JP2838312B2 - 酸化物超伝導物質 - Google Patents
酸化物超伝導物質Info
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- JP2838312B2 JP2838312B2 JP2110145A JP11014590A JP2838312B2 JP 2838312 B2 JP2838312 B2 JP 2838312B2 JP 2110145 A JP2110145 A JP 2110145A JP 11014590 A JP11014590 A JP 11014590A JP 2838312 B2 JP2838312 B2 JP 2838312B2
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は酸化物超伝導物質に関する。
［従来の技術とその問題点］ 超伝導状態とは抵抗がゼロとなり、電流を損失するこ
と無く流すことのできる状態であり、この性質は強磁場
発生装置や高効率のエネルギー変換装置、電子デバイス
など産業上多岐にわたって利用することのできるもので
ある。
と無く流すことのできる状態であり、この性質は強磁場
発生装置や高効率のエネルギー変換装置、電子デバイス
など産業上多岐にわたって利用することのできるもので
ある。
近年、液体窒素の温度より高い温度での超伝導性を求
めて、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系（以下Ｙ系と略称）、Bi−Sr−
Ca−Cu−Ｏ系（以下Bi系と略称）、Tl−Ba−Cu−Ｏ系
（以下Tl系と略称）等の、Cu−Ｏを含む多元系酸化物を
利用した多くの研究が行われている。
めて、Ｙ−Ba−Cu−Ｏ系（以下Ｙ系と略称）、Bi−Sr−
Ca−Cu−Ｏ系（以下Bi系と略称）、Tl−Ba−Cu−Ｏ系
（以下Tl系と略称）等の、Cu−Ｏを含む多元系酸化物を
利用した多くの研究が行われている。
これらの系では、いままでのところ、抵抗がゼロにな
る臨界温度（Tc）は、Ｙ系は約90K、Bi系は約110K、Tl
系は約130Kであることが確認されている。近時、これら
の系の構成元素を部分的に他の元素に置換することによ
り更に高いTcを持つものを求めることが試みられている
が、いまのところ上述のTcよりも高い温度で超伝導性を
示す物質は得られていない。
る臨界温度（Tc）は、Ｙ系は約90K、Bi系は約110K、Tl
系は約130Kであることが確認されている。近時、これら
の系の構成元素を部分的に他の元素に置換することによ
り更に高いTcを持つものを求めることが試みられている
が、いまのところ上述のTcよりも高い温度で超伝導性を
示す物質は得られていない。
従来の酸化物超伝導体であるＹ系、Bi系、Ti系にはそ
れぞれ次のような問題がある。
れぞれ次のような問題がある。
Ｙ系の場合、このものは水等に対して不安定で、かつ
希土類元素は比較的供給量が少なく高価であり、得られ
る超伝導体の価格は必然的に増大する。
希土類元素は比較的供給量が少なく高価であり、得られ
る超伝導体の価格は必然的に増大する。
Bi系の超伝導体は、結晶構造的に３種の相を持つもの
が知られているが、これらの相は一般の作製条件では混
相になりやすく、高いTcを示す相の単相化は、作製条件
を厳密に制御しなければならず工業的に問題となる。
が知られているが、これらの相は一般の作製条件では混
相になりやすく、高いTcを示す相の単相化は、作製条件
を厳密に制御しなければならず工業的に問題となる。
Tl系の場合には、特にTlが人体に害を及ぼす危険性が
有り、実用化には難があると思われる。また、これらの
酸化物系超伝導体は４元系以上の酸化物であり、構成元
素の多さにより、組成の調整、焼成温度等の作製条件の
適正化が難しいものとなっている。加えて、従来の酸化
物超伝導体の超伝導機構においては、Cu−Ｏ層がその超
伝導性に関与しているものと考えられており、Cu−Ｏ層
を持った酸化物超伝導体においては、Tcの大幅な上昇は
限界に近付いていると考えられ、新しい超伝導機構によ
る新規超伝導物質が期待されている。
有り、実用化には難があると思われる。また、これらの
酸化物系超伝導体は４元系以上の酸化物であり、構成元
素の多さにより、組成の調整、焼成温度等の作製条件の
適正化が難しいものとなっている。加えて、従来の酸化
物超伝導体の超伝導機構においては、Cu−Ｏ層がその超
伝導性に関与しているものと考えられており、Cu−Ｏ層
を持った酸化物超伝導体においては、Tcの大幅な上昇は
限界に近付いていると考えられ、新しい超伝導機構によ
る新規超伝導物質が期待されている。
［問題点を解決するための手段］ 本発明者等は、鋭意検討を行った結果、少なくともNb
を構成成分としかつNbと他の元素との成分比がある範囲
の酸化物が超伝導性を示す物質であることを見出し本発
明を完成するに至った。即ち本発明は、NbとＭ（ただし
ＭはCa、Sr、Baより選ばれる少なくとも一種以上の元素
である）および酸素より構成され、NbとＭのモル数の比
（Nb/M）が0.2〜10である酸化物超伝導物質に関するも
のである。
を構成成分としかつNbと他の元素との成分比がある範囲
の酸化物が超伝導性を示す物質であることを見出し本発
明を完成するに至った。即ち本発明は、NbとＭ（ただし
ＭはCa、Sr、Baより選ばれる少なくとも一種以上の元素
である）および酸素より構成され、NbとＭのモル数の比
（Nb/M）が0.2〜10である酸化物超伝導物質に関するも
のである。
本発明の超伝導物質は、従来のＹ系、Bi系、Tl系酸化
物超伝導体と異なり、Cuを含んでいないため、従来の酸
化物超伝導体の超伝導機構の重要な因子と思われている
Cu−Ｏ層が存在していない。このことは、従来の酸化物
超伝導体と異なった機構により超伝導状態になっている
とを伺わせ、必然的に従来の酸化物超伝導体と異なった
特性（臨界温度，臨界磁場，臨界電流等）を持つことが
期待されるものである。
物超伝導体と異なり、Cuを含んでいないため、従来の酸
化物超伝導体の超伝導機構の重要な因子と思われている
Cu−Ｏ層が存在していない。このことは、従来の酸化物
超伝導体と異なった機構により超伝導状態になっている
とを伺わせ、必然的に従来の酸化物超伝導体と異なった
特性（臨界温度，臨界磁場，臨界電流等）を持つことが
期待されるものである。
次に本発明を、その製造法の例も併せて更に詳述す
る。
る。
本発明を製造する際の原料としては、本発明を構成す
る各元素の単体の他に、構成元素群から選択された少な
くとも一種以上の元素の酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸
塩または蓚酸塩を使用することができるが、特に純度、
調整の容易さから考えると、酸化物および炭酸塩が好ま
しい。また、原料として炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩または
蓚酸塩を使用した場合には、焼成に先立って仮焼を実施
し、これらに含まれる炭素、硫黄、窒素等を除去するこ
とが望ましい。
る各元素の単体の他に、構成元素群から選択された少な
くとも一種以上の元素の酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸
塩または蓚酸塩を使用することができるが、特に純度、
調整の容易さから考えると、酸化物および炭酸塩が好ま
しい。また、原料として炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩または
蓚酸塩を使用した場合には、焼成に先立って仮焼を実施
し、これらに含まれる炭素、硫黄、窒素等を除去するこ
とが望ましい。
本発明の酸化物超伝導物質は、例えば、以下の方法に
よって作製することができる。
よって作製することができる。
原料としてNb及びＭ（ただし、ＭはCa、Sr、Baより選
ばれる少なくとも一種以上の元素である）の酸化物また
は炭酸塩を用い、まず、それぞれの原料粉末を所定量秤
量し混合する。この際、ＭとNbのモル比が本発明で限定
した範囲となるように秤量し用いるのが好ましいが、後
で行う焼成による組成のズレを考慮して、組成を調整す
ることも好ましい。
ばれる少なくとも一種以上の元素である）の酸化物また
は炭酸塩を用い、まず、それぞれの原料粉末を所定量秤
量し混合する。この際、ＭとNbのモル比が本発明で限定
した範囲となるように秤量し用いるのが好ましいが、後
で行う焼成による組成のズレを考慮して、組成を調整す
ることも好ましい。
本発明では、NbとＭのモル数の比（Nb/M）が0.2〜10
であることが必須である。このモル比が0.2より小では
半導体的な挙動を示す酸化物が得られ、また同比が10よ
り大では、金属的な酸化物は得られるが、超伝導性を持
つものは得られない。更に、本発明を構成するNbは、そ
の全部または一部が４価のNbで構成されていることが好
ましく、これは、後述の方法で得られ、得られたものの
色相（黒）で４価のNbで構成されていることが確認でき
る。
であることが必須である。このモル比が0.2より小では
半導体的な挙動を示す酸化物が得られ、また同比が10よ
り大では、金属的な酸化物は得られるが、超伝導性を持
つものは得られない。更に、本発明を構成するNbは、そ
の全部または一部が４価のNbで構成されていることが好
ましく、これは、後述の方法で得られ、得られたものの
色相（黒）で４価のNbで構成されていることが確認でき
る。
NbとＭとの混合粉末を加圧し圧粉体とした後、非酸化
性雰囲気中にて温度700〜1500℃、保持時間１〜100時間
の条件で熱処理を行う。ここで言う非酸化性雰囲気は、
具体的には、還元雰囲気、不活性雰囲気、真空状態等で
ある。前記した保持温度、保持時間は試料の大きさ、原
料の混合比などにより、適当に選択するが、保持温度
は、700℃未満では固相反応が不十分なため均一な組成
のものが得られ難く、1500℃より高い温度では原料が一
部溶融する可能性がある。更に好ましい保持温度好は90
0〜1300℃である。
性雰囲気中にて温度700〜1500℃、保持時間１〜100時間
の条件で熱処理を行う。ここで言う非酸化性雰囲気は、
具体的には、還元雰囲気、不活性雰囲気、真空状態等で
ある。前記した保持温度、保持時間は試料の大きさ、原
料の混合比などにより、適当に選択するが、保持温度
は、700℃未満では固相反応が不十分なため均一な組成
のものが得られ難く、1500℃より高い温度では原料が一
部溶融する可能性がある。更に好ましい保持温度好は90
0〜1300℃である。
焼成物の組成を均一にするために、焼成後の試料をあ
る程度の粒度に粉砕した後、再び焼成することが好まし
い。
る程度の粒度に粉砕した後、再び焼成することが好まし
い。
上述の製造方法では、原料粉末をそのまま混合して所
定の組成比に調整する場合について説明したが、沈澱法
により所定の組成比の蓚酸塩、クエン酸塩等のカルボン
酸塩として沈澱させ焼成原料を調整しこれを用いて前記
した方法で焼成することによっても、本発明の酸化物超
伝導物質を得ることが可能である。
定の組成比に調整する場合について説明したが、沈澱法
により所定の組成比の蓚酸塩、クエン酸塩等のカルボン
酸塩として沈澱させ焼成原料を調整しこれを用いて前記
した方法で焼成することによっても、本発明の酸化物超
伝導物質を得ることが可能である。
［発明の効果］ 本発明は、新規の系の酸化物超伝導物質であり、更に
構成元素を置換、添加し、製造方法、製造条件を適宜選
択することにより、従来の酸化物超伝導体と異なった特
性を示す酸化物超伝導体を得る可能性も考えられる。
構成元素を置換、添加し、製造方法、製造条件を適宜選
択することにより、従来の酸化物超伝導体と異なった特
性を示す酸化物超伝導体を得る可能性も考えられる。
［実施例］ 以下、実施例により本発明を更に詳しく説明するが、
本発明は何等これらに限定されるものではない。
本発明は何等これらに限定されるものではない。
実施例１ 原料粉末として純度99.9％のSrCo3および純度99.9％
のNb2O5を用いた。Nb2O5は還元雰囲気中（H2:Ar＝1:1）
にて、1000℃、36時間の熱処理を施して、NbO2とした。
次に、SrとNbのモル比が1:2になるようSrCO3とNbO2を秤
量し、乳鉢を用いて大気中で30分間混合した。
のNb2O5を用いた。Nb2O5は還元雰囲気中（H2:Ar＝1:1）
にて、1000℃、36時間の熱処理を施して、NbO2とした。
次に、SrとNbのモル比が1:2になるようSrCO3とNbO2を秤
量し、乳鉢を用いて大気中で30分間混合した。
この混合粉末0.5gを約700kg/cm2で加圧し、直径約13m
m、厚さ約1mmの円盤状の圧粉体を作製した。この圧粉体
を直径方向に二つに分割し、直径8mmの不透明石英管に
充填し３×10-5torrで真空封入した。同時に、残留ガス
の吸着用として純度99.6％の金属Zrを石英管に同封し
た。
m、厚さ約1mmの円盤状の圧粉体を作製した。この圧粉体
を直径方向に二つに分割し、直径8mmの不透明石英管に
充填し３×10-5torrで真空封入した。同時に、残留ガス
の吸着用として純度99.6％の金属Zrを石英管に同封し
た。
この試料を以下の条件で熱処理した。
昇温速度 5.6℃／分 保持温度 1000℃ 保持時間 36時間 降温速度 放冷 焼成後の試料の電気抵抗の温度変化を第１図に示す。
本図からも明らかな通り、この物質の電気抵抗は、12K
以上ではやや半導体的な挙動を示すが、12Kより急激に
落下しており、超伝導性を示している。5Kにおいても残
留抵抗が見られるが、これは不純物相に因るものであ
り、この物質の本質的な特性とは異なるものである。
本図からも明らかな通り、この物質の電気抵抗は、12K
以上ではやや半導体的な挙動を示すが、12Kより急激に
落下しており、超伝導性を示している。5Kにおいても残
留抵抗が見られるが、これは不純物相に因るものであ
り、この物質の本質的な特性とは異なるものである。
実施例２ 原料粉末として純度99.9％のSrOを用いた以外は実施
例１と同様して試料を作製した。
例１と同様して試料を作製した。
得られた試料は、実施例１と同様にして電気抵抗の温
度変化を測定した結果、抵抗変化は実施例１と同様の挙
動を示し、Tcは約12Kであった。
度変化を測定した結果、抵抗変化は実施例１と同様の挙
動を示し、Tcは約12Kであった。
実施例３ SrとNbのモル比を2:1とした以外は実施例１と同様に
して試料を作製した。
して試料を作製した。
得られた試料は、実施例１と同様にして電気抵抗の温
度変化を測定した結果、抵抗変化は実施例１と同様の挙
動を示し、Tcは約12Kであった。
度変化を測定した結果、抵抗変化は実施例１と同様の挙
動を示し、Tcは約12Kであった。
実施例４ 原料粉末として純度99.9％のBaCO3を用いた以外は実
施例１と同様して試料を作製した。
施例１と同様して試料を作製した。
得られた試料は、実施例１と同様にして電気抵抗の温
度変化を測定した結果、抵抗変化は実施例１と同様の挙
動を示し、Tcは約12Kであった。
度変化を測定した結果、抵抗変化は実施例１と同様の挙
動を示し、Tcは約12Kであった。
第１図は、実施例１で得た試料の、電機抵抗の温度変化
を示す図である。
を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項１】NbとＭ（ただしＭはCa、Sr、Baより選ばれ
る少なくとも一種以上の元素である）および酸素より構
成され、NbとＭのモル数の比（Nb/M）が0.2〜10である
酸化物超伝導物質。 - 【請求項２】超伝導物質中の全部もしくは一部のNbが４
価のNbである特許請求の範囲第（１）項記載の酸化物超
伝導物質。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2110145A JP2838312B2 (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 酸化物超伝導物質 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2110145A JP2838312B2 (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 酸化物超伝導物質 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0412025A JPH0412025A (ja) | 1992-01-16 |
| JP2838312B2 true JP2838312B2 (ja) | 1998-12-16 |
Family
ID=14528185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2110145A Expired - Fee Related JP2838312B2 (ja) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | 酸化物超伝導物質 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2838312B2 (ja) |
-
1990
- 1990-04-27 JP JP2110145A patent/JP2838312B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0412025A (ja) | 1992-01-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |