一种多元稀土共晶高温超导原材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及超导材料领域，更具体地说，它涉及一种多元稀土共晶高温超导原材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.1987年，m k wu等发现了yba2cu3o
7-d
(ybco，d在0～1之间)，tc为92k，高于液氮温度77k以来，超导材料凭借“超强导电能力，完全抗磁性和约瑟夫森效应”三大功能，在电力、磁场、超算等领域展现巨大的潜力。
3.以super power mocvd+ibad高温超导线材制备方法中，金属有机源(mosources)是mocvd工艺制备rebco薄膜的主要原料，同时也是影响rebco薄膜质量性能的关键因素。
4.第二代高温超导载流核心是rebco，如何提高制备超导性能优良的涂层导体，除了研究rebco涂层的mocvd技术，关键是rebco的原材料质量性能。国内外做ba(thd)2、y(thd)3、cu(thd)3、gd(thd)3、sm(thd)3、dy(thd)3等单晶化学源较多，但因样品存在“颗粒分布差、纯度低、成本高，稳定性差”等参差不齐的质量问题，无法满足市场需求。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于通过多元稀土共晶化学源替代单元稀土化学源来改变其超导性能，通过与之配套的钡源铜源，并利用“沉积速度快，沉积面积大，薄膜质量高”的mocvd生长方法，生产出千米高温超导长带，保证其在实用温度和磁场下带材超导性能优良。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种多元稀土共晶高温超导原材料的制备方法，包括如下步骤：
7.1)、以化学式yagdbdycsmd中各元素摩尔含量占比分别配制含有y、gd、sm、dy的硝酸盐溶液，并将四种稀土硝酸盐溶液进行混合、搅拌，过滤后静置待用；
8.2)、将tmhd加入至ch3oh和h2o的混合液中，并进行加热，待混合液澄清后，向其中滴入碱性溶液并进行搅拌，调节溶液的ph值；
9.3)、将步骤1)中含有y、gd、sm、dy的硝酸盐溶液加入至步骤2)的tmhd溶液中，加热搅拌至出现淡黄色沉淀物，静置使固液分离；
10.4)、然后，将固体物质进行干燥，获得(yagdbdycsmd)(tmhd)3粉末；
11.5)、将获得的(yagdbdycsmd)(tmhd)3粉末加入至乙醚溶液中溶解、搅拌，静置后过滤，将滤液蒸干并进行筛分。
12.作为优选，在步骤2)中，加热温度为65～80℃。
13.作为优选，在步骤2)中，所述碱性溶液包括3～8％的氢氧化钠溶液。
14.作为优选，在步骤3)中，加热温度为65～80℃。
15.作为优选，在步骤5)中，(yagdbdycsmd)(tmhd)3粉末与乙醚的重量比为(0.5～1)：(2～3)。
cuo
2-cuo交替的层，四种稀土原子存在于cuo2和cuo2层中，bao层则在cuo与cuo2两层之间，改变了带材的超导性能，使12
㎜
超导带的临界电流由原来的498.19a提高到639.14a，推进了人类超导事业的快速发展。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1a是稀土共晶源生产出的超导层afm图；
31.图1b是稀土单晶源生产出的超导层afm图；
32.图2是稀土共晶源粉体的粒度；
33.图3是(y
0.42
gd
0.38
dy
0.13
sm
0.07
)(tmhd)3用tga热重分析图，ba(tmhd)2、cu(tmhd)2、通过tga热重分析仪来分析失重台阶均达97％以上纯度。；
34.图4是本发明实施例1制备的超导带材在77k零场下通过四引线法测量得到的电压-电流(v-i)曲线；
35.图5是本发明实施例2制备的超导带材在77k零场下通过四引线法测量得到的电压-电流(v-i)曲线；
36.图6是本发明实施例3制备的超导带材在77k零场下通过四引线法测量得到的电压-电流(v-i)曲线；
37.图7是本发明实施例4制备的超导带材在77k零场下通过四引线法测量得到的电压-电流(v-i)曲线；
具体实施方式
38.实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用材料、试剂或仪器等未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
39.本发明提供了一种多元稀土共晶高温超导原材料的制备方法，其包括以下步骤：
40.1)、稀土硝酸盐溶液配制：以化学式yagdbdycsmd中各元素摩尔含量占比分别配制含有y、gd、sm、dy的硝酸盐溶液，并将四种稀土硝酸盐溶液混合，搅拌1～2h，过滤后静置待用；其中，a、b、c和d的比值为(0.31～0.53)：(0.35～0.46)：(0.09～0.23)：(0.05～0.12)；
41.2)、(yagdbdycsmd)(tmhd)3合成：将一定数量的tmhd加入至ch3oh和h2o的混合液中，且两者的质量比为0.1～0.2：1，将混合溶液加热至65～80℃；待混合溶液澄清后，向其中滴入3～8％的氢氧化钠溶液，调节溶液的ph值，使ph为6.5～7.5，搅拌1～2h，得到tmhd溶液；将上述含有y、gd、sm、dy的硝酸盐溶液缓慢加入至tmhd溶液中，保持搅拌2～3h后，停止加热，反应釜中出现淡黄色沉淀物，静置3～4h，将固液分离；然后，将固体物质进行真空干燥，得(yagdbdycsmd)(tmhd)3粉末；
42.(yagdbdycsmd)(tmhd)3提纯、干燥与分级：将步骤2)中获得的粉末加入至乙醚溶液中溶解，(yagdbdycsmd)(tmhd)3粉末与乙醚的重量比为(0.5～1)：(2～3)，并放入三口烧瓶中
搅拌1～2h，静止12h，经k49滤纸过滤，将滤液移入单口烧瓶，并置于水浴锅中，调节温度60～80℃，打开真空泵，旋转蒸发至干，然后过400目干筛分，得到(yagdbdycsmd)(tmhd)3粉末。
43.本发明的金属有机源熔点和外貌比对如下表1所示：
44.表1
[0045][0046]
本发明还提供了上述所述的多元稀土共晶高温超导原材料的制备方法所制备的多元稀土共晶高温超导原材料。
[0047]
本发明还提供了上述所述的多元稀土共晶高温超导原材料在超导材料上的应用。
[0048]
具体实施例：
[0049]
实施例1：
[0050]
a.稀土硝酸盐溶液配制：以化学式y
0.42
gd
0.38
dy
0.13
sm
0.07
中各元素摩尔含量占比分别配制含有y、gd、sm、dy的硝酸盐溶液，并将四种稀土硝酸溶液混合，搅拌2h，过滤后静置待用；
[0051]
b.(y
0.42
gd
0.38
dy
0.13
sm
0.07
)(tmhd)3合成:将一定数量的tmhd加入ch3oh和h2o的混合液中，且两者的质量比为0.1：1，将混合液加热至65℃；待混合液澄清后，向其中滴入5％的氢氧化钠溶液，调节溶液的ph值为6.5，搅拌1h；将上述含有y、gd、sm、dy的硝酸盐溶液缓慢加tmhd溶液中，保持搅拌3h后，停止加热，反应釜中出现淡黄色沉淀物，静置3h，将固液分离；然后，将固体物质进行真空干燥，得(y
0.42
gd
0.38
dy
0.13
sm
0.07
)(tmhd)3粉末。
[0052]
c.(y
0.42
gd
0.38
dy
0.13
sm
0.07
)(tmhd)3提纯、干燥与分级：将步骤b)中获得的上述粉末加入至乙醚溶液中溶解(粉末与乙醚的重量比为0.5：2)，放入三口烧瓶中搅拌1.5h，静止12h，经k49滤纸过滤，将滤液移入单口烧瓶中，并将其置于水浴锅中，调节温度76℃，打开真空泵，旋转蒸发至干，然后过400目干筛，得到(y
0.42
gd
0.38
dy
0.13
sm
0.07
)(tmhd)3粉末。
[0053]
实施例2：
[0054]
以下提供了一种多元稀土共晶高温超导原材料的制备方法，其包括以下步骤：按yba2cu3o
7-d
式中y:ba:cu＝l:2:3的摩尔比计算出对应的各m0源的质量，然后将y(tmhd)3、ba(tmhd)2、cu(tmhd)2加入4250ml的四氢呋喃中，搅拌均匀过滤后，在m1做超导薄膜，镀银退火后，测试临界电流如图4所示。
[0055]
实施例3：
[0056]
以下提供了一种多元稀土共晶高温超导原材料的制备方法，其包括以下步骤：按y
0.5
gd
0.5
ba2cu3o
7-d
式中(ygd):ba:cu＝l:2:3的摩尔比计算出对应的各m0源的质量，然后将(y
0.5
gd
0.5
)(tmhd)3\ba(tmhd)2、cu(tmhd)2加入4250ml的四氢呋喃中，搅拌均匀过滤后，在m1做超导薄膜，镀银退火后，测试临界电流，如图5所示。
[0057]
实施例4：
[0058]
以下提供了一种多元稀土共晶高温超导原材料的制备方法，其包括以下步骤：按y0.5
gd
0.3
dy
0.2
ba2cu3o
7-d
式中(ygd):ba:cu＝l:2:3的摩尔比计算出对应的各m0源的质量，然后将(y
0.5
gd
0.3
dy
0.2
)(tmhd)3\ba(tmhd)2、cu(tmhd)2加入4250ml的四氢呋喃中，搅拌均匀过滤后，在m1做超导薄膜，镀银退火后，测试临界电流，如图6所示。
[0059]
实施例5：
[0060]
以下提供了一种多元稀土共晶高温超导原材料的制备方法，其包括以下步骤：按y
0.42
gd
0.38
dy
0.13
sm
0.07
ba2cu3o
7-d
式中(ygd):ba:cu＝l:2:3的摩尔比计算出对应的各m0源的质量，然后将(y
0.42
gd
0.38
dy
0.13
sm
0.07
)(tmhd)3、ba(tmhd)2、cu(tmhd)2加入4250ml的四氢呋喃中，搅拌均匀过滤后，在m1做超导薄膜，镀银退火后，测试临界电流，如图7所示。
[0061]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。