[發明專利]一種碳化鈣超導線材的制備方法

在審

• 申請號: 202110696491.8
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113421711A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 唐靜
• 申請（專利權）人: 陜西國際商貿學院
• 主分類號: H01B12/02
• 分類號: H01B12/02
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 馬小燕

本發明公開了一種碳化鈣超導線材的制備方法，該方法包括：一、將石墨烯粉末和鈣粒放置于球磨罐中，在通入高純氬氣保護的條件下進行球磨，得到石墨烯和鈣的混合物；二、將混合物置于手套箱中并裝入鈮管或銅管中，然后進行一次拉拔，得到單芯線材，將單芯線材截斷后二次組裝入鈮包套管或銅包套管，再經二次拉拔，得到多芯線材；三、將多芯線材進行熱處理，得到碳化鈣超導線材。本發明將石墨烯與鈣球磨混合后采用集束裝管法拉拔再進行熱處理反應，不僅保證了裝管粉末良好的流動性，還減少了石墨烯片層與鈣的反應路徑，降低了鈣插層進入石墨烯片層中形成碳化鈣超導體的難度，改善了碳化鈣超導體的超導性能。

技術領域

本發明屬于超導材料技術領域，具體涉及一種碳化鈣超導線材的制備方法。

背景技術

碳基超導體是超導領域研究中一類重要的超導材料，通過對碳基超導材料的研究，有利于更深入認識超導機理本質。碳基超導材料主要包含金剛石、石墨、足球烯、碳納米管等，在雜質摻雜后都表現出超導性。近期，“魔角”石墨烯結構中出現超導電性，使得石墨烯和超導材料研究成為新材料領域的研究熱點之一。美國麻省理工的研究人員采用兩層石墨烯以1°左右的“魔角”差異組合，通過靜電門調控載流子濃度，成功實現了能帶半滿填充狀態下的絕緣體，繼而實現1.7K的超導電性，這對于高溫超導機理研究有著重要的啟示。相比其他碳基超導體，碳化鈣的臨界轉變溫度高，具有更重要的研究意義。傳統方法采用石墨和鈣金屬混合反應，鈣插層進入石墨中形成超導體，但是金屬插層難度較大，很難獲得飽和插層的樣品，碳化鈣的超導性能降低。同時傳統方法較難獲得較大尺寸的樣品，不利于開展應用研究和理論研究。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種碳化鈣超導線材的制備方法。該方法將石墨烯與鈣球磨混合后采用集束裝管法拉拔再進行熱處理反應，不僅保證了裝管粉末良好的流動性，還減少了石墨烯片層與鈣的反應路徑，降低了鈣插層進入石墨烯片層中形成碳化鈣超導體的難度，改善了碳化鈣超導體的超導性能。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：一種碳化鈣超導線材的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、將石墨烯粉末和鈣粒放置于球磨罐中，在通入高純氬氣保護的條件下進行球磨，得到石墨烯和鈣的混合物；所述混合物中石墨烯和鈣的原子比為1:0.2～2；

步驟二、將步驟一中得到的混合物置于手套箱中并裝入鈮管或銅管中，然后進行一次拉拔，得到單芯線材，將單芯線材截斷后二次組裝入鈮包套管或銅包套管，再經二次拉拔，得到多芯線材；

步驟三、將步驟二中得到的多芯線材進行熱處理，得到碳化鈣超導線材。

本發明以石墨烯為碳原料與鈣粒進行球磨混合均勻，促進了石墨烯片層與鈣的充分緊密接觸，且兩者間隙縮小，形成致密的混合粉體結構，提高了混合物的潤滑性；然后采用粉末裝管工藝結合集束拉拔工藝，將混合物裝管后加工成多芯線材再進行熱處理，由于混合物中石墨烯片層和鈣的間隙較小，減少了石墨烯片層與鈣的反應路徑，且反應空間狹小，有利于鈣插層進入石墨烯片層中形成碳化鈣超導體，提高了碳化鈣超導體的純度，而拉拔工藝在使線材拉長減徑的同時進一步促進了混合物中石墨烯片層與鈣的緊密接觸，從而有利于形成碳化鈣超導體，同時混合物的潤滑性提高，在鈮管或銅管中流動性較好，使得混合物的石墨烯片層之間實現搭接，經熱處理后提高碳化鈣的晶粒連接性能，得到連續的碳化鈣超導體。在上述綜合作用下，本發明原料中的鈣插層進入石墨烯片層中形成碳化鈣超導體，降低了鈣插層難度，有利于獲得飽和插層的碳化鈣超導體，提高了碳化鈣超導體的純度，且提高碳化鈣的晶粒連接性能，改善了碳化鈣超導體的超導性能。