Высокотемпературный сверхпроводящий материал и способ его получения

 

Изобретение относится к новым высокотемпературным сверхпроводникам (ВТСП) и может найти применение в областях техники, использующих сверхпроводники. Сущность изобретения: синтезирован ВТСП формулы Tl_1,85Ba₂Ca_0,02Cu_1,15O₆ получение которого ведут в воздушной атмосфере, расплавляя шихту, содержащую Tl₂O₃ СаО, BaO₂ и CuO в соотношении 1 1 2 2, разогревая расплав до 980 990°С с последующим охлаждением с постоянной скоростью 1 3°С/ч до 680 660°С и извлечением тигля из печи. Способ позволяет выращивать монокристаллы размерами 3 x 2 x 0,2 мм. Соединение Tl_1,85Ba₂Ca_0,02Cu_1,15O₆ характеризуется высокой критической температурой перехода в сверхпроводящее состояние (110 К) и стабильностью состава по содержанию катионов. 2 с. п. ф-лы.

Изобретение относится к новым химическим соединениям, в частности к высокотемпературным сверхпроводящим (ВТСП) материалам в системе Tl-Ba-Ca-Cu-O, и может найти применение в областях техники, использующих сверхпроводники.

Сверхпроводники в системе Tl-Ba-Ca-Cu-O характеризуются наиболее высокими критическими температурами (Т_с) перехода в сверхпроводящее состояние (80-125 К). Это обуславливает интерес к ним как с технической, так и с научной точки зрения.

Наиболее близким к изобретению является ВТСП материал, содержащий Tl, Ba, Ca, Cu и кислород и имеющий формулу Tl₂Ba₂CaCu₂O₈.

Известен также способ получения ВТСП монокристаллов, включающий расплавление шихты, содержащей Tl₂O₃, CaO, BaO₂ и CuO в соотношении 1 1 2 2, разогрев расплава до 950^оС и медленное трехступенчатое охлаждение расплава в потоке кислорода со скоростями 4-7, 80-100 и 130-150^оС/ч в температурных интервалах 950-(750-700), (750-700) (450-400) и (450-400)-20^оС соответственно.

Основными отличиями прототипа от предлагаемого решения являются состав ВТСП материала, величина температуры, до которой разогревается расплав в процессе получения монокристаллов, наличие трехступенчатого охлаждения расплава, а также проведение процесса в кислородной атмосфере. Необходимо отметить, что соединение Tl₂Ba₂CaCu₂O₈ характеризуется нестабильностью состава по катионам (были получены монокристаллы Tl_1,96Ba₂Ca_0,9Cu_2,14O₈ и Tl_1,92Ba₂Ca_0,88Cu_2,2O₈). Это может приводить к невоспроизводимости сверхпроводящих характеристик материала.

Сущность изобретения состоит в том, что процесс получения ведут в воздушной атмосфере, разогрев расплава проводят до 980-990^оС, охлаждение расплава ведут в одну стадию с постоянной скоростью 1-3^оС/ч до 680-660^оС, а затем сразу извлекают тигель из печи.

Предлагаемым способом впервые получено ВТСП соединение Tl_1,85Ba₂Ca_0,02Cu_1,15O₆. Способ позволяет выращивать монокристаллы размерами до 3 х 2 х 0,2 мм.

Предлагаемые параметры процесса выбраны экспериментально. Отклонение параметров процесса от предложенных делает невозможным синтез ВOСП соединения Tl_1,85Ba₂Ca_0,02Cu_1,15O₆. Это, вероятно, объясняется переходом процесса в другую область сложной четверной диаграммы состояния Tl₂O₃ CaO BaO₂ CuO, соответствующие сечения которой в настоящее время практически не исследованы.

Полученное новое вещество расширяет ассортимент ВТСП материалов. Высокая критическая температура перехода сверхпроводящее состояние Т_с 110 К, которой характеризуется соединение Tl_1,85Ba₂Ca_0,02Cu_1,15O₆, ставит его в один ряд с наилучшими ВТСП материалами. Кроме того, соединение Tl_1,85Ba₂Ca_0,02Cu_1,15O₆ характеризуется стабильностью состава по содержанию катионов, обеспечивающей воспроизводимость его сверхпроводящих свойств, что подтверждается приведенными испытаниями. Анализ состава выращенных монокристаллов производили с помощью локального рентгеноспектрального анализа. Стандартное отклонение анализов в точках не выше 5% Предлагаемый способ получения проще по сравнению со способом-прототипом, так как охлаждение проводится в одну стадию и не требуется продувка печи кислородом.

Исследована также структура Tl_1,85Ba₂Ca_0,02Cu_1,15O₆. Установлено, что это соединение имеет тетрагональную кристаллическую решетку с параметрами а 3,8686 и с 23,2593 .

П р и м е р. Смесь порошков Tl₂O₃, CaO, BaO₂ и CuO, взятых в соотношении 1 1 2 2, загружают в керамический тигель, который помещают в электропечь. Загрузку расплавляют и расплав разогревают до 980^оС, после чего охлаждают расплав со скоростью 2^оС/ч до 680^оС и извлекают тигель. Весь процесс проводят в воздушной атмосфере. В тигле образуется закристаллизованная масса с кавернами объемом до 1 см³. Из каверн извлекают монокристаллы Tl_1,85Ba₂Ca_0,02Cu_1,15O₆ размерами до 3 х 2 х 0,2 мм с Т_с 110 К.

Формула изобретения

1. Высокотемпературный сверхпроводящий материал, содержащий Tl, Ba, Ca, Cu и кислород, отличающийся тем, что он имеет состав, соответствующий формуле Tl_1,85 Ba₂ Ca_0,02 Cu_1,15O₆.

2. Способ получения высокотемпературного сверхпроводящего материала, включающий нагрев и расплавление шихты, содержащей Tl₂O₃, CaO, BaO₂ и CuO, взятых в молярном соотношении 1 1 2 2, и последующую кристаллизацию путем охлаждения расплава в тигле при кислородсодержащей атмосфере в печи, отличающийся тем, что процесс ведут в воздушной атмосфере, нагрев ведут до температуры расплава 980 990^oС, а охлаждение проводят со скоростью 1 3 град/ч до 660 680^oС, после чего тигель извлекают из печи.