[發明專利]采用離子置換法制備122體系超導材料的方法

有效

• 申請號: 201210410761.5
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN103771862A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 黃富強;陳海杰;方愛華;謝曉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/547;C04B35/515
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 郭輝

技術領域

本方法涉及一種利用離子置換法制備122體系超導材料的方法，利用本方法能夠實現對122體系超導材料的可控摻雜，可用來制備常規固相法沒有辦法制備的超導材料。本方法制備成本低，操作過程簡單。

背景技術

超導材料自發現以來就一直是學術界的研究熱點之一，努力提升超導材料的臨界轉變溫度Tc是超導研究的方向之一。對銅基超導體的研究把Tc提高到了液氮溫度以上，使得超導材料實用化成為可能。2008年發現的鐵基超導材料另外一類高溫超導體，在Fe主導的體系中發現超導電性，顛覆了傳統認為磁性和超導電性相互競爭所以在磁性主體元素中難以實現超導的觀點，因此這一發現立即引起了關注。與銅基超導體相比，鐵基超導材料具有更高的臨界磁場和更大的臨界電流密度，并且各向異性小，易于加工，具有更好的應用前景。

目前制備鐵基超導材料的主要方法是傳統的固相燒結法，該方法需要升溫到較高溫度并反應較長時間，能耗大，周期長，增加了超導材料的制備成本。另外，固相燒結法存在一定的局限性，有些材料用普通的固相方法難以合成，比如LiFeO₂材料，可以通過Li⁺置換層狀NaFeO₂來制備。離子置換法是合成層狀化合物體系的有效方法，通過類似的方法可以在K_xFe₂Se₂體系中離子置換得到Li、Na等堿金屬插層的A_xFe₂Se₂體系的超導材料。K_xFe₂Se₂體系的超導材料用傳統的固相法可較容易制備出，但與之對應的Na_xFe₂Se₂、LixFe₂Se₂等超導材料用固相法制備不出來。另外，該方法也可應用在其他類型的超導材料中，如Ni基超導。

發明內容

本發明目的在于制備出新型的用傳統固相法制備不出的超導材料，為此，本發明提供了一種采用離子置換法制備122體系超導材料的方法，所述方法包括：

(1)通過傳統固相法制備出122體系超導材料的母體材料；

(2)將置換劑和所述母體材料混合，形成均勻混合物；

(3)加熱所述均勻混合物至高于置換劑熔點的溫度反應5小時-20小時；和

(4)冷卻后溶于溶劑中，除去雜質，由此制得122體系超導材料；

其中，所述溶劑對雜質可溶，但對122體系超導材料不可溶。

在本發明一個實施方式中，所述母體材料為AB₂X₂體系，其中，A為堿金屬或堿土金屬，X為As、P或Se，B為Fe或Ni。

在本發明一個實施方式中，當A為堿金屬和堿土金屬時，所述堿金屬和堿土金屬互摻雜，摻雜量為0～1.00；稀土元素摻雜A位，摻雜量為0.05～0.50；Co摻雜B位，摻雜量為0.02～0.30。

在本發明一個實施方式中，所述置換劑為包含摻雜元素的低熔點化合物或者單質。

在本發明一個實施方式中，所述置換劑選自NaI、KI、NaF、Na、Li、Ba、Mg、NaBr中的一種或多種。

在本發明一個實施方式中，所述溶劑是易將置換劑溶解、并且不與超導材料反應的溶液。

在本發明一個實施方式中，所述溶劑選自丙酮、液氨、乙醇或水。

在本發明中，所述采用離子置換法制備超導材料的方法適用于122體系的超導材料，具體實施如下：

(A)材料制備

對于122體系超導材料A_xB₂C₂，A為堿金屬或堿土金屬，B為Fe、Ni，C為As、P、Se。堿金屬和堿土金屬互摻雜（摻雜量為0.05～1.00）、稀土元素摻雜A位（摻雜量為0.05～0.5）、Co摻雜B位（摻雜量為0.02～0.50）均可以誘導出超導性。其原料可以是A、Ln、Fe、Ni、Co、As、AX、A₂X、LnX、FeX（X=As、P、Se）、Fe₂X（X=As、P、Se）、AFe₂As₂等等。將所制得超導體跟置換劑按照一定摩爾比稱量、混合并研磨均勻后封裝于惰性氣體氣氛（如Ar）或者真空封閉體系（如石英管）中在合適溫度下反應一定時間，冷卻后加入合適溶劑除去雜質，干燥后得到最終樣品。

(B)樣品表征