Barium og kobber yttriumoksid

Barium og kobber yttriumoksid
IUPAC navn
barium yttrium kuprat
Alternative navn
YBCO, Y123 (foreldet)
Generelle funksjoner
Molekylær eller rå formelYBa 2 Cu 3 O 7
Formelvekt ( u )666,19
Utseendesolid svart
CAS-nummer107539-20-8
EINECS-nummer619-720-7
PubChem21871996
Fysisk-kjemiske egenskaper
Tetthet (g/cm 3 , i cs )6.4
Løselighet i vannuløselig
Smeltepunkt> 1000 °C
Sikkerhetsinformasjon
Kjemiske faresymboler
Fraser H302 - 315 - 319 - 335
Råd P261 - 264 - 270 - 271 - 280 - 301 + 312 - 302 + 352 - 304 + 340 - 305 + 351 + 338 - 312 - 321 - 330 - 332 + 713 + 33 - 33

Yttriumbariumkobberoksid eller yttriumbariumkuprat er den kjemiske forbindelsen med formel YBa 2 Cu 3 O 7 . Det er et krystallinsk salt . Navnet er ofte forkortet i USA som YBCO (initialer til de bestanddelene) eller også Y123 (for støkiometrien til yttriumbarium- og kobbermetallene som finnes). Under normale forhold er det et svart fast stoff som er uløselig i vann. Dette materialet er kjent for å være det første som viser superledende egenskaper ved en temperatur over kokepunktet til flytende nitrogen .

Det er en del av den mer generelle gruppen av bariumkobberoksider og sjeldne jordarter (ReBCO) der det i stedet for yttrium finnes andre sjeldne jordarter .

Historie

Siden oppdagelsen av superledning av Kamerlingh Onnes i 1911 , var det i syttifem år bare superledere ved svært lave temperaturer, som bare kunne nås ved bruk av flytende helium, kjent. Blant disse er de viktigste superlederne de som er basert på niob : representanten for denne klassen er Nb 3 Ge, etterfulgt av niob-titan.

Rundt 1986 , ved IBMs forskningssenter i Zürich , studerte forskerne Bednorz og Müller nye typer halvledere . I det året oppdaget de en spesiell halvlederkuprat som ble en superleder ved en mye høyere temperatur enn superlederne som hittil hadde vært kjent. Spesielt hadde kupraten deres en krystallinsk struktur av perovskitttypen , men sammenlignet med dette manglet det oksygen. Året etter mottok de to forskerne Nobelprisen i fysikk , takket være denne oppdagelsen.

I 1987 oppdaget Maw-Kuen Wu, fra University of Alabama i Huntsville , og Paul Chu, fra University of Houston , at et bestemt kuprat, en blanding av barium og yttrium, (med forkortelsen YBCO) hadde en kritisk temperatur på ca -180 ° C: Igjen var temperaturen som kreves for å aktivere superledning mye høyere enn vanlig. De første prøvene av denne kupraten hadde en rå formel : Y 1,2 Ba 0,8 CuO 4 .

Blandet yttrium og bariumkuprat var det første materialet som ble oppdaget som bare trenger avkjøling med flytende nitrogen for å aktivere superledning.

Tidligere materialer krevde faktisk kjøling basert på flytende helium, som var mye vanskeligere å lage og vedlikeholde.

Sammendrag og egenskaper

Det relativt rene yttrium og barium blandede kuprat ble først fremstilt ved å varme opp en spesiell blanding av metallkarbonater, ved temperaturer omtrent mellom 870 og 1100 ° C: [1] [2]

Etterfølgende synteser brukte de tilsvarende oksidene eller nitratene. [1] En veldig interessant artikkel både fra et historisk synspunkt, og for studiet av syntesen av det blandede kuprat av yttrium og barium, ble publisert noen måneder senere, i juli 1987. Artikkelen, av Paul Grant, som jobbet ved IBMs i Almaden Valley (nær San Jose , California ), ble publisert i New Scientist . [3] Denne artikkelen inneholdt en oppskrift for å lage denne forbindelsen i "Shake and bake"-boksen, og reagensene i "Where to find"-boksen: den refererer til Storbritannia .

Den superledende egenskapen for kuprater av formen YBa 2 Cu 3 O 7− x er svært følsom for mengden oksygen som finnes (angitt med x ). Oksygeninnholdet må være mindre enn x  ≤ 0,65. Når x  ~ 0,07, superleder materialet ved høyeste temperatur (-180 ° C). Magnetfeltet som kan produseres på denne måten blir også maksimalt. Magnetfeltet i retningen parallelt med kupratplanene ( av kobberoksid : CuO 2 [4] ) er større enn det i retningen normal til planene.

I tillegg til å være svært følsomme for mengden oksygen som finnes, avhenger egenskapene til disse kupratene veldig av syntesemetoden. Standardmetoden er sintring . For å få et krystallinsk materiale med passende egenskaper, må kantene på kornene justeres med hverandre. Dette er kun mulig med nøye kontroll av materialets gløde- og herdehastighet .

Det er også utviklet alternative metoder, for eksempel basert på kjemisk dampavsetning [1] [2] og sol-gel [5]

Trifluoreddiksyre er et fluoreringsmiddel som er i stand til å forhindre dannelse av uønsket bariumkarbonat . Ved å bruke den vanligste løsningen kjemisk avsetning , ble det fremstilt tynne filmer av høy kvalitet . [6]

Struktur

Barium kobber yttriumoksid krystalliserer i en struktur som ligner perovskitt , men mangler oksygen. Perovskittstrukturen ville faktisk ha formelen: YBa 2 Cu 3 O 9 .

Strukturen, som med alle cuprates, er lagdelt. Det er to typer koordinering for kobberatomer, avhengig av koordineringen med oksygen.

Den første koordineringen av kobber er en firkantet pyramide; atomet ligger ikke nøyaktig ved bunnen av pyramiden. Dette forårsaker dannelse av lett korrugerte kupratplan (i figuren indikert som "kobberplan"). [1]

Den andre koordinasjonen, av kvadratisk plan type, forårsaker dannelsen av bånd, arrangert vinkelrett på de forrige planene (i figuren indikert som "kobberbånd").

Yttriumatomene finnes mellom (kobber)planene og bariumatomene finnes mellom båndene og planene.

Applikasjoner

Cuprates er mye studert, men først nylig har det vært mulig å få kommersielle applikasjoner. [8] [9] De store problemene gjelder vanskeligheten med å syntetisere materialet med en presisjon som tillater passering av strømmer av praktisk interesse. [2]

Faktisk, som for alle superledere, avhenger ytelsen når det gjelder transportabel strøm sterkt, i tillegg til temperaturen, av magnetfeltet de utsettes for, som vist i figuren til venstre.

Sikkerhet

Bariumyttriumkuprat er en stabil forbindelse.

Det er skadelig ved innånding og svelging, og er irriterende for hud og slimhinner. Det er utilstrekkelig data til å fastslå noen kreftfremkallende egenskaper. [10]

Merknader

  1. ^ a b c d ( EN ) Greenwood, NN og Earnshaw, A., Chemistry of the elements , 2nd ed., Oxford, Butterworth-Heinemann, 1997, ISBN  0-7506-3365-4 .
  2. ^ a b c ( EN ) Housecroft, CE og Sharpe, AG, Uorganisk kjemi , 3. utgave, Harlow, Pearson, 2007, ISBN  978-01-31-75553-6 .
  3. ^ Paul Grant, Gjør - det-selv-superledere , i New Scientist , 30. juli 1987.
  4. ^ T.Sekitani , N. Miura, S. Ikeda, YH Matsuda og Y. Shiohara, Øvre kritiske felt for optimalt dopet YBa 2 Cu 3 O 7 − δ , i Physica B: Condensed Matter , vol. 346-347, 30. april 2004, s. 319-324, DOI : 10.1016 / j.physb.2004.01.098 . Hentet 20. mars 2022 .
  5. ^ ( NO ) Y.-K. Sun og I.-H. Oh, Preparation of ultrafine YBa 2 Cu 3 O 7 − x Superconductor Powders ved hjelp av Poly (vinylalkohol) -Assisted Sol − Gel Method , i Ind. Eng. Chem. Res. , vol. 35, n. 11, 7. november 1996, s. 4296–4300, DOI : 10.1021 / ie950527y . Hentet 20. mars 2022 .
  6. ^ O. Castaño , A. Cavallaro, A. Palau, JC González, M. Rossell, T. Puig, F. Sandiumenge, N. Mestres, S. Piñol og A. Pomar, High quality ittrium cuprate thin films , in Superconductor Science and Technology , vol. 16, nei. 1, 25. november 2002, s. 45-53, DOI : 10.1088 / 0953-2048 / 16/1/309 . Hentet 20. mars 2022 .
  7. ^ Anjela Koblischka-Veneva, Michael R. Koblischka, Kévin Berger, Quentin Nouailhetas, Bruno Douine, Miryala Muralidhar og Masato Murakami, Sammenligning av temperatur- og feltavhengigheter av kritiske strømtettheter av Bulk YBCO, MgB₂ og Superconductors, og Iron- Bas IEEE Transactions on Applied Superconductivity , vol. 29, n. 5, 2019-08, s. 1–5, DOI : 10.1109 / , ISSN  1558-2515 .
  8. ^ Magnetic Confinement Fusion, energien som etterligner stjernene , på Agi . Hentet 9. september 2021 .
  9. ^ Til 20 Tesla og utover: høytemperatursuperlederne , på CERN . Hentet 4. november 2021 .
  10. ^ Alfa Aesar, YBCO sikkerhetsdatablad ( PDF ), på alfa.com :. Hentet 11. mai 2011 .

Relaterte elementer

Andre prosjekter

Eksterne lenker