高T_c LaBa_2Cu_3O_(7-δ)超导相的制备和结构研究

我国蕴藏着丰富的稀土元素,利用镧代替钇,研究高T_c超导体具有一定的经济意义。但镧和钡的原子半径相近而比钇大得多,这给制备工作带来了困难。国内曾有几个单位制备出了T_c80K的超导相,但都难以重复。日本A.Maeda等人合成了T_c80K的正交LaBa_2Cu_3O_(7-δ)超导相,测定了晶体结构和相转变温度。最近我们也开展了对这个体系的研究,本文将给出隐定的高T_cLaBa_2Cu_3O_(7-δ)超导相的制备方法、相变温度、晶体结构以及超导性能与正交性的关系。     

硝酸盐热反应法制备Y-Ba-Cu-O系超导材料的反应条件与性能关系

本文用硝酸盐热反应法制备了Y-Ba-Cu-O系高Tc超导材料,并探讨了不同的制备条件对材料结构和性能的影响,确定了合适的制备条件,在此条件下,可制备出零电阻温度T_(R=0)=90K,转变温度T_0=93K的超导体材料,经X射线衍射物相分析表明以YBa_2Cu_3O_(6.5+δ)物相为主夹杂少量非超导相,制备过程的最高热处理温度较以氧化物和(或)碳酸盐为原料要低100℃左右.     

REBa_2Cu_3O_(7-δ)超导体系列中稀土离子置换对XPS影响的研究

测量了REBa_2Cu_3O_7-δ(RE=Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Y)单相氧化物超导体各元素的室温XPS特征峰,低温下YBa_2Cu_3O_7-δ的XPS,R-T曲线和晶格参数。对所有化合物,从XPS上没有直接观察到Cu~(3+)。室温研究结果表明,E_f处的强度很低,具有磁性稀土离子的置换对超导体E_f处的强度影响不大。YBa_2Cu_3O_7-δ的低温XPS测量进一步表明,对超导体电子结构起重要作用的是氧配位体上的空穴。     

Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O体系中110K超导相的制备和结构研究

自K.A.Müller等人发现氧化物超导体以来,在二年的时间内,寻找更高T_c超导材料的工作在世界范围内发展很快,目前已在Bi-Sr-Ca-Cu-O和Tl-Ba-Ca-Cu-O二个体系中分别获得零电阻转变温度为110K和120K的超导体。相对而言,获得120K的Tl_2Ba_2Ca_2Cu_3O_(10)[简记为TI-2223]超导体要容易一些,我们研究室已经测定了这个超导相的结构。但是Tl_2O_3的高温易挥发性和剧毒性,给Tl系超导体的制备带来了困难,从而限制了达个体     

超导相Tl2Ca3Ba2Cu4O12的制备与结构研究

我们已制备出Tl_2 Ca Ba_2 Cu_2O_8(2122)和Tl_2Ca_2 Ba_2 Cu_3 O_(10)(2223)两个纯相,并对它们的晶体结构和性质进行了研究。现在我们又制备出一种新的超导相,它的组成为Tl_2 Ca_3 Ba_2 Cu_4 O_(120(2324),并进一步研究了它的超导性质和晶体结构。     

YBa2Cu3O7—x复合超导带材透射电镜研究

本文通过透射电镜对具有不同临界电流密度(J_c)的YBa_2Cu_3O_(7-x)超导复合带的微观组织结构进行了分析,并详细地讨论了复合带显微组织与J_c之间的关系。研究结果表明:随着带材中晶界细化、孪晶密度提高和晶界析出物的减少,带材的J_c显著提高。但是,在目前所制备的超导复合带的晶界上,少量的非超导相析出物几乎是不可避免的。所以改善超导体内的微观组织结构是提高复合带J_c的关键因素之一。     

超导相(Bi_(1.7)Pb_(0.2)In_(0.1))Sr_2Ca_2Cu_3O_(10)的制备和晶体结构研究

Bi-Sr-Ca-Cu-O体系的掺杂可以改善超导性能和消除堆垛层错。由于铋氧双层的作用还未能很好地了解,我们合成X_2Sr_2Ca_2Cu_3O_(10)的纯相,[X为(Bi_(0.85)Ph_(0.1)In_(0.05)]以确定其是(XOXO)还是(XO_2X),以及如何影响晶体结构,超导性质和生成机理。合成和鉴定CaCO_3、SrO、CuO的混合物于900℃烧结20hr得到Sr_2Ca_2Cu_3O_7,然后与Bi_2O_3、PbO按摩尔比1∶0.87∶0.3混匀,压片,于870℃加热20hr,重新研磨,在880℃加热30hr,再加0.6%mol In_2O_3,于890℃烧结20hr,然后在空气中淬火,样品表面部分微熔。     

Ag/Yb掺杂对Ca_3Co_(3.9)Cu_(0.1)O_(9-δ)热电性能的影响

采用溶胶凝胶及冷压方法,通过在Ca_3Co_(3.9)Cu_(0.1)O_(9-δ)体系中引入不同量的Ag~+或Yb~(3+)离子来调控体系的热电性能,制备了可在300~880 K下稳定存在且热电性能优良的陶瓷材料Ca_(3-x)Ag_xCo_(3.9)Cu_(0.1)O_(9-δ)(x=0.1,0.15,0.2,0.3)和Ca_(3-y)Yb_yCo_(3.9)Cu_(0.1)O_(9-δ)(y=0.05,0.1,0.2,0.3).通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等测试手段对产物进行了表征,结果显示所制备的样品纯度较高,晶粒均匀,晶粒间较致密.适量的Ag~+,Yb~(3+)离子取代Ca~(2+)离子固溶到晶体中使制备的双掺杂材料晶胞体积发生了变化,但并未引起晶体对称结构的变化.电阻率和Seebeck系数的表征结果说明双掺杂优化了载流子的浓度,随着温度的升高电阻率不断减小,Seebeck系数不断增大.经过计算可知Seebeck系数的增大还有电子有效质量的贡献.热导率表征结果显示双掺杂体系的热导率随着温度的升高而减小,其中声子热导依然起主要作用,这与单掺杂体系的结果一致.随着温度的升高,双掺杂样品Ca_(2.7)Ag_(0.3)Co_(3.9)Cu_(0.1)O_(9-δ)在880 K下ZT值达到最大,为0.2.     

SrFe_(0.6)Cu_(0.3)Ti_(0.1)O_(3-δ)混合导体透氧材料的稳定性

利用柠檬酸络合法制备了SrFe(Cu,Ti)O_(3-δ)混合导体透氧材料. 采用XRD、O_2-TPD、H_2-TPR、SEM等测试技术考察了材料的稳定性. 结果表明,SrFe_(0.7)Cu_(0.3)O_(3-δ)在低氧压下会发生相分解,产生SrCuO__2杂相,而掺杂Ti后的SrFe_(0.6)Cu_(0.3)Ti_(0.1)O_(3-δ)在低氧压下保持单一的钙钛矿结构. H_2-TPR和O_2-TPD的测试表明,Ti~(4+)的掺杂提高了材料的氧脱附起始温度和其它金属离子的还原温度. SrFe_(0.6)Cu_(0.3)Ti_(0.1)O_(3-δ)膜在透氧过程中,会有Cu~(2+)和Sr~(2+)从钙钛矿结构中析出,在原晶粒边界形成新的小晶粒,但这种轻微的组分偏析没有影响到材料的透氧量,此透氧膜在66 h的操作过程中显示了良好的稳定性.     

YBa_2Cu_3O_(6.5+δ)超导体的合成反应和某些物理化学性质

本实验用TG-DTA和X射线衍射等方法研究了YBa_2Cu_3O_(6.5+δ)超导体合成过程的反应机理和某些性质。实验表明,在250～600℃首先生成二元的复合氧化物,而在750～920℃形成超导相。在920℃以上,继续升温将出现两个脱氧过程,而降温时又出现两个相应的吸氧过程。本实验制备的超导体熔点为1239℃,其化合物中氧的化学计量为6.5+δ。样品在高温下淬火其超导性消失,在稀的盐酸、硝酸和硫酸中该超导体均可溶解。     

银包套YBa2Cu3O7—δ超导带

采用粉末装管工艺研制YBa_2Cu_3O_(7-δ)高温超导带材。研究了冷轧工艺和冷轧十压制工艺对带材J_c值的影响以及不同加工率线材超导芯的微观结构。实验结果表明,采用冷轧十压制工艺比单纯的轧制工艺所获得的带材J_c值高,随着加工率的增加超导芯的密度和临界电流密度增加。     

YBa2Cu3O7—x超导化合物在加热过程中相转变的高压电镜原位观察

对YBa_2Cu_3O_(7-x)超导化合物在加热过程中的相转变进行了高压电镜原位观察,并做了在空气中的X射线衍射分析和真空处理样品的X射线衍射物相分析。结果表明,在真空环境下,相变温度与氧含量有关,一般比在空气中低100～120℃。在320～350℃,孪晶带开始消失,在样品表面出现一些Cu_2O黑斑,并开始由正交结构YBa_2Cu_3O_(7-x)向正交结构Y_2BaCuO_5化合物转变,在500℃左右相转变结束。在冷却过程中未发现相转变。     

银对提高YBa2Cu3O7—y超导体临界电流密度Jc的作用

对YBa_2Cu_3O_(7-y):Ag_x超导体的性质进行了研究。该体系有较低的正常态电阻。XRD分析表明,在x<0.2时,该体系为正交结构。随Ag含量的增加,123相的α轴与b轴无明显改变,而c轴增加。X=1.5时,c轴增加了0.33％,表明有部分Ag进入123相晶胞。SEM研究表明,YBa_2Cu_3O_(7_y):Ag_x超导体晶粒细化均匀,晶粒间形成网状结构,改善了弱连接,使其临界电流密度J_c从50A/cm~2提高到572A/cm~2。     

Y—Ba—Cu—O系中211与123相多温截面

我们曾对YBa_2Cu_3O_(7-y)的氧缺陷平衡和低于900℃时的热稳定性进行过研究。关于含211和123相多温截面相图已有一些报道,但结果并非完全一致。故本文进一步对多温截面进行了研究,发现211和123相均为不稳定化合物,在相图上均有相应的包晶反应线。在该相图研究的基础上提出了用部分熔化法制取高密度(约6.3g/cm~3)的YBa_2Cu_3O_(7-y)超导体。     

1988年无机化学的重要事件

高温超导体化学的新进展去年我们介绍了高温超导体的发现以及由之而引起的世界性的超导热.当时达到的最高转变温度(T_c)为95K,得自“1-2-3”化合物YBa_2Cu_3O_7-x(X~0.1).一年来,世界各地的科学家以强烈的竞争姿态进行了深入的研究将转变温度提高到125K.这一进展和新型超导体的发现都足以令人乐观,但距离实现室温超导的目标仍然还很远. 在过去一年中,新型超导材料的合成与表征取得了很大的进步.但科学发展中往往出现     

Eu1—xTbxBa2Cu3O7—δ中Tb离子价态的研究

研究了BaTbO_3、Tb_4O_7、TbFeO_3的Tb_(4d)XPS谱,找到了表征Tb~(3+)、Tb~(4+)的特征峰,得出的高、低结合能峰强之比与Tb~(4+)/Tb含量间的依赖关系,可用于确定Eu_(1-x)Tb_xBa_2Cu_3O_(7-δ)中“123”相的Tb离子混合价态,用常压高温烧结法,未能获得纯“123”单相,也不易获得纯利Tb~(3+)价态样品.在Eu_(1-x)Tb_xBa_2Cu_3O_(7-δ)中的Tb以Tb~(3+)、Tb~(4+)混合价态存在;当x=0.3时,Tb~(4+)/Tb=0.61.引入Tb~(4+)后“123”主相Cu(2)-O(2)平面上的O_(2p)空穴数降低,这是Tb~(4+)破坏超导电性的一种可能原因。     

YBa2Cu3O—7超导体中钡的价态

对于YBa_2Cu_3O_(～7)超导体的Ba 3d X光电子能谱(XPS)存在分裂(出现肩峰)的现象有很多不同的解释.Kohiki等认为主峰和肩峰分别代表晶格Ba~(2 )离子和金属Ba;Han等则认为它们分别代表Ba~(2 )离子和更高价态的Ba离子;Ji等提出超导体中存在Ba~(2 )和Ba~((2-δ) )两种离子;唐有祺等报道超导体存在体相钡、表面BaCO_3的钡和绝缘相中的钡,它们的Ba 3d_(5/2)结合能分别为777.8,779。7和781.5eV;Fjellvag等也观察到Ba3d谱中出     

关于高温超导体中是否存在O(-1)种类氧离子的问题

La-Ba-Cu-O和YBa_2Cu_3O_(～7)(YBCO)等超导体被发现后,已经提出多种模型来解释高温超导机理。其中一种认为这些超导体中存在Cu~(3+)3/Cu~(2+)混合价态,由于无 Jahn-Teller 效应的 Cu~(3+)3离子和有 Jahn-Teller 效应的 Cu~(2+)     

纯氧气氛中YBa2Cu3O7—y超导体内氧的缺陷平衡

YBa_2Cu_3O_(7-y)超导体内氧的缺陷浓度对超导体的晶型转变,进而对超导性的影响至关重要。由于YBa_2Cu_3O_(7-y)中氧空位缺陷属于化学缺陷,其缺陷浓度不仅与温度有关,而且也与氧分压有关。我们在前文中曾用直接合成热重法在空气中测定了YBa_2Cu_3O_(7-y)中的y值。本文是在纯氧气氛中研究超导体的氧非化学计量和缺陷平衡。为便于控制纯氧气氛,实验是在密封的石英容器内进行的。用特制的弹性模量为18.952mg/mm~2的不锈钢弹簧测定样品的热重变化。弹簧下端接石英丝,而石英丝下端悬挂一个用前文的方法处理好的     

用熔融织构生长法(MTG)制备YBCO超导体的临界电流密度以及微观结构

用熔融织构生长法(Melt-Textured-Growth)制备出具有高临界电流密度的YBa_2Cu_3O_y超导材料·片状的YBCO粉末烧结体被快速加热到包晶转变温度以上,慢速冷却通过包晶转变点,制成一种高密度层状结构的类单晶超导体。这种超导体具有很强的定向结晶组织和很强的晶粒间的连接。采用持续的直流电四引线法在77K温度下,测量了样品的临界电流密度J_c与外磁场H的关系。在2T场强下,J_c达到了23800A/cm~2。扫描电镜和高压电镜的观察表明,样品中除了有弥散的Y_2BaCuO_y和CuO非超导相颗粒外,还存在着大量的孪晶、位错、位错环以及堆垛层错等品格缺陷。这些缺陷对提高磁场下的J_c起着重要的作用,其中有些缺陷本身就是磁通钉扎中心。