[发明专利]一种高温超导材料及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种超导材料及其制备方法，特别涉及一种高温超导材料及其制备方法，确切地说是一种化学式为SmO_1-xF_xFeAs(0≤x≤0.4)高温超导材料及其制备方法。

二、背景技术

超导现象于1911年由荷兰人昂纳斯教授发现，至今已有近百年的历史。当一种材料进入超导状态时，主要表现出两种特征现象：一个是零电阻现象，另一个是完全排磁通现象。正是由于超导体具有以上两种特性，使其应用前景非常广泛，例如利用其零电阻特性可以制成强磁场线圈以提供强磁场，超导磁体的应用范围也很广泛，如在固体物理研究、高能物理、受控核聚变反应堆、发电机、电动机、变压器、磁流体发电机、电磁推进装置以及医学人体核磁共振成像装置等许多方面，而完全排磁通现象也已经应用于磁悬浮列车中。如此广泛的应用前景使得人们对其机理和应用的研究的热情空前高涨。但是，在超导材料的应用方面，传统超导体的临界温度都比较低(＜23K)，这成为限制其应用的不利因素。而在超导理论方面，著名的BCS超导理论也预言了超导体的临界温度不会超过40K，这对于超导现象的应用无疑是雪上加霜。

1986年，瑞士苏黎世IBM研究室学者J.G.Bednorz和K.A.Muller共同发现高临界温度的铜氧化合物超导体，其超导温度达到35K(-238℃)，并且在随后的相关研究中发现在该类铜氧化合物材料中其超导温度最高可达到130K(-143℃)，该温度已经突破了液氮温度(77K)。正是由于高温超导铜氧化合物的发现，使得人们再一次看到了“室温超导”的可能性，并且其对传统的超导理论也带来巨大的冲击。高温超导铜氧化合物的发现到现在也已经有二十多年的历史了，到目前为止，该类材料是唯一的超导临界温度突破40K的超导材料。但是其超导的机理仍然悬而未决，并且最大超导临界温度也停滞在130K。现在，人们正在努力探索新的高温超导体，目的是进一步提高超导临界温度，并且为超导的机理研究带来更多的可用的信息。

最近，东京工业大学界面研究中心教授细野秀雄等2008年2月18日宣布，在含铁的氧磷族元素化合物(LaOFeAs)中发现了超导电性，其最高临界温度为32K(-241.15℃)。这无疑又是一次对超导科学界的冲击，人们正期待在该类材料中能发现更高的超导临界材料。

三、发明内容

本发明借鉴LaOFeAs这一超导材料，旨在提供一种超导临界温度(Tc)更高的新的超导材料，所要解决的技术问题是遴选新的稀土元素取代镧(La)并进行掺杂，同时构建相应的制备方法。

本发明所称的高温超导材料是化学式为SmO_1-xF_xFeAs，所示的化合物，其临界超导温度Tc为0～53K，式中X取自0～0.4。

本高温超导材料的制备方法是先制备前驱物，再制备目标物，包括混合、焙烧和冷却，所述的前驱物为砷化钐(SmAs)，取纯度99.99％的Sm粉和纯度99.99％的As粉，在无氧和水分含量小于或等于1ppm的气氛中研磨混合均匀，压制成片置于容器中，然后在真空度小于或等于10^-3Pa的条件下升温至500～650℃焙烧3～10小时，再继续升温至800～950℃焙烧5～10小时，最后冷却出料。用前驱物同三氟化钐(SmF₃)、铁(Fe)、砷(As)和氧化铁(Fe₂O₃)制备目标物，具体方法是将SmAs粉同纯度99.99％的SmF₃粉和纯度98％的Fe粉，纯度99.99％的As粉以及纯度99％的Fe₂O₃粉按比例在无氧和水分含量小于或等于1ppm的气氛中研磨混合均匀并压制成片，包覆钽(Ta)膜片后置于容器中，在真空度小于或等于10^-3Pa的条件下升温至1000～1200℃焙烧40～60小时，再降至室温，剥离Ta膜便得到目标物。所述的按比例是指各原料的摩尔比，即SmAs∶SmF₃∶Fe∶Fe₂O₃∶As＝(1-x)/3∶x/3∶(1+2x)/3∶(1-x)/3∶x/3，式中X取自0-0.4，所述的升温和降温是按1～8℃/min的速率升温和降温，优选2～6℃/min.