СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ Bi-2223 С КРИТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ ПЕРЕХОДА 197 К Российский патент 2015 года по МПК C04B35/45 H01B12/00 

Изобретение относится к созданию новых высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) материалов и позволяет получить материал, обладающий сверхпроводимостью при температуре 197 К. Данное изобретение может найти широкое применение в области энергетики в качестве энергосберегающих материалов.

Заявляемое изобретение относится к приоритетным направлениям развития науки и технологий «Технология создания и обработки композиционных и керамических материалов» и «Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. - М.: ПАТЕНТ, 2008. - с. 71 и с. 97], так как этот материал является сверхпроводящей керамикой и может стать основой для создания ВТСП кабельной линии электропередачи, способной передавать электроэнергию на дальние расстояния без потерь на сопротивление.

Известен способ получения висмутового сверхпроводника Bi-2201 методами твердофазного синтеза [N.R. Khasanova, E.V. Antipov, Bi-2201 phases Synthesis, structures and superconducting properties, Physica C: Superconductivity, 246, 241-252, 1995]. Эти методы включают в себя приготовление стехиометрического состава по обычной керамической технологии и последующего долговременного отжига при определенных температурах.

Признаком аналога, совпадающим с существенным признаком заявляемого способа, является назначение объекта, то есть получение сверхпроводников.

Недостатком аналога является низкая температура сверхпроводящего перехода синтезируемых фаз - Т_с (Bi-2201)≤9 К [Ю.А. Китаев, М.Ф. Лимонов, А.П. Миргородский, А.Г. Панфилов, Р.А. Эварестов, Квазидвумерность перовскито-подобных сверхпроводников: структура, фононы, электроны, ФТТ 36, 865-952, 1994].

Известен также способ получения висмутового сверхпроводника Bi-2212 методами твердофазного синтеза [патент РФ №2017274, Способ получения высокотемпературного сверхпроводящего материала, Bi₂Sr₂Ca_n-1Cu_nO_2n+1, ].

Признаком аналога, совпадающим с существенным признаком заявляемого способа, является назначение объекта, то есть получение сверхпроводников.

Недостатком аналога является низкая температура сверхпроводящего перехода синтезируемых фаз - Т_с (Bi-2212)≤80 К [Ю.А. Китаев, М.Ф. Лимонов, А.П. Миргородский, А.Г. Панфилов, Р.А. Эварестов, Квазидвумерность перовскито-подобных сверхпроводников: структура, фононы, электроны, ФТТ 36, 865-952, 1994].

В качестве наиболее близкого аналога заявляемого способа (способа-прототипа) принят способ получения высокотемпературного сверхпроводника Bi-2223 [Nayera Hassan Mohammed, Ramadan Awad, Ali Ibrahim Abou-Aly, Ibrahim Hassan Ibrahim, Mohammed Saied Hassan Optimizing the Preparation Conditions of Bi-2223 Superconducting Phase Using PbO and PbO₂, Materials Sciences and Applications, 2012, 3, 224-233].

Признаком прототипа, частично совпадающим с существенным признаком заявляемого способа - назначением, является получение сверхпроводящего материала общей формулы Bi-2223.

Недостаткам способа-прототипа является низкая температура сверхпроводящего перехода Т_с (Bi-2223)≤1 К [Ю.А. Китаев, М.Ф. Лимонов, А.П. Миргородский, А.Г. Панфилов, Р.А. Эварестов, Квазидвумерность перовскито-подобных сверхпроводников: структура, фононы, электроны, ФТТ 36, 865-952, 1994].

Изобретение направлено на создание высокотемпературных сверхпроводников.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в получении сверхпроводящего материала на основе (Bi-2223) с температурой перехода 197 К.

Технический результат заявляемого изобретения достигается тем, что образец номинального состава Bi-2223 охлаждают ниже температуры сверхпроводящего перехода - в диапазоне температур Тс - 1,4 К и устанавливают внешнее давление Р≤10^-6 Торр. Именно при воздействии на образец номинального состава Bi-2223 внешнего давления Р≤10^-6 Торр он проявляет свойства сверхпроводящего материала с температурой перехода 197 К.

Главными отличиями от прототипа является то, что образец номинального состава Bi-2223 охлаждают ниже температуры сверхпроводящего перехода и устанавливают внешнее давление Р≤10^-6 Торр, что приводит к получению сверхпроводящего материала с температурой перехода 197 К. Это доказывает соответствие заявляемого изобретения критерию «новизна».

Сверхпроводящий материал, полученный предлагаемым способом, обладает значительно более высокой критической температурой, чем все известные ВТСП. Из этого следует, что такой материал является наиболее подходящей основой, для создания ВТСП кабелей.

Из уровня техники не известно использование низкого давления с целью увеличения критической температуры сверхпроводящего материала. А именно не известно из уровня техники повышение критической температуры материала Bi-2223 при внешнем давлении Р≤10^-6 Торр. Следовательно, это доказывает соответствие заявляемого способа условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлены температурные зависимости магнитного момента висмутового сверхпроводника номинального состава Bi-2223, находящегося в магнитном поле 50 Э при давлении (установленном после охлаждения до Т=15 К) Р=1,5-2 Торр (кривая 1) и Р=10^-6 Торр (кривая 2). На фиг. 2 представлена температурная зависимость магнитного момента висмутового сверхпроводника номинального состава Bi-2223, находящегося в магнитном поле 50 Э при давлении Р=10^-6 Торр, установленном перед охлаждением образца.

Способ получения сверхпроводящего материала на основе (Bi-2223) с температурой перехода 197 К осуществляется следующим образом.

Образец номинального состава Bi-2223 монокристаллической или поликристаллической формы охлаждают ниже температуры сверхпроводящего перехода, то есть в диапазоне температур Т_с - 1,4 К, и устанавливают внешнее Р≤10^-6 Торр, то есть подвергают воздействию указанного внешнего давления.

Пример 1. Висмутовый сверхпроводник номинального состава Bi-2223 охлаждают до температуры 15 К, устанавливают внешнее давление Р=10^-6 Торр с последующим измерением магнитного момента в магнитном поле 50 Э.

Пример 2. Висмутовый сверхпроводник номинального состава Bi-2223 охлаждают до температуры 15 К, устанавливают внешнее давление Р=2 Торр с последующим измерением магнитного момента в магнитном поле 50 Э.

Пример 3. Висмутовый сверхпроводник номинального состава Bi-2223 при температуре 250 К (т.е. при температуре выше температуры сверхпроводящего перехода) помещают в вакуум (Р≤10^-6 Торр) и измеряют температурную зависимость магнитного момента в поле 50 Э.

Магнитные измерения, проведенные с помощью вибрационного магнетометра фирмы Quantum Design показывают, что температура сверхпроводящего перехода Bi-2223, находящегося в магнитном поле 50 Э при давлении Р=1,5-2 Торр, равна 106 К, а при Р=10^-6 Торр Т_с=197 К (пример 1 и 2). Образец номинального состава Bi-2223, помещенный в вакуум (Р≤10^-6 Торр) при Т·Т_с (пример 3), утратил сверхпроводящие свойства.

Таким образом, из экспериментальных данных видно, что при охлаждении висмутового сверхпроводника номинального состава Bi-2223 ниже температуры сверхпроводящего перехода с последующим установлением внешнего давления Р≤10^-6 Торр происходит увеличение температуры сверхпроводящего перехода более чем на 90 К.

Источники информации

1) Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. - М.: ПАТЕНТ, 2008. - с. 71 и с. 97.

2) N.R. Khasanova, E.V. Antipov, Bi-2201 phases Synthesis, structures and superconducting properties, Physica C: Superconductivity, 246, 241-252 (1995).

3) Ю.А. Китаев, М.Ф. Лимонов, А.П. Миргородский, А.Г. Панфилов, Р.А. Эварестов, Квазидвумерность перовскито-подобных сверхпроводников: структура, фононы, электроны, ФТТ 36, 865-952, (1994).

4) Способ получения высокотемпературного сверхпроводящего материала Bi₂Sr₂Ca_n-1Cu_nO_2n+1 (патент РФ №2017274) (17274).

5) Nayera Hassan Mohammed, Ramadan Awad, AH Ibrahim Abou-Aly, Ibrahim Hassan Ibrahim, Mohammed Saied Hassan Optimizing the Preparation Conditions of Bi-2223 Superconducting Phase Using PbO and PbO₂, Materials Sciences and Applications, 3, 224-233 (2012).

Изобретение относится к созданию новых высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) материалов и позволяет получить материал, обладающий сверхпроводимостью при температуре 197 К. Данное изобретение может найти широкое применение в области энергетики в качестве энергосберегающих материалов, в частности является наиболее подходящей основой для создания ВТСП кабелей. Образец номинального состава Bi-2223 после охлаждения ниже температуры сверхпроводящего перехода (Т_с) помещают в вакуум (Р≤10^-6 Торр) и при воздействии на образец материала Bi-2223 внешнего давления Р≤10^-6 Торр он проявляет свойства сверхпроводящего материала с температурой перехода 197 К. Сверхпроводящий материал, полученный предлагаемым способом, обладает значительно более высокой критической температурой, чем все известные ВТСП. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 пр.

1. Способ получения сверхпроводящего материала на основе Bi-2223 с температурой перехода T_c 197 К путем установления рабочего давления P≤10^-6 Торр в диапазоне температур T_c - 1,4 К.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сверхпроводящего материала Bi-2223 используют Bi-2223 в виде монокристалла.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сверхпроводящего материала Bi-2223 используют Bi-2223 в виде поликристаллической формы.