[發明專利]一種高溫超導材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200810023637.7
• 申請日: 2008-04-11
• 公開（公告）號: CN101265099A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 陳仙輝;吳濤;吳剛;劉榮華;陳紅;房岱峰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C04B35/50
• 分類號: C04B35/50;C04B35/622;H01B12/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 何梅生

一、技術領域

本發明涉及一種超導材料及其制備方法，特別涉及一種高溫超導材料及其制備方法，確切地說是一種化學式為SmO_1-xF_xFeAs(0≤x≤0.4)高溫超導材料及其制備方法。

二、背景技術

超導現象于1911年由荷蘭人昂納斯教授發現，至今已有近百年的歷史。當一種材料進入超導狀態時，主要表現出兩種特征現象：一個是零電阻現象，另一個是完全排磁通現象。正是由于超導體具有以上兩種特性，使其應用前景非常廣泛，例如利用其零電阻特性可以制成強磁場線圈以提供強磁場，超導磁體的應用范圍也很廣泛，如在固體物理研究、高能物理、受控核聚變反應堆、發電機、電動機、變壓器、磁流體發電機、電磁推進裝置以及醫學人體核磁共振成像裝置等許多方面，而完全排磁通現象也已經應用于磁懸浮列車中。如此廣泛的應用前景使得人們對其機理和應用的研究的熱情空前高漲。但是，在超導材料的應用方面，傳統超導體的臨界溫度都比較低(＜23K)，這成為限制其應用的不利因素。而在超導理論方面，著名的BCS超導理論也預言了超導體的臨界溫度不會超過40K，這對于超導現象的應用無疑是雪上加霜。

1986年，瑞士蘇黎世IBM研究室學者J.G.Bednorz和K.A.Muller共同發現高臨界溫度的銅氧化合物超導體，其超導溫度達到35K(-238℃)，并且在隨后的相關研究中發現在該類銅氧化合物材料中其超導溫度最高可達到130K(-143℃)，該溫度已經突破了液氮溫度(77K)。正是由于高溫超導銅氧化合物的發現，使得人們再一次看到了“室溫超導”的可能性，并且其對傳統的超導理論也帶來巨大的沖擊。高溫超導銅氧化合物的發現到現在也已經有二十多年的歷史了，到目前為止，該類材料是唯一的超導臨界溫度突破40K的超導材料。但是其超導的機理仍然懸而未決，并且最大超導臨界溫度也停滯在130K。現在，人們正在努力探索新的高溫超導體，目的是進一步提高超導臨界溫度，并且為超導的機理研究帶來更多的可用的信息。

最近，東京工業大學界面研究中心教授細野秀雄等2008年2月18日宣布，在含鐵的氧磷族元素化合物(LaOFeAs)中發現了超導電性，其最高臨界溫度為32K(-241.15℃)。這無疑又是一次對超導科學界的沖擊，人們正期待在該類材料中能發現更高的超導臨界材料。

三、發明內容

本發明借鑒LaOFeAs這一超導材料，旨在提供一種超導臨界溫度(Tc)更高的新的超導材料，所要解決的技術問題是遴選新的稀土元素取代鑭(La)并進行摻雜，同時構建相應的制備方法。

本發明所稱的高溫超導材料是化學式為SmO_1-xF_xFeAs，所示的化合物，其臨界超導溫度Tc為0～53K，式中X取自0～0.4。

本高溫超導材料的制備方法是先制備前驅物，再制備目標物，包括混合、焙燒和冷卻，所述的前驅物為砷化釤(SmAs)，取純度99.99％的Sm粉和純度99.99％的As粉，在無氧和水分含量小于或等于1ppm的氣氛中研磨混合均勻，壓制成片置于容器中，然后在真空度小于或等于10^-3Pa的條件下升溫至500～650℃焙燒3～10小時，再繼續升溫至800～950℃焙燒5～10小時，最后冷卻出料。用前驅物同三氟化釤(SmF₃)、鐵(Fe)、砷(As)和氧化鐵(Fe₂O₃)制備目標物，具體方法是將SmAs粉同純度99.99％的SmF₃粉和純度98％的Fe粉，純度99.99％的As粉以及純度99％的Fe₂O₃粉按比例在無氧和水分含量小于或等于1ppm的氣氛中研磨混合均勻并壓制成片，包覆鉭(Ta)膜片后置于容器中，在真空度小于或等于10^-3Pa的條件下升溫至1000～1200℃焙燒40～60小時，再降至室溫，剝離Ta膜便得到目標物。所述的按比例是指各原料的摩爾比，即SmAs∶SmF₃∶Fe∶Fe₂O₃∶As＝(1-x)/3∶x/3∶(1+2x)/3∶(1-x)/3∶x/3，式中X取自0-0.4，所述的升溫和降溫是按1～8℃/min的速率升溫和降溫，優選2～6℃/min.