘ線回折の結果からは大
部分がペロブスカイト型構造に類似することが推定され
た。この焼結体を切断し、３ｍｍＸ１ｍｍｘ２０ｍｍの
試料を作成し、通常の４端子法により液体Ｈｅ中で抵抗
−温度特性を測定した。測定電流は１０ｍＡである。そ
の結果、５５にで抵抗の急激な低下が見られ、４０にで
完全な超電導特性が観察された。
実施例２
実施例１と同様にして第１表の組成の焼結体を作製し、
得られた複合酸化物焼結体の超電導臨界温度Ｔｃ、抵抗
が完全に零となる温度Ｔ。Ｐを測定した。第１表に測定
したＴ。、 Ｔｃｐも併せて示す。
得られた複合酸化物焼結体の超電導臨界温度Ｔｃ、抵抗
が完全に零となる温度Ｔ。Ｐを測定した。第１表に測定
したＴ。、 Ｔｃｐも併せて示す。
第１表
■
■
ト
発明の詳細
な説明したように、本発明は新規な、一般式：′ＡＩ＋
１１ Ｃｕ、 Ｏ２ （ただし、Ａは周期律表第］］Ｊａ族元素もしくはラン
タノイド系またはアクチノイド系の元素から選択した１
種もしくは２種以上の元素であり、ｘ、ｙＳｚは次の式
を満足する。
１１ Ｃｕ、 Ｏ２ （ただし、Ａは周期律表第］］Ｊａ族元素もしくはラン
タノイド系またはアクチノイド系の元素から選択した１
種もしくは２種以上の元素であり、ｘ、ｙＳｚは次の式
を満足する。
０≦ｘ≦２、
ｚ＝３工□ｘ−ｙ、）
で示される複合酸化物からなる超電導材料とその製造方
法を提供するものである。
法を提供するものである。
本発明の超電導材料は、Ａ−Ｂ−Ｃｕ−０系セラミツク
スと較べて超電導臨界温度が安定し、組織の均一性を有
し、さらにＴ。とＴ。Ｆとの差ΔＴも小さい。
スと較べて超電導臨界温度が安定し、組織の均一性を有
し、さらにＴ。とＴ。Ｆとの差ΔＴも小さい。
この様に高く安定した超電導臨界温度が得られるため、
本発明の超電導材料は、ジョセフソン素子、５ＱＵＩＤ
（磁束計）、超電導マグネット、赤外センサ素子、モー
ター等への広範な応用分野に好適に適用できる。
本発明の超電導材料は、ジョセフソン素子、５ＱＵＩＤ
（磁束計）、超電導マグネット、赤外センサ素子、モー
ター等への広範な応用分野に好適に適用できる。
第１図は本発明の方法を実施する際に使用するカプセル
の１例の概略模式図である。 〔主な参照番号〕 ■ ・・・・ 白金製力プセノベ ２・・・・混合粉末成形体、 ３・・・・）、１ｎｏ２粉末、 ４ ・・・・ＣＢＮ粉末 特許出願人 住友電気工業株式会社
の１例の概略模式図である。 〔主な参照番号〕 ■ ・・・・ 白金製力プセノベ ２・・・・混合粉末成形体、 ３・・・・）、１ｎｏ２粉末、 ４ ・・・・ＣＢＮ粉末 特許出願人 住友電気工業株式会社
Claims (2)
- （１）一般式：Ａ＿１＿＋＿ｘＣｕ＿ｙＯ＿ｚ〔但し、
Ａは周期律表第IIIａ族元素もしくはランタノイド系ま
たはアクチノイド系の元素から選択された１種もしくは
２種以上の元素であり、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ次の式を
満足する数である。 ０≦ｘ≦２、 ０≦ｙ−５／６ｘ＜１／２ ｚ＝３＋２／３ｘ−ｙ〕 で示される複合酸化物からなることを特徴とする超電導
材料。 - （２）周期律表第IIIａ族元素もしくはランタノイド系
またはアクチノイド系の元素から選択した１種もしくは
２種以上の元素の酸化物と銅の酸化物の混合粉末、また
は上記元素と銅の複合酸化物粉末を、酸素分圧が１Ｋｂ
以上１００Ｋｂ以下の超高圧雰囲気下で４００℃以上の
温度に加熱して、焼結することを特徴とする、 一般式：Ａ＿１＿＋＿ｘＣｕ＿ｙＯ＿ｚ 〔但し、Ａは周期律表第IIIａ族元素もしくはランタノ
イド系またはアクチノイド系の元素から選択された１種
もしくは２種以上の元素であり、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ
次の式を満足する数である。 ０≦ｘ≦２、 ０≦ｙ−５／６ｘ＜１／２ ｚ＝３＋２／３ｘ−ｙ〕 で示される複合酸化物焼結体からなる超電導材料の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63073951A JPS643012A (en) | 1987-03-27 | 1988-03-28 | Superconducting material and production thereof |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7313787 | 1987-03-27 | ||
| JP62-73137 | 1987-03-27 | ||
| JP63073951A JPS643012A (en) | 1987-03-27 | 1988-03-28 | Superconducting material and production thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH013012A true JPH013012A (ja) | 1989-01-06 |
| JPS643012A JPS643012A (en) | 1989-01-06 |
Family
ID=26414294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63073951A Pending JPS643012A (en) | 1987-03-27 | 1988-03-28 | Superconducting material and production thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS643012A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63260820A (ja) * | 1987-04-20 | 1988-10-27 | Agency Of Ind Science & Technol | 超電導体 |
| JP4861290B2 (ja) * | 2007-10-30 | 2012-01-25 | 日本電信電話株式会社 | 超伝導体及びその製造方法 |
| JP5565680B2 (ja) * | 2010-04-09 | 2014-08-06 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 硫化ガドリニウム型構造酸化イットリウム及びその製造方法 |
| CN104576914B (zh) * | 2015-01-26 | 2017-07-28 | 北京大学 | MgB2/BN/MgB2约瑟夫森结及其制备方法 |
| CN114634358A (zh) * | 2022-03-09 | 2022-06-17 | 北京航空航天大学 | 一种铜基氧化物热电材料的制备方法 |
-
1988
- 1988-03-28 JP JP63073951A patent/JPS643012A/ja active Pending
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