钇钡铜氧(2023最新钇钡铜氧百科介绍)

由网友(烈酒入喉)分享简介:钇钡铜氧,或者称钇钡铜氧化物、YBCO,是化教式为YBa二Cu三O七的化合物。它是闻名的低温超导体,属于第2类超导体,而且是第1个制患上改变温度正在液氮沸点以上的质料。别号YBCO,钇钡铜氧化物摩我量质六六六.一九 g·mol⁻¹密度四.四 ~ 五.三 g/cm三消融性(火)不成溶配位几何4方相干低温超导体BaLaO三-x化...

钇钡铜氧,或称钇钡铜氧化物YBCO,是化学式为YBa2Cu3O7的化合物。它是著名的高温超导体,属于第二类超导体,并且是第一个制得转变温度在液氮沸点以上的材料。

别名

YBCO,钇钡铜氧化物

摩尔质量

666.19 g·mol⁻¹

密度

4.4 ~ 5.3 g/cm3

溶解性(水)

不可溶

配位几何

四方

相关高温超导体

BaLaO3-x

化学式

YBa2Cu3O7

外观

黑色固体

熔点

>600 °C

晶体结构

钙钛矿变形

欧盟分类

刺激性 (Xi)

相关化学品

氧化钇,氧化钡,氧化铜

历史

科学家发现的钇钡铜氧化合物在90K具有超导性,若该化合物晶体的晶胞结构如图所示,则该化合物的化学式可

在发现超导性后的第75年,在苏黎世IBM工作的约翰内斯·贝德诺尔茨和卡尔·米勒发现特定的半导体氧化物可以在低于35K的温度下显示出超导性,特别是镧钡铜氧化物,一种缺氧钙钛矿型的潜在材料。

在此基础上,1987年,亨茨维尔亚拉巴马大学的吴茂昆及其研究生(Ashburn和Torng),与休斯顿大学的朱经武和他的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,也就是说它的转变温度高于液氮的沸点,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或液氢冷却(Tb = 20.28 K)。

合成

YBCO最早是通过在1000-1300K加热金属碳酸盐混合物制备的。

4BaCO3 + Y2(CO3)3 + 6 CuCO3 → 2 YBa2Cu3O{7-x} + 13 CO2 + (3+x)O2

现在YBCO的制取以相应的硝酸盐和氧化物为原料。

YBa2Cu3O{7-x}的超导性质与x值(氧含量)很有关系,只有满足0≤x≤0.5的材料在Tc温度下有超导性,当x~0时其转变温度最高,为95K。

除了氧的计量比外,YBCO的性质也由结晶方式决定。在烧结YBCO时必须小心,因为YBCO是晶体材料,只有小心控制退火和淬火的温度和速度,校准晶界,才可以使其超导性达到最佳。

吴茂昆和同事提出了其他合成YBCO的方法,比如化学气相沉积(CVD)、溶胶-凝胶以及气溶胶法。这些方法在烧结时仍然需要小心。

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)。然而镨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。

应用

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。

YBCO的表面改性

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。

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。

磁悬浮

YBCO和其他超导体一样,在转变温度会发生迈斯纳效应。在该温度或低于该温度时,YBCO变为抗磁性,内部磁通量为零,磁力线无法进入超导体,超导体排斥体内的磁场。因此这时超导体表面的任何磁铁都会悬浮起来,见下方的影片。

阅读全文

相关推荐

最新文章