本发明专利技术涉及一种基于钙钛矿结构的单相铁基超导材料及其制备方法，该材料具有二维层状结构，组成用如下公式表示：Ｓｒ４Ｖ２Ｏ６Ｆｅ２Ａｓ２。该材料的制备方法，包括首先制备ＳｒＡｓ和ＦｅＡｓ前驱体样品；再采用固态化学反应方法，将前驱物与Ｓｒ０，Ｖ２Ｏ３和Ｆｅ等混合，在高温下反应，直接合成得到基于钙钛矿层的铁基超导材料。该材料与其他已知铁基超导体相比，二维性更强。该材料具有电子型载流子特性，其载流子浓度为１０２０－１０２２／ｃｍ３；该超导材料的超导转变温度约为４０Ｋ。该材料低温下上临界磁场预计高于２５０特斯拉，在超导输电和产生强磁场等方面可能会有应用。另外在超导滤波器等方面也可能被使用。本发明专利技术的制备方法简单。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种超导材料及其制备方法，特别是涉及一种基于钙钛矿结构的 Sr4V2O6Fe2As2的铁基超导材料及其制备方法。
技术介绍
目前类似材料，即层状氧磷化合物，可统一表达为LnOMPn (其中Ln = La和Pr等；M = Mn, Fe, Co 和 Ni ；Pn = P 和 As)的四元化合物。其中的一部分(LaOFeP，LaONiP) 2006 年被发现在低温下(3-5K)表现出超导电性。在2008年初，Kamihara等人(Y. Kamihara， Τ. Watanabe, Μ. Hirano, and H. Hosono, J. Am. Chem. Soc. 130,3296(2008))在氟掺杂的 LaFeAs[O1^xFJ中发现的起始转变温度高达26K的超导电性，引起了超导界的广泛关注，并 且掀起了研究新型超导材料的新一轮的热潮。而最近，本专利技术人首先将钙钛矿层状结构 引入铁基超导，成功制备出Sr3Sc2O5Fe2As2K合物，在此基础上日本小组制备出17K超导体 Sr4Sc2O6Fe2P2 (H. Ogino et al.，Supercond. Sci. Technol.，22，075008 (2009) ·)。随后相继 发现了 Sr4Sc2O6Fe2As2，和Sr4Cr2O6Fe2As2，但这些材料多没有超导。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是用Sr4V2O6层替代LaFeAsO中的LaO层，并且将钙钛矿层引入 铁基超导，将铁基单胞的C值拉大，通过固态反应技术直接合成具有电子型载流子特性的、 基于钙钛矿结构的单相铁基超导材料(Sr4V2O6Fe2As2材料)；该超导材料的超导转变温度达 到 40K。本专利技术另一目的是提供一种制备工艺简单、利用固态反应方法，在高温下直接合 成单相铁基超导材料Sr4V2O6Fe2As2的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案本专利技术提供的基于氟化物的单相铁基超导材料，具有准二维的层状结构，其组成 用如下公式表示Sr4V2O6Fe2As2 ；其中，该铁基电子型超导材料的载流子浓度为102°-1022/cm3 ；超导转变温度约为 40K。在上述的技术方案中，所述的铁基电子型超导材料的空间群为P4/nmm，四方结构， 晶格常数约为a = b = 3. 9296 , c = 15. 6732 。本专利技术提供的铁基超导材料Sr4V2O6Fe2As2的合成、制备工艺，利用固态反应方法在 高温下制备得到铁基超导材料；本专利技术提供的基于钙钛矿结构的单相铁基超导材料的制备方法，其特征在于，包 括以下步骤1)制备前驱体利用固态反应法，包括石英玻璃管封管法或高熔点金属封管法， 制备SrAs和FeAs前驱体样品；2)合成取步骤1)制备好的两种前驱体，包括SrAs和FeAs ；将摩尔比为1 3 1 1 1 = V2O3 SrO SrAs FeAs Fe粉的原料混合， 或将摩尔比为1 1 2 1 2 = V2O5 SrO SrAs Sr Fe粉的原料混合，并研磨和 压片，将所述压片密封在先抽高真空、再充入约0. 1-0. 3Bar气压的氩气的石英管或高熔点 金属管中，并放在马弗炉中加热，在850°C _920°C保温15个小时后，升温到960°C -1020°C, 保持35小时，然后缓慢降温至室温，得到单相的Sr4V2O6Fe2As2铁基超导材料。在上述的技术方案中，所述的步骤1)的合成SrAs和FeAs前驱体的具体步骤包 括a.将As颗粒与Sr颗粒以1 1的摩尔比混合均勻，其中，As颗粒和Sr颗粒为 100目；然后压成圆片，密封在抽过高真空的石英管或高熔点金属管中，其中，所述的石英 管或高熔点金属管的真空为10_5Pa以上；并放在马弗炉中加热，先缓慢升温到500°C保持12 小时，再在650°C _680°C的条件下烧结5-10小时，然后缓慢降温至室温，得到SrAs前驱体 样品；b.将As颗粒和Fe粉，以1 1的摩尔比称料。其中，As颗粒为100目，Fe粉的 粒径为200目；经过研磨混合均勻，然后压成圆片，密封在抽过高真空的石英管或高熔点金 属管中，其中，所述的石英管或高熔点金属管的真空为KT5Pa以上；并放在马弗炉中加热， 先缓慢升温到500°C保持12小时，再在700°C -800°C的条件下烧结5_10小时，然后缓慢降 温至室温，即得到FeAs前驱体样品。在上述的技术方案中，还包括步骤将步骤a)和步骤b)得到SrAs和FeAs前驱体 样品再经过研磨、回炉和二次烧结，即再重复步骤将步骤a)和步骤b)的合成SrAs和FeAs 前驱体样品的工艺，以保证样品均勻性。在上述的技术方案中，所述的研磨过程在惰性气体手套箱中进行，所述的惰性气 体为氮气或氩气等。在上述的技术方案中，所述的压片压力为2Mpa_6Mpa。本专利技术的优点在于本专利技术提供的一种新的基于钙钛矿结构的单相铁基超导材料，用Sr4V2O6层替代 LaFeAsO中的LaO层，并且将钙钛矿层弓|入铁基超导，将铁基单胞的C值拉大，通过固态反应 技术直接合成该种电子型载流子特性的超导材料，其载流子浓度为102°-1022/cm3 ；超导转变 温度约为40K和具有更好的超导稳定性；该铁基电子型超导材料的空间群为P4/nmm，四方 结构，晶格常数约为a = b = 3.9296 , c = 15. 6732 。本专利技术提供铁基超导材料Sr4V2O6Fe2As2的基本物理性质，包括X射线衍射图谱(如 图1所示)、抗磁磁化率(如图2所示)以及直流电阻随温度的变化曲线(如图3所示)。 该材料低温下上临界磁场可高达250特斯拉(该材料的某些性能如附图1-3所示)，因此可 以应用在超导输电和产生强磁场等方面。另外在超导滤波器等方面也可能被使用。本专利技术提供的制备基于钙钛矿结构的单相新铁基超导材料Sr4V2O6Fe2As2的方 法，具有制备工艺简单、采用固相反应方法；本材料不需要通过掺杂即可获得超导，即在 高温下直接合成超导材料Sr4V2O6Fe2As2的方法。另外与基于LaO层的电子型掺杂超导体 REFeAsCVxFx相比，基于Sr4V2O6层的Sr4V2O6Fe2As2材料具有更好的超导稳定性；利用固相 反应方法直接合成，减少了很多不必要的中间环节，节约了能源和时间；本专利技术制备前驱体SrAs和FeAs的方法与类似材料的制备方法相比，有如下特点SrAs采用比较低的烧结温度 (6800C )，并且采用二次烧结，以保证前驱体的均勻性和高质量。附图说明图1是本专利技术的固态反应方法制备的超导材料Sr4V2O6Fe2As2的X射线衍射图 谱；衍射峰均可以指标化为四方结构晶体，空间群为P4/nmm，a轴和b轴晶格参数约为 3. 9296 A, c轴晶格参数约为15. 6732 A0图2是本专利技术的固态反应方法制备的超导材料Sr4V2O6Fe2As2直流磁化率与温度的 关系。图3表示本专利技术的超导材料Sr4V2O6Fe2As2的电阻率与温度的关系图。 具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步描述实施例1采用固态反应方法合成超导材料Sr4V2O6Fe2As215操作步骤如下1)步骤 1:a.制备SrAs本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于钙钛矿结构的单相铁基超导材料，具有准二维的层状结构，其组成用如下公式表示：Ｓｒ↓［４］Ｖ↓［２］Ｏ↓［６］Ｆｅ↓［２］Ａｓ↓［２］；其中，该单相铁基超导材料的载流子浓度为１０↑［２０］－１０↑［２２］／ｃｍ↑［３］；该单相铁基超导材料的超导转变温度约为４０Ｋ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：祝熙宇，韩飞，闻海虎，单磊，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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