一种稀土氢化物超导材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种稀土氢化物超导材料及其制备方法，属于超导材料技术领域。用于解决现有的氢化物超导体系集中在高氢材料体系、超导转变温度改进空间小的问题。本发明专利技术的稀土氢化物超导材料的化学式为REH

【技术实现步骤摘要】
一种稀土氢化物超导材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于超导材料
具体的，涉及一种稀土氢化物超导材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]金属氢一直是科研工作者孜孜不倦追求的一座物理“圣杯”。根据Bardeen
‑
Cooper
‑
Schrieffer(BCS)理论，德拜温度越高，其超导转变温度越高。而德拜温度和振动频率上限成正比，即元素越轻，振动频率越高，其德拜温度也就越高。理论预言氢分子晶体在高压条件下可能转化为金属氢，实现室温超导。近年来，随着T型金刚石压砧发展，高压技术能够达到600GPa的超高压。2017年哈佛大学的R.P.Dias等人报道，在495GPa时观察到氢的金属光泽。由于在如此高的压力下，金刚石压砧装置内用于抑制氢扩散的氧化铝也可能会转化为金属，对实验结果的确定产生了严重影响，所以这一现象自报道以来一直备受争议。高压领域的科研工作者普遍认为实现金属氢需要更高的压力。
[0003]2004年Ashcroft提出“化学预压缩”概念，即氢化物中氢的亚晶格被“预压缩”，通过制备富氢材料在较低压力条件下实现氢金属化。基于这一观点，近年来氢基超导材料的理论和实验研究取得了一定的成果。氢笼结构的LaH
10
、YH6、YH9、CeH9等一系列高温超导体被实验组报道。这些氢基超导体的超导转变温度已经逐渐趋近室温，其成功研制说明富氢材料在高温超导方面的巨大潜力。
[0004]目前，针对氢基高温超导体的研究主要集中在稀土元素多氢体系，即REH
x
(x≥6)，而这些多氢超导体的研制和保存往往需要极高的压力。从目前的高压技术的发展和金属氢应用角度考虑，探索氢含量较低的氢基超导材料，降低制备压强成为超导材料发展和应用的一个重要方向。另外，现有的实验更多集中在研究稀土金属相互掺杂对其氢化物超导性质的影响，结果显示掺杂前后对超导性质和材料稳定性的改进并不理想。因此，研究稀土氢化物超导材料仍然是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种稀土氢化物超导材料及其制备方法，用于解决现有的氢化物超导体系集中在高氢材料体系、超导转变温度改进空间小的问题。
[0006]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一方面，本专利技术提供了一种稀土氢化物超导材料，稀土氢化物超导材料的化学式为REH
x
；
[0008]RE为稀土元素中的一种；或者RE为镥和钇中的一种；
[0009]x为H与RE的原子比，x＜6。
[0010]进一步的，稀土氢化物超导材料中还包括非金属掺杂元素，即稀土氢化物超导材料的化学式为REH
x
’
R
y
；
[0011]R为B、C和N中的一种或多种；
[0012]x
’
为H与RE的原子比，x
’
＜6；
[0013]y为掺杂元素对H的掺杂原子比例，0＜y≤30％。
[0014]进一步的，上述稀土氢化物超导材料具有55K以上的超导转变温度。
[0015]另一方面，本专利技术还提供了一种稀土氢化物超导材料的制备方法，包括如下步骤：
[0016]S1、将氢源材料和稀土元素或将氢源材料、稀土元素和掺杂元素原料封装到高压腔体中；
[0017]S2、对高压腔体内的原材料进行加压到目标压强，然后开始加热到目标温度，并保压保温，制备得到稀土氢化物超导材料；目标压强为100～220GPa，目标温度为50～2000℃；
[0018]稀土氢化物超导材料具有55K以上的超导转变温度。
[0019]进一步的，S1中，氢源材料和掺杂元素原料以气态或者固态形式存在。
[0020]进一步的，S1和S2中，氢源材料和掺杂元素原料以气态形式存在时的目标温度低于氢源材料和掺杂元素原料以固态形式存在时的目标温度。
[0021]进一步的，S1之前还包括完成高压装置的准备工作，准备工作包括：
[0022]S01.根据高压装置的压砧面积选择配套封垫，并进行预压，使封垫中心位置出现压痕或根据高压装置类型选择合适的样品腔；
[0023]S02.然后，在封垫的压痕中心位置处打孔，该孔为样品封装和反应的高压腔体；
[0024]S03.然后，将封垫固定在高压装置下砧面的压痕位置；
[0025]S04.将上压砧、封垫及下压砧的相对位置固定，其中上压砧和下压砧之间保持一定间距，用于气态原料的封装。
[0026]进一步的，高压装置选自多面顶压机、两面顶压机或环形压机。
[0027]进一步的，S1中，封装压强为0.5～10GPa。
[0028]进一步的，S1中，稀土元素原料以薄膜形式放置于高压腔体中。
[0029]与现有技术相比，本专利技术至少可以实现以下有益效果之一：
[0030]1)本专利技术的制备方法通过精确控制压强和温度，制备出新型的稀土氢化物超导材料，稀土氢化物超导材料中的氢与稀土元素的原子比小于6，通过对本专利技术的稀土氢化物超导材料在高压条件下进行测试，具有55K以上的超导转变温度，丰富了氢基超导材料家族。
[0031]2)本专利技术采用非金属元素对上述稀土氢化物超导材料进行掺杂，有效降低了超导材料的制备压强，提高材料的超导转变温度，为寻找新型高温氢基超导材料提供了方向。
[0032]本专利技术的其他特征和优点将在随后的实施例中阐述，并且部分可从说明书中显而易见获得，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0033]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的内容。
[0034]图1为本专利技术的基于金刚石压砧装置放置样品的实物图；
[0035]图2为本专利技术的实施例1的稀土氢化物超导材料的X射线衍射谱；
[0036]图3为本专利技术的实施例1的稀土氢化物超导材料的电阻随温度变化图；
[0037]图4为本专利技术的实施例2的稀土氢化物超导材料的X射线衍射谱；
[0038]图5为本专利技术的实施例2的稀土氢化物超导材料的电阻随温度变化图；
[0039]图6为本专利技术的实施例3的稀土氢化物超导材料的超导转变温度随N掺杂量的变化关系；
[0040]图7为本专利技术的实施例4的稀土氢化物超导材料的电阻随温度变化图；
[0041]图8为本专利技术的实施例6的稀土氢化物超导材料的电阻随温度变化图。
具体实施方式
[0042]下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本专利技术一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。
[0043]本专利技术提供了一种稀土氢化物超导材料，稀土氢化物超导材料的化学式为REH
x
；其中，RE为稀土元素中的一种；具体的，RE为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土氢化物超导材料，其特征在于，所述稀土氢化物超导材料的化学式为REH
x
；RE为稀土元素中的一种；或者RE为镥和钇中的一种；x为H与RE的原子比，x＜6。2.根据权利要求1所述的稀土氢化物超导材料，其特征在于，所述稀土氢化物超导材料中还包括非金属掺杂元素，所述稀土氢化物超导材料的化学式为REH
x
’
R
y
；R为B、C和N中的一种或多种；x
’
为H与RE的原子比，x
’
＜6；y为掺杂元素对H的掺杂原子比例，0＜y≤30％。3.根据权利要求1或2所述的稀土氢化物超导材料，其特征在于，所述稀土氢化物超导材料具有55K以上的超导转变温度。4.一种稀土氢化物超导材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将氢源材料和稀土元素或将氢源材料、稀土元素和掺杂元素原料封装到高压腔体中；S2、对高压腔体内的原材料进行加压到目标压强，然后开始加热到目标温度，并保压保温，制备得到稀土氢化物超导材料；所述目标压强为100～220GPa，所述目标温度为50～2000℃；所述稀土氢化物超导材料具有55K...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊，李芷文，靳常青，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：