2018-08-26 17:20:19

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1987年1月,休斯顿大学的朱经武和他的学生,阿拉巴马大学亨茨威尔分校的吴茂昆及其学生,共同发现了钇钡铜氧,也因此引发了对新高温超导材料的研究热潮。YBCO是首个超导温度在77K以上的材料,也就是说它的超导转变温度高于液氮的沸点(77K),用相对便宜的液氮就可以冷却。之前发现的超导体都必须用液氦(4.2K)或液氢冷却(20 K)。

基本信息

  • 中文名

    钇钡铜氧

  • 英文名

    Yttrium barium copper oxide(YBCO)

  • 化学式

    YBa2Cu3O7

  • 分子量

    666.19

  • CAS登录号

    107539-20-8

  • 密度

    6.3g/cm^3

  • 外观

    黑色固体

  • 应用

    高温超导材料

  • 储藏方法

    保持贮藏器密封、储存在阴凉

折叠 编辑本段 基本信息

英文名称:Yttrium barium copper oxide(YBCO)

中文名称:钇钡铜氧

化学式:YBa2Cu3O7

折叠 编辑本段 简介

折叠 合成方法

400℃下在马弗炉中干燥反应试剂Y2O3、CuO、BaCO3 2h。准确称取0?5g BaCO3和相应量的Y2O3、CuO(Y∶Ba∶Cu=1∶2∶3),在干净的乳钵中研磨反应物直至没有见到白色的片状固体(大约需要10min)。模压1~3个混合物小圆片(d=13mm,厚1~2mm),置于氧化铝舟中。使用程序控制的电炉按下列步骤进行加热:

(1)加热到930℃,维持12h;

(2)冷却到500℃,维持1h;

(3)以每小时50℃的速度降温到400℃;

(4)冷却到室温。

当炉子温度低于400℃,可以用钳子取出钇钡铜氧,放在绝缘板上冷却。

折叠 贮存方法

保持贮藏器密封、储存在阴凉、干燥的地方。避免与强氧化物、潮湿接触。确保工作间有良好的通风或排气装置。

折叠 泄漏应急处理

去除着火源。

防止进入排水沟。

用任何可能的方法收容泄漏物。

在安全的情况下, 堵漏。

钇钡铜氧及其容器必须用安全的方法销毁。

用水和洗涤剂清洁地板以及所有被钇钡铜氧污染的东西。

折叠 编辑本段 结构

YBCO为钙钛矿缺陷型层状结构,含有CuO-CuO2-CuO2-CuO交替的层,CuO2层可以有变形和皱褶。钇原子存在于CuO2和CuO2层中,BaO层则在CuO与CuO2两层之间。

当YBa2Cu3O7中氧原子计量小于7时,根据具体数值的不同,这些非计量化合物结构可以有差异,可以化学式中的δ来表示。 = 1时为四方结构,CuO层(Cu(1))的O(1)为空,不显示超导性。略微增加氧的含量会增加O(1)的占有率。δ< 0.65时b轴形成Cu-O链,结构变为正交,晶格参数分别为a=3.82、b=3.89及其c=11.68Å。当δ ~0.07时超导性最佳,O(1)中只有少数几个为空。

有证据显示,当其它原子取代Cu和Ba时,超导性发生在Cu(2)O层,Cu(1)O(1)链只用作储存电荷(charge reservoirs)。然而取代钇后形成化合物的超导性与此相矛盾。

钇钡铜氧的超导长度规表现出各向异性,穿透深度(,),相干长度(,)。虽然a-b平面的相干长度是c轴的6倍之多,但与传统的超导体,如铌()相比仍显得较小。这意味着其超导态易受到界面或晶胞缺陷的影响,因此对制作YBCO时的仪器要求增高,并且YBCO对潮湿环境相当敏感。

折叠 编辑本段 应用

钇钡铜氧高温超导体有很多实际中的应用,例如可用作核磁共振成像、磁悬浮设施以及约瑟夫森结中的磁体。

主要有两个问题限制了YBCO在超导方面的应用:

第一,YBCO单晶有很高的临界电流密度,至于多晶则很低(保持超导态时仅能通过很小的电流)。这是由材料的晶粒界面造成:当晶界角大于约5°时,超导电流就无法越过界面。这个问题可由通过化学气相沉积制备薄膜或调准晶界得到改善。

第二,此类的氧化物材料很脆,以传统方法制成线状并不能很好地保留其超导性质。

另外,很多情况下大规模冷却物体至液氮的温度并不十分实际。

折叠 编辑本段 表面改性

表面改性常会导致材料的新性质。表面改性的YBCO可衍生出许多性质,如抑制腐蚀、黏合聚合物、成核,制备有机超导体/绝缘体/高温超导体以及制备金属/绝缘体/超导体隧道结。[7]

这些分子层状材料可用循环伏安法制备。目前已制得烷基胺、芳香胺和硫醇与YBCO形成的材料,它们稳定性不一。有理论认为在这其中胺扮演路易斯碱,与YBa2Cu3O7中路易斯酸性的Cu位点结合生成稳定的配位键。

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