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JP2806071B2 - 酸化物超伝導体の製造方法 - Google Patents
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JP2806071B2 - 酸化物超伝導体の製造方法 - Google Patents

酸化物超伝導体の製造方法

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JP2806071B2
JP2806071B2 JP3092792A JP9279291A JP2806071B2 JP 2806071 B2 JP2806071 B2 JP 2806071B2 JP 3092792 A JP3092792 A JP 3092792A JP 9279291 A JP9279291 A JP 9279291A JP 2806071 B2 JP2806071 B2 JP 2806071B2
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浩史 山本
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  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は酸化物超伝導体の製造方
法に関し、詳細には超伝導転移温度(以下Tcという)
の高温化を図ることのできる酸化物超伝導体の製造方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】La−Ba−Cuの酸化物が超伝導特性
を示すことが明らかにされて以来、酸化物超伝導体はNb
3Sn に代表される金属間化合物超伝導体で実現されてい
たTcを飛躍的に上昇させるものとして注目を受け、こ
れまでにTc90K級のY−Ba−Cu系酸化物超伝導
体(以下Y系と略すこともある)、Tc110K級のB
i−Sr−Ca−Cu系酸化物超伝導体(以下Bi系と
略すこともある)やTc120K級のTl−Ba−Ca
−Cu系酸化物超伝導体(以下Tl系と略すこともあ
る)が知られている。
【0003】例えばBi系はBi,Sr,Ca,Cuの
組成比によってTcが異なり、上記組成比が例えば2:
2:2:3である場合(以下高温相という)には105
〜110K程度のTcを示すが、上記組成比が例えば
2:2:1:2である場合(以下低温相という)ではT
cが75〜80K程度となり、これまで行なわれている
一般的な製造条件下では上記高温相と低温相が混在し易
く高温相の単相化は技術的に困難であるとされている。
【0004】またBi系酸化物超伝導体のBiの一部を
Pbで置換することが高温相の生成促進に有効である事
が知られているが、Tcの改善に作用するものではな
い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであって、酸化物超伝導体のTcを
高温化することのできる超伝導材料の製造方法を提供し
ようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成した本発
明に係る酸化物超伝導体の製造方法とは、酸化物超伝導
体製造工程における中間生成物又は超伝導特性を示すに
至ったものを、2個以上のエノール性水酸基を有する化
合物,脂環式多価アルコール化合物又は無機系還元性化
合物のうちいずれかを含有する溶液で処理することを要
旨とするものである。
【0007】
【作用】酸化物超伝導体は層状ペロブスカイト構造を有
しており、該構造中に形成されたホール(正孔)または
一部のものでは電子が超伝導のキャリアーとなり超伝導
特性を支配していることが知られている。
【0008】本発明者らは超伝導キャリアー密度とTc
の関係を鋭意研究する中で、キャリアー密度に変化を与
える方法として、酸化物超伝導体製造工程における中間
生成物又は超伝導特性を示すに至ったものを、還元性を
有する化合物のうち特に2個以上のエノール性水酸基を
有する化合物,脂環式多価アルコール化合物又は無機系
還元性化合物のいずれかを含有する溶液で処理すると、
Tcの高温化に有効に作用するとの知見を得て、本発明
に想到した。
【0009】上記Tcの高温化について十分解明された
わけではないが、酸化物超伝導体の場合Tcの変化がし
ばしばペロブスカイト構造のC軸長の変化と相関性を持
つ例が知られており、本発明方法の効果は後述するよう
にC軸長の変化としても明確に表われている。但し還元
性を有する化合物であれば全て本発明方法に適用できる
ものではなく、還元能は強すぎても弱すぎてもTcの高
温化につながらず、適度の還元力を持つエノール性のO
H基を2つ以上有する化合物、脂環式多価アルコール化
合物または無機系還元性化合物のいずれかに限定され
る。
【0010】上記2個以上のエノール性水酸基を有する
化合物としては、ヒドロキノン、ヒドロトルキノン、カ
テコール、ピロガロール、フロログルシノール、1,
2,4−ベンゼントリオール、ジヒドロキシナフタレン
類、ジヒドロキシアントラセン類等が例示できる。
【0011】脂環式多価アルコール化合物としては、シ
クロペンタンジオール、シクロヘキサンジオール、シク
ロヘキサジエンジオール等が挙げられる。
【0012】無機系還元性化合物としては金属水素錯化
合物である水素化ホウ素ナトリウム、水素化アルミニウ
ムリチウム等やヒドラジン,ジイミド等が例示でき、水
素化ホウ素ナトリウムはNaBH4, Na2B2H6, Na2B4H10,Na
2B5H9等関連化合物のいずれであってもよい。
【0013】尚本発明の製造方法に用いることのできる
酸化物超伝導体は、形状の如何によって限定されるもの
ではなく、粉末状,バルク状,線材,薄膜等いずれであ
ってもよい。さらにバルク状の酸化物超伝導体を製造す
るにあたっては原料粉末を混合した後、乾燥して成形
し、予備焼結を行なって前駆体とし、さらに1回または
2回以上の焼結を行なって酸化物超伝導体を製造する方
法が一般的であるが、上記前駆体以降の中間生成物を本
発明の製造方法に適用してもよい。
【0014】以下バルク状の酸化物超伝導体を製造する
場合を代表的にとりあげて、本発明に係る製造方法を説
明する。
【0015】まず酸化物超伝導体を構成する金属元素は
少なくともBi,Sr,Ca,Cuを含むことが好まし
く、Biの一部をPbで置換したものや、Srの一部を
Laで置換したもの等であってもよい。上記金属元素を
供給するための原料化合物は特に限定されず、酸化物の
ほか炭酸塩,硝酸塩,硫酸塩等の無機酸塩や、酢酸塩,
しゅう酸塩等の有機酸塩又はアルコキシド化合物や錯化
合物等が適用可能である。
【0016】また混合方法についても特に限定されず、
例えば機械的混合,均一溶液化法,共沈法等の公知の方
法から化合物の種類や物性により適宜選択すればよい。
【0017】原料化合物からなる混合物は必要に応じて
乾燥させた後焼成を行なう。焼成は粉砕成形工程を間に
はさんで2回以上行なうことが好ましく、最終焼成温度
は800℃以上が好ましい。
【0018】本発明に特徴的な製造方法は、焼成した成
形品を用いて、還元性を有する化合物のうち、特に2個
以上のエノール性水酸基を有する化合物、脂環式多価ア
ルコール化合物又は無機系還元性化合物のうちいずれか
を有する溶液(以下処理液ということもある)で処理す
ることにあり、その後乾燥すればよい。上記処理方法と
しては前記成形品を処理液に浸漬する方法が好ましく、
その他処理液を断続的又は連続的にふりかける方法等で
あってもよい。
【0019】また上記処理液を構成する溶媒は、超伝導
体の安定性の面から非水溶媒が好ましく、メタノールや
トルエン等が例示できる。
【0020】本発明の製造方法は上記処理液の濃度、処
理時間や温度を限定するものではないが、均質なものを
製造するには処理液の濃度を0.1Mあるいはそれ以下
として一定時間処理することが望ましく、室温において
処理を行う場合は1時間以上処理することが好ましい。
処理後必要に応じてメタノール等の溶媒により洗浄を行
ない、乾燥させる。乾燥条件は特に制約されないが、低
温での通風によるおだやかな乾燥が好ましい。
【0021】以上の工程を経て製造された酸化物超伝導
体は、従来の製造方法による酸化物超伝導体に比較して
大幅なTcの向上という変化を示すものである。さらに
本発明の製造方法による明確な変化は、Tc以外にも層
状ペロブスカイト構造におけるC軸方向の長さ(以下C
軸長という)の変化としてあらわれており、処理に伴う
結晶構造及び電子構造の変化がTcの向上をもたらした
ものと考えられる。
【0022】
【実施例】実施例1,比較例1〜3 Bi(NO3)3・5H2O, Sr(NO3)2, Ca(NO3)2・4H2O, Cu(NO3)2・3
H2O の市販試薬(和光純薬製、純度99.9%)を用いて、
金属原子比がBi2Sr2Ca1Cu2となるように秤取し、加熱し
ながら混合撹拌を行ない、上記硝酸塩を徐々に融解して
均一液とした。該均一液を230℃の乾燥器中で20時
間乾燥した後、大気中800℃で10時間焼成して前駆
体を得た。この前駆体を粉砕した粉末を、直径約15m
m,厚さ約2mmの円盤状に加圧成形し、大気中820℃
で20時間焼成した。この段階で得られた成形品は従来
の低温相のBi系酸化物超伝導体であり、これは比較例
1の試験片とした。
【0023】上記成形品をヒドロキノンの0.1 Mトルエ
ン溶液に室温で6時間浸漬し、ぬき出した後メタノール
で1時間洗浄を行ない、その後大気通風下室温で乾燥し
て実施例1の試験片を得た。
【0024】またベンゾキノンの0.1 Mメタノール溶液
のかわりにトルエンまたはメタノールを用いる以外は実
施例1と同様にして比較例2及び比較例3の試験片を得
た。
【0025】上記試験片を通常の四端子法により超伝導
転移開始温度(以下Tconsetという)及びゼロ抵抗温
度(以下Tc0という)を測定した。さらにX線回折に
より層状ペロブスカイト構造のC軸長を求めた。結果は
表1に示す。
【0026】実施例2 ヒドロキノンのかわりに、ヒドロトルキノンを用いた以
外は実施例1と同様にして試験片を得、Tconset,T
0及びC軸長を測定した。結果は表1に示す。
【0027】実施例3〜6 ヒドロキノンの0.1 Mトルエン溶液のかわりに、カテコ
ール,ピロガロール、1,4−ジヒドロキシナフタレン
又は3,5−シクロヘキサジエン−1,2−ジオールの
0.1 Mメタノール溶液を用いた以外は実施例1と同様に
して試験片を得、Tconset,Tc0及びC軸長を測定し
た。結果は表1に併記する。
【0028】実施例7,比較例4 Bi(NO3)3・5H2O, Pb(NO3)2, Sr(NO3)2,Ca(NO3)2・4H2O, C
u(NO3)2・3H2Oの市販試薬(和光純薬製、純度99.5%)を
用いて、金属原子比がBi1.5Pb0.5Sr2Ca2Cu3となるよう
に秤取し、加熱しながら混合撹拌を行ない、上記硝酸塩
を徐々に融解して均一液とした。該均一液を230℃の
乾燥器中で20時間乾燥した後、大気中800℃で10
時間焼成して前駆体を得た。この前駆体を粉砕した粉末
を、直径約15mm,厚さ約2mmの円盤状に加圧成形し、
酸素分圧0.5 気圧の雰囲気下840℃で150時間焼成
した。この段階で得られた成形品は従来の高温相のBi
系酸化物超伝導体であり、これは比較例4の試験片とし
た。
【0029】上記成形品をヒドロキノンの0.1 Mメタノ
ール溶液に室温で6時間浸漬し、ぬき出した後メタノー
ルで1時間洗浄を行ない、その後大気通風下室温で乾燥
して実施例7の試験片を得た。
【0030】上記2種の試験片についてTconset,T
0及びC軸長を測定した。結果は表1に併記する。
【0031】
【表1】
【0032】実施例8 比較例1の試験片とした成形品を、ヒドロキノンの0.1
Mトルエン溶液に6時間浸漬するかわりに、NaBH4の0.1
Mメタノール溶液に24時間浸漬させた以外は実施例
1と同様にして試験片を得、Tconset,Tc0及びC軸
長を測定した。結果は表2に示す。
【0033】実施例9 比較例1の試験片とした成形品を、ヒドロキノンの0.1
Mトルエン溶液に6時間浸漬するかわりに、ヒドラジン
(NH2NH2)の0.01Mメタノール溶液に6時間浸漬させた以
外は実施例1と同様にして試験片を得、Tconset,T
0及びC軸長を測定した。結果は表2に示す。
【0034】実施例10 比較例1の試験片とした成形品を、ヒドロキノンの0.1
Mトルエン溶液に6時間浸漬するかわりに、LiAlH4の0.
01MTHF溶液に24時間浸漬させた以外は実施例1と
同様にして試験片を得、Tconset,Tc0及びC軸長を
測定した。結果は表2に併記する。
【0035】実施例11 比較例の試験片とした成形
品を、ヒドロキノンの0.1 Mトルエン溶液に6時間浸漬
するかわりに、NaBH4の0.1 Mメタノール溶液に24時
間浸漬させた以外は実施例と同様にして試験片を得、
Tconset,Tc0及びC軸長を測定した。結果は表2に
併記する。
【0036】
【表2】
【0037】以上の結果から本発明の製造方法によれば
低温相のBi系酸化物超伝導体に対しては、Tcを10
K程度高温化することが可能であり、また高温相のBi
系酸化物超伝導体ではTcを5K程度高温化できること
がわかる。
【0038】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されているの
で、酸化物超伝導体のTcを高める製造方法が提供でき
ることとなった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C01G 1/00 - 57/00 H01L 39/00 - 39/24 H01B 12/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化物超伝導体製造工程における中間生
    成物又は超伝導特性を示すに至ったものを、2個以上の
    エノール性水酸基を有する化合物,脂環式多価アルコー
    ル化合物又は無機系還元性化合物のうちいずれかを含有
    する溶液で処理することを特徴とする酸化物超伝導体の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 中間生成物又は超伝導特性を示すに至っ
    たものが、少なくともBi,Sr,Ca及びCuを含有
    する酸化物である請求項1記載の酸化物超伝導体の製造
    方法。
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