專利名稱：一種鐵基高溫超導(dǎo)晶體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵基高溫超導(dǎo)體晶體及其制備方法。
背景技術(shù)：
自從Y. Kamihara小組發(fā)現(xiàn)具有層狀結(jié)構(gòu)的鐵砷氧化物 LaFe(X—xAsF、具有26K的超導(dǎo)性質(zhì)以來(Y. Kamihara, et al., J. Am. Chem. Soc.128, 10012(2006)),該發(fā)現(xiàn)很快引起了廣泛的關(guān)注，并且在短短幾 個月的時間內(nèi)，鐵基氧化物超導(dǎo)體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度T。迅速提高到55K。 這是除銅氧化物超導(dǎo)體以外第一個T。超過50K的化合物。首先，BCS 理論預(yù)言的電子和聲子相互作用產(chǎn)生超導(dǎo)電性的最高T。不超過30-40K，這次鐵基超導(dǎo)體的T。達到5 OK以上是對BCS理論的又一次嚴峻的 挑戰(zhàn)。另外，該鐵基超導(dǎo)體中含有大量鐵磁型物質(zhì)Fe,由于鐵磁型的 電子自旋平行排列，所以非常不利于電子自旋反平行的超導(dǎo)電子對的 形成。因此鐵基超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)及新型鐵基超導(dǎo)材料的尋找和其超導(dǎo)性 質(zhì)的研究將進一步地深化人們對超導(dǎo)機理的認i。、
目前發(fā)現(xiàn)的鐵基超導(dǎo)體大都具有FeAs超導(dǎo)層的層狀結(jié)構(gòu)。其中 LiFeAs的晶體是在兩個Fe2As2層之間夾雜著兩層Li原子(X.C. Wang， et al., So/,V/S"te Co附附m"/cWo""" (2008) 538 )，具有類如乂 CaCu02的無卩艮層結(jié) 構(gòu)。本發(fā)明是用Na原子取代LiFeAs晶體中Li原子的位置，合成出新 的鐵基超導(dǎo)材料。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種鐵基超導(dǎo) 體晶體NaxFeAs;并且提供一種NaxFeAs超導(dǎo)體的制備方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的鐵基高溫超導(dǎo)晶體，其化學(xué)式為 NaxFeAs,其中0<x<2，其中x表示原子百分比含量。
本發(fā)明中的NaxFeAs晶體是一種含鐵元素的超導(dǎo)體，其中Na原子在該晶體中的含量范圍為0<x<2。 NaxFeAs晶體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度范圍為 6K〈T?！?0K，其晶體結(jié)構(gòu)具有P4/nmm的空間對稱群，屬四方晶系。并且 Na,FeAs晶體的晶才各常數(shù)范圍為a= 3. 6 ~ 4. 2 A， c=6. 5 ~ 7. 3 A。 NaJeAs超導(dǎo)體的制備方法包含以下步驟
1、 將元素配比為Na:Fe:As = x: 1: 1的前驅(qū)4分在手套箱內(nèi)均勻混合并 壓制成形，其中前驅(qū)粉可以是Na、 Fe、 As三種單質(zhì)的混合物，也 可以是Na和FeAs 4b合物的混合物；
2、 將上述步驟l的樣品在600。C ~ 900。C的溫度范圍內(nèi)進行至少一遍熱 處理；
在上述步驟2的熱處理中，當(dāng)熱處理壓力較低時，將步驟1的 樣品封裝在密閉的試管內(nèi)，管內(nèi)要求抽成真空后充入Obar lbar 的保護性氣氛。然后將整個試管放置于高溫爐內(nèi)，在常壓條件下600 °C 900'C的溫度范圍內(nèi)進行至少一遍熱處理，熱處理時間范圍為 大于1小時。
由于樣品在常壓高溫情況下，生成的NaxFeAs晶體中的Na原子 容易揮發(fā)，所以熱處理溫度較高和熱處理時間較長均不利于NaxFeAs 樣品的穩(wěn)定；另外熱處理溫度較低或熱處理時間較短不利于NaxFeAs 晶體的生成，所以常壓熱處理溫度和時間分別優(yōu)選為750°C~850 。C和10小時~ 30小時。
在上述步驟2的熱處理中，當(dāng)熱處理壓力較高時，將步驟1的 樣品在手套箱內(nèi)包入鉭箔或金箔內(nèi)，然后將樣品放入高壓設(shè)備中， 并進行至少一次高壓熱處理。熱處理溫度范圍為600°C ~ 900°C，熱 處理時間范圍為大于0. 1小時。 由于塊狀的金屬Na不易和其它前驅(qū)粉均勻混合，并且高壓不利于液態(tài) Na的擴散，所以高壓制備NaJeAs晶體一般需要多次高壓熱處理。但 是高壓可以促進Na,FeAs的生成，所以高壓熱處理溫度和時間分別優(yōu)選 為750°C - 850。C和0. 1小時~ 1小時。


圖1是本發(fā)明的鐵基超導(dǎo)體Na,FeAs的X射線衍射圖譜；圖2是本發(fā)明的鐵基超導(dǎo)體NaxFeAs的直流磁化率與溫度的關(guān)系曲 線圖3是本發(fā)明的鐵基超導(dǎo)體NaxFeAs的晶體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
實施例1
在手套箱中將Fe粉和As粉按照1: 1的摩爾比均勻混合，并壓制 成cf) 6的圓片。然后按照Na: Fe: As=l. 6: 1. 0: 1. 0的摩爾比稱量Na塊， 并將Fe和As的混合物圓片與Na塊一起裝入氧化鋁陶資試管中；接著 將裝有樣品的陶瓷試管真空封裝于石英管內(nèi)，并于高溫爐內(nèi)在750°C的 溫度燒結(jié)30小時。
最后取出樣品，分別對樣品進行X光衍射以及直流磁化率的測量 實驗，其結(jié)果分別如圖1和圖2所示。其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為IOK。 實施例2
在手套箱中將Fe粉和As粉按照1: 1的摩爾比均勻混合，并壓制 成(J)6的圓片。然后按照Na: Fe: As=l, 2: 1. 0: 1. O的摩爾比稱量Na塊， 并將Fe和As的混合物圓片與Na塊一起裝入氧化鋁陶瓷試管中；接著
將裝有樣品的陶瓷試管放入石英管內(nèi)并抽成真空，然后在石英管內(nèi)沖 入0. 2Bar的氬氣并密封。接下來于高溫爐內(nèi)在80(TC的溫度燒結(jié)20小時。
最后得到NaxFeAs超導(dǎo)晶體。實驗對該樣品的X光譜圖進行結(jié)構(gòu)精 修，并得到其晶體結(jié)構(gòu)如圖3所示。 實施例3
將粉狀的FeAs化合物壓制成cj)6的圓片，并在手套箱中按照 Na: (FeAs)-l. 0: 1. O的摩爾比稱量Na塊，并將壓制好的FeAs化合物圓 片與Na塊一起裝入氧化鋁陶瓷試管中；接著將裝有樣品的陶瓷試管放 入石英管內(nèi)并抽成真空，然后在石英管內(nèi)沖入O. 4Bar的氬氣并密封。 接下來于高溫爐內(nèi)在850。C的溫度燒結(jié)10小時。最后同樣得到NaxFeAs 超導(dǎo)晶體。 實施例4在手套箱中按照Na: (FeAs)=0. 8: 1. 0的摩爾比將Na塊和FeAs粉 裝入鉭箔或金箔內(nèi)，并預(yù)壓成(J)6的圓柱。然后將樣品放在適合于高壓 用的合成塊內(nèi)進行高壓熱處理。高壓壓力為1. OGPa,合成溫度為600 °C，合成時間為0. 2小時。
將上述高壓處理的樣品放入手套箱內(nèi)，剝掉外面的鉭箔或金箔， 將剩下的樣品粉碎后均勻研磨混合。然后預(yù)壓成c])6的圓柱，并包入鉭 箔或金箔內(nèi)，進行第二次高壓熱處理。高壓壓力為1. OGPa,合成溫度 為800。C，合成時間為0.5小時。最后同樣得到NaxFeAs超導(dǎo)晶體。 實施例5
在手套箱中按照Na: (FeAs)=0. 6: 1. 0的摩爾比將Na塊和FeAs粉 裝入鉭箔或金箔內(nèi)，并預(yù)壓成(J)6的圓柱。然后將樣品放在適合于高壓 用的合成塊內(nèi)進行高壓熱處理。高壓壓力為6. 0GPa，合成溫度為600 °C,合成時間為0. 2小時。
將上述高壓處理的樣品放入手套箱內(nèi)，剝掉外面的鉭箔或金箔，將剩 下的樣品粉碎后均勻研磨混合。然后預(yù)壓成cb6的圓柱，并包入鉭箔或 金箔內(nèi)，進行第二次高壓熱處理。高壓壓力為6. OGPa,合成溫度為900 °C,合成時間為0. 1小時。最后同樣得到NaxFeAs超導(dǎo)晶體。
權(quán)利要求
1.一種鐵基高溫超導(dǎo)晶體，其化學(xué)式為NaxFeAs，其中0＜x＜2，x表示原子百分比含量。
2. 如權(quán)利要求l所述的一種鐵基高溫超導(dǎo)晶體，其特征在于，所述的鐵 基高溫超導(dǎo)晶體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度為6 ~ 30K。
3. 如權(quán)利要求l所述的一種鐵基高溫超導(dǎo)晶體，其特征在于，所述的鐵 基高溫超導(dǎo)晶體的空間群為P4/nmm，屬四方晶系，其晶格常數(shù)變化范 圍為a=3.6~4.2A，c=6. 5~7. 3A。
4. 一種鐵基高溫超導(dǎo)晶體的制備方法，包括以下步驟l)將含有Na、 Fe、 As三種元素的前驅(qū)體4姿照一定的元素摩爾比 均勻混合；2 )將步驟1)中制備的均勻混合的前驅(qū)體在0 ~ 6GPa的條件下進 4亍至少一次熱處理。
5. 如權(quán)利要求4所述的鐵基高溫超導(dǎo)晶體的制備方法，其特征在于，所 述的前驅(qū)體為Na、 Fe、 As三種單質(zhì)的混合物；或前驅(qū)體為Na、 FeAs 的混合物。
6. 如權(quán)利要求4所述的一種鐵基高溫超導(dǎo)晶體的制備方法，其特征在于， 所述前驅(qū)體的元素摩爾比Na: Fe: As = x: 1: 1。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種鐵基高溫超導(dǎo)晶體的制備方法，其特征在于， 所述前驅(qū)體Na元素的原子百分比含量x的范圍為0<x<2。
8. 如權(quán)利要求7所述的一種鐵基高溫超導(dǎo)晶體的制備方法,其特征在于， 所述前驅(qū)體Na元素的原子百分比含量x的優(yōu)選范圍為0. 6<x<l. 4。
9. 如權(quán)利要求4所述的一種鐵基高溫超導(dǎo)晶體的制備方法,其特征在于， 步驟2)中熱處理溫度為600°C ~ 900°C，熱處理時間大于0. 1小時。
10. 如權(quán)利要求9所述的一種鐵基高溫超導(dǎo)晶體的制備方法，其特征在于， 所述熱處理溫度的優(yōu)選范圍為750°C ~ 850°C，熱處理時間優(yōu)選范圍為 0. 2小時~ 30小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鐵基高溫超導(dǎo)材料及其制備方法，該高溫超導(dǎo)晶體材料為Na_xFeAs，其中0＜x＜2，x表示原子百分比含量。本發(fā)明還提供了一種Na_xFeAs晶體的高壓合成方法，在0～6GPa的壓力范圍內(nèi)，600℃～900℃的溫度范圍內(nèi)制備Na_xFeAs的方法。通過上述方法制備出的Na_xFeAs超導(dǎo)晶體具有6K～20K的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，屬于四方晶系，具有P4/nmm的空間對稱群。
文檔編號C04B35/515GK101608340SQ20091007729
公開日2009年12月23日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者劉清青, 呂玉璽, 望賢成, 李鳳英, 楊留響, 禹日成, 靳常青, 高偉波 申請人:中國科學(xué)院物理研究所