JP4120955B2 - 超伝導ホウ化物ＭｇＢ２の融液からの電析法による合成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超伝導ホウ化物ＭｇＢ2（Ｔｃ＝３９Ｋ）超伝導薄膜、及び超伝導線材の作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超伝導薄膜は超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）として高感度な磁束計に用いられる。又、超伝導線材は超伝導電磁磁石として強磁場の発生に使われる。両者とも医療におけるＣＴスキャン装置の他、学術研究等で広く利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
先頃、金属間化合物として最高のＴｃ＝３９Ｋを示すホウ化物ＭｇＢ２が発見され、従来のＡ１５型金属間化合物（Ｔｃ＝１５Ｋ程度）に代わるものとしてその応用が期待されている。
【０００４】
ＭｇＢ2は、しかし、構成元素ＭｇとＢの極端な蒸気圧の違いから、単相バルク試料の合成すら難しいのが現状である。超伝導体の実用に不可欠な線材作製技法、又は素子化に必要な薄膜作製技術は、現在まで得られていない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、簡単な装置構成により、ＭｇＢ2を融液中から電気析出法（電析法）により薄膜状に合成する手法を提供するものである。この手法を最適化することにより、どのような形状の基板金属に対してもＭｇＢ2を一様な厚みで育成できる。
【０００６】
即ち、本発明は、マグネシウムハロゲン化物、フッ化ホウ化マグネシウム及びマグネシウムのホウ酸塩からなる粉体混合物を耐熱性ボートに充填し、この混合物中に負電極及び正電極を挿入し、これらを加熱炉中で不活性ガス雰囲気下で加熱してボート中の混合物を熔融して融液とした後、両電極間に直流電流を印加し、負電極上にＭｇＢ２を析出させることからなる超伝導ホウ化物ＭｇＢ２の融液からの電析法による合成方法である。
【０００７】
したがって、予め線状に成形した金属線上にＭｇＢ2をメッキすることにより、ＭｇＢ2の線材を作製することができる。又、平面基板上への育成も可能である。即ち、ＭｇＢ2を利用したジョセフソン素子等、薄膜構成を必要とする系の作製に対しても有力である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、新物質合成実験の途上、いくつかの合成方法を試みるなかで、電解法／電析法による難合成物質の合成法として開発されたものである。ＭｇＢ2は、非常に蒸気圧の高いＭｇと逆に非常に融点の高いホウ素の化合物であるが、そこで行われた一連の高蒸気圧物質合成の試行過程において、本発明は、電気析出法を使用してＭｇＢ2を合成する方法を見いだした。
【０００９】
又、本発明は、現在盛んに用いられている真空蒸着等の高度且つ高価な装置を用いた製膜法と違い、メッキ用の僅かな装置だけで簡単にＭｇＢ2の膜を作製することを可能にする。それだけでなく、真空蒸着では不可能な基板面への製膜も可能である。これは、例えば、初めからコイル状に成形した金属線にメッキを施すことにより、ＭｇＢ2超伝導体マグネットを作製することができることを意味している。
【００１０】
更に又、本発明においては、実施例に示されるように、ＭｇＣｌ2／Ｍｇ（ＢＦ4）2６Ｈ2Ｏ／ＭｇＢ2Ｏ4を混合系を用いることにおいて、ＭｇＢ2の合成が可能であった。融体の融点を下げる目的で、アルカリ金属ホウ酸塩の添加が有効である。電極材料としては、実施例ではＰｔ／Ａｕを使用したが、他の金属／導電性物質も使用可能である。
【００１１】
【実施例】
市販の試薬ＭｇＣｌ2、Ｍｇ（ＢＦ4）2６Ｈ2Ｏ、及びＭｇＢ2Ｏ4を重量比１０：１：１にて総量２．５ｇ秤量する（以下粉末試料と呼ぶ）。アルミナボートの一端に直径１ｍｍの白金線をボート底に這わせるように固定する。同様に、ボートの反対の端に同径の金を固定する。白金線及び金線それぞれに直径０．３ｍｍの金線（以下リード線と呼ぶ）を圧着する。
【００１２】
粉末試料をボートに満たした後、これを石英炉心管を備えた横型電気炉に入れる。炉心管の一端をふさぐゴム栓にチューブを取り付け、アルゴンガスラインにつなぐ。炉心管の他端のゴム栓には排気用のチューブに加え、二つ穴のガイシを挿入する。ガイシを介してリード線を炉心管外部に導き、直流電源に接続する。リード線が互いに触れないよう注意を払う。白金線を負極、金線を正極に結合する。
【００１３】
アルゴンガスを１リットル毎分程度流しながら炉温度を６００℃まで上げる。粉末試料は融体となる。リード線に４Ｖ直流電圧を印加、数百ミリアンペアの通電を確認したらそのまま数時間静置する。数時間後、炉温度を常温に戻し、ボートを取出す。フラックスを除くため、蒸留水にボートを浸ける。フラックス除去後、黒色物質（ＭｇＢ2）に被覆された白金線を得た。
【００１４】
白金線上に育成されたＭｇＢ2の磁化率・温度曲線を示すと図１のとおりである。測定磁場は２０ガウスで、無磁場中冷却（ＺＦＣ）、磁場中冷却（ＦＣ）それぞれの曲線を示している。磁気的特性として、３７Ｋにおいて磁化率曲線に特異点がみられるが、これがＭｇＢ2の超電導転換に対応している。
【００１５】
【発明の効果】
従来の真空蒸着装置を用いた大がかりな製膜処理に比べて、本発明の簡単な機構の装置を使用することにより、合成困難なＭｇＢ2の薄膜、線材の作製が極めて低コストで可能となる。
【００１６】
即ち、本発明により、現在盛んに用いられている真空蒸着等の高度且つ高価な装置を用いた製膜法と違い、メッキ用の僅かな装置だけで簡単にＭｇＢ2の膜を作成することを可能にする。それだけでなく、真空蒸着では不可能な基板面への製膜も可能である。これは、例えば、初めからコイル状に成形した金線にメッキを施すことにより、ＭｇＢ2超伝導マグネットを作製することができることを意味している。
【００１７】
又、ＭｇＢ2薄膜は超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）として高感度な磁束計に用いられる。その超伝導線材は超伝導電磁磁石として強磁場の発生に使用される。両者とも医療におけるＣＴスキャン装置の他、学術研究等で利用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 白金線上に育成されたＭｇＢ2の磁化率・温度曲線を示すと図１のとおりである。
【図２】 本発明の方法でＭｇＢ2を作製する装置の図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、超伝導ホウ化物ＭｇＢ2（Ｔｃ＝３９Ｋ）超伝導薄膜、及び超伝導線材の作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超伝導薄膜は超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）として高感度な磁束計に用いられる。又、超伝導線材は超伝導電磁磁石として強磁場の発生に使われる。両者とも医療におけるＣＴスキャン装置の他、学術研究等で広く利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
先頃、金属間化合物として最高のＴｃ＝３９Ｋを示すホウ化物ＭｇＢ２が発見され、従来のＡ１５型金属間化合物（Ｔｃ＝１５Ｋ程度）に代わるものとしてその応用が期待されている。
【０００４】
ＭｇＢ2は、しかし、構成元素ＭｇとＢの極端な蒸気圧の違いから、単相バルク試料の合成すら難しいのが現状である。超伝導体の実用に不可欠な線材作製技法、又は素子化に必要な薄膜作製技術は、現在まで得られていない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、簡単な装置構成により、ＭｇＢ2を融液中から電気析出法（電析法）により薄膜状に合成する手法を提供するものである。この手法を最適化することにより、どのような形状の基板金属に対してもＭｇＢ2を一様な厚みで育成できる。
【０００６】
即ち、本発明は、マグネシウムハロゲン化物、フッ化ホウ化マグネシウム及びマグネシウムのホウ酸塩からなる粉体混合物を耐熱性ボートに充填し、この混合物中に負電極及び正電極を挿入し、これらを加熱炉中で不活性ガス雰囲気下で加熱してボート中の混合物を熔融して融液とした後、両電極間に直流電流を印加し、負電極上にＭｇＢ２を析出させることからなる超伝導ホウ化物ＭｇＢ２の融液からの電析法による合成方法である。
【０００７】
したがって、予め線状に成形した金属線上にＭｇＢ2をメッキすることにより、ＭｇＢ2の線材を作製することができる。又、平面基板上への育成も可能である。即ち、ＭｇＢ2を利用したジョセフソン素子等、薄膜構成を必要とする系の作製に対しても有力である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、新物質合成実験の途上、いくつかの合成方法を試みるなかで、電解法／電析法による難合成物質の合成法として開発されたものである。ＭｇＢ2は、非常に蒸気圧の高いＭｇと逆に非常に融点の高いホウ素の化合物であるが、そこで行われた一連の高蒸気圧物質合成の試行過程において、本発明は、電気析出法を使用してＭｇＢ2を合成する方法を見いだした。
【０００９】
又、本発明は、現在盛んに用いられている真空蒸着等の高度且つ高価な装置を用いた製膜法と違い、メッキ用の僅かな装置だけで簡単にＭｇＢ2の膜を作製することを可能にする。それだけでなく、真空蒸着では不可能な基板面への製膜も可能である。これは、例えば、初めからコイル状に成形した金属線にメッキを施すことにより、ＭｇＢ2超伝導体マグネットを作製することができることを意味している。
【００１０】
更に又、本発明においては、実施例に示されるように、ＭｇＣｌ2／Ｍｇ（ＢＦ4）2６Ｈ2Ｏ／ＭｇＢ2Ｏ4を混合系を用いることにおいて、ＭｇＢ2の合成が可能であった。融体の融点を下げる目的で、アルカリ金属ホウ酸塩の添加が有効である。電極材料としては、実施例ではＰｔ／Ａｕを使用したが、他の金属／導電性物質も使用可能である。
【００１１】
【実施例】
市販の試薬ＭｇＣｌ2、Ｍｇ（ＢＦ4）2６Ｈ2Ｏ、及びＭｇＢ2Ｏ4を重量比１０：１：１にて総量２．５ｇ秤量する（以下粉末試料と呼ぶ）。アルミナボートの一端に直径１ｍｍの白金線をボート底に這わせるように固定する。同様に、ボートの反対の端に同径の金を固定する。白金線及び金線それぞれに直径０．３ｍｍの金線（以下リード線と呼ぶ）を圧着する。
【００１２】
粉末試料をボートに満たした後、これを石英炉心管を備えた横型電気炉に入れる。炉心管の一端をふさぐゴム栓にチューブを取り付け、アルゴンガスラインにつなぐ。炉心管の他端のゴム栓には排気用のチューブに加え、二つ穴のガイシを挿入する。ガイシを介してリード線を炉心管外部に導き、直流電源に接続する。リード線が互いに触れないよう注意を払う。白金線を負極、金線を正極に結合する。
【００１３】
アルゴンガスを１リットル毎分程度流しながら炉温度を６００℃まで上げる。粉末試料は融体となる。リード線に４Ｖ直流電圧を印加、数百ミリアンペアの通電を確認したらそのまま数時間静置する。数時間後、炉温度を常温に戻し、ボートを取出す。フラックスを除くため、蒸留水にボートを浸ける。フラックス除去後、黒色物質（ＭｇＢ2）に被覆された白金線を得た。
【００１４】
白金線上に育成されたＭｇＢ2の磁化率・温度曲線を示すと図１のとおりである。測定磁場は２０ガウスで、無磁場中冷却（ＺＦＣ）、磁場中冷却（ＦＣ）それぞれの曲線を示している。磁気的特性として、３７Ｋにおいて磁化率曲線に特異点がみられるが、これがＭｇＢ2の超電導転換に対応している。
【００１５】
【発明の効果】
従来の真空蒸着装置を用いた大がかりな製膜処理に比べて、本発明の簡単な機構の装置を使用することにより、合成困難なＭｇＢ2の薄膜、線材の作製が極めて低コストで可能となる。
【００１６】
即ち、本発明により、現在盛んに用いられている真空蒸着等の高度且つ高価な装置を用いた製膜法と違い、メッキ用の僅かな装置だけで簡単にＭｇＢ2の膜を作成することを可能にする。それだけでなく、真空蒸着では不可能な基板面への製膜も可能である。これは、例えば、初めからコイル状に成形した金線にメッキを施すことにより、ＭｇＢ2超伝導マグネットを作製することができることを意味している。
【００１７】
又、ＭｇＢ2薄膜は超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）として高感度な磁束計に用いられる。その超伝導線材は超伝導電磁磁石として強磁場の発生に使用される。両者とも医療におけるＣＴスキャン装置の他、学術研究等で利用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 白金線上に育成されたＭｇＢ2の磁化率・温度曲線を示すと図１のとおりである。
【図２】 本発明の方法でＭｇＢ2を作製する装置の図である。
Claims (1)
- マグネシウムハロゲン化物、フッ化ホウ化マグネシウム及びマグネシウムのほう酸塩からなる混合物を加熱して、混合物の融液を調製し、当該混合物の融液に直流電流を印加して、ＭｇＢ２からなる薄膜又は線材を電極に析出させることを特徴とするＭｇＢ２薄膜又は線材の電析法による合成方法。
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|---|---|---|---|
| JP2002163764A JP4120955B2 (ja) | 2002-06-05 | 2002-06-05 | 超伝導ホウ化物ＭｇＢ２の融液からの電析法による合成方法 |
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|---|---|
| JP2004010390A JP2004010390A (ja) | 2004-01-15 |
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| JP2002163764A Expired - Fee Related JP4120955B2 (ja) | 2002-06-05 | 2002-06-05 | 超伝導ホウ化物ＭｇＢ２の融液からの電析法による合成方法 |
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- 2002-06-05 JP JP2002163764A patent/JP4120955B2/ja not_active Expired - Fee Related
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