075_093-049AP-TW
發佈日期 :
2009-04-29
| I254323 | |||||||||||||||||||||||||||||
| 提升超導快導材臨界電流密度之方法(全文下載) | |||||||||||||||||||||||||||||
| 2006/05/01 | |||||||||||||||||||||||||||||
| I254323 | |||||||||||||||||||||||||||||
| 2004/06/18 | |||||||||||||||||||||||||||||
| 093117813 | |||||||||||||||||||||||||||||
| H01B-012/00 | |||||||||||||||||||||||||||||
| 33-13 | |||||||||||||||||||||||||||||
| 歐奉璋 | |||||||||||||||||||||||||||||
| 本發明係一種提升超導塊材臨界電流密度之方法，包括(一)奈米級前驅粉末之製備；(二)利用奈米級(~100nm)粉末之添加，以達到提高超導塊材在高磁 場下臨界電流的目的；(三)奈米級添加物的混合、及塊材成長；(四)添加奈米級顆粒對超導塊材性質提升成效的檢驗方式。在單晶粒超導塊材的製作中額外添加 適當種類及適量的奈米尺寸粉末，以有效提升超導塊材在高磁場下之臨界電流密度(Jc)。所添加的奈米級(~100nm)粉末於塊材中形成微小尺寸的成分差 異區，在高磁場中將提供適當的釘扎(pinning)效果，使超導塊材在高磁場環境下能夠承載更高的電流，進一步獲得應用上的突破。 | |||||||||||||||||||||||||||||
| 1.一種提升超導塊材臨界電流密度之方法,其係於超導塊材中導入釘扎中心(pinning center)以有效地鎖住磁力線,藉以提升的臨界電流密度(Jc),其包括: (一)、製備奈米級之前驅粉末,其係採用濕式化學合成方式(wet chemical synthesis)製備奈米級(~100nm)前驅粉末; (二)、利用上述奈米級(~100nm)前驅粉末添加於所需之超導塊材中,以達到提高超導塊材在高磁場下臨界電流; (三)、以超音波震盪之方式,使奈米級前驅粉末與超導塊材成長混合時能充分均勻分散; (四)、利用超導量子干涉儀(SQUID)對上述添加前驅粉末後之超導塊材進行磁性檢測,藉以得知臨界電流密度對外加磁場強度的關係。 2.依據申請專利範圍第1項所述之提升超導塊材臨界電流密度之方法,其中,該濕式化學合成方式可為溶膠凝膠法(sol-gel)、共沈法(precipitation)、前置法(HMDS hexamethyldisilazane)等。 3. 依據申請專利範圍第2項所述之提升超導塊材臨界電流密度之方法,其中,以溶膠凝膠(Sol-gel)法合成奈米粉體時,係以聚丙烯酸 PAA(polyacrylic acid)為鉗合劑,依目標合成物選擇適當金屬硝酸鹽類,以特定劑量比例配置成水溶液後經與PAA溶液混合形成膠態物質,烘乾後在高溫下煆燒即得 RE2BaCuO5、RE2BaO4(RE:rare earth element,稀土元素)奈米粉末。 4.依據申請專利範圍第2項所述之提升超導塊材臨界電流密度之方法,其中,該溶膠凝膠(Sol-gel)法之步驟包括: (1)欲配置Y2BaCuO5奈米級前驅粉末時:依計量比2:1:1分別量取Y(NO3)3 6H2O 5.75克; Ba(NO3)2 1.96克、及Cu(NO3)2 3H2O 1.812克加入30ml去離子水,並在80℃下充分攪拌使之完全溶解; (2)欲配置Sm2BaCuO5奈米級前驅粉末時:依計量比2:1:1分別量取Sm(NO3)3 6H2O 6.67克; Ba(NO3)2 1.96克、及Cu(NO3)2 3H2O 1.81克加入30ml去離子水,並在80℃下充分攪拌使之完全溶解; (3)欲配置Sm2BaO4奈米級前驅粉末時:依計量比2:1:0僅分別量取Sm(NO3)3 6H2O 6.67克與Ba(NO3)2 1.96克加入30ml去離子水,並在80℃下充分攪拌使之完全溶解; (4)另一聚丙烯酸水溶液為量取PAA30克並與30ml去離子水進行1:1充分混合,此時pH値約為2的酸性溶液; (5)將步驟上述(1)或(2)、(3)配好之溶液緩慢地(drop/sec)加入步驟(4)之溶液中並在過程中充分地攪拌,此時之均勻混合溶液為膠體狀態; (6)將步驟(5)所得之膠態物質置放入高溫爐中鍛燒以加熱速率100℃/hr,加熱至400℃、持溫3小時以充分去除掉水分及有機物。隨後再以相同加熱速率加熱至反應溫度800℃以上,持溫8小時後快速(300℃/hr)降至室溫以免粒徑增大; (7)以機械式球磨(ball-milling)方式進一步粉碎、研磨煆燒之粉末24小時後烘乾即得; (8)將850℃、8hr煆燒溫度處理之Y2BaCUO5奈米粉末進行XRD(X-rayDiffractometer)分析以鑑定組成相; (9)將850℃、3hr及900℃、3hr煆燒溫度處理之Sm2BaCUO5奈米粉末進行XRD分析其組成相。再以穿透式電子顯微鏡(TEM)進行影像的觀察結果。 5.依據申請專利範圍第1項所述之提升超導塊材臨界電流密度之方法,其中,該前驅粉末係為非超導相顆粒,如:RE2BaCuO5, RE2BaO4等,其中該RE可為Y或Sm。 6. 依據申請專利範圍第1項所述之提升超導塊材臨界電流密度之方法,其中,為使前驅粉末在添加時能充分均勻分散,係將塊材製備所需之前驅粉末:75wt% SmBa2Cu3O7(Sm123)及25wt% Sm2BaCuO5(Sm211)粉末與適量奈米級之前驅粉末先以瑪瑙研磨機充分研磨混合30分鐘之後,再以99.5%酒精混合成溶液狀態並在超音波震盪 的方式下(震盪30分鐘)促使奈米級前驅粉末於溶液的狀態中再度分散於前驅粉末中,之後再將酒精烘乾後所得之粉末以單軸加壓成型,並施以熔融製程製備超導 塊材。 7.依據申請專利範圍第6項所述之提升超導塊材臨界電流密度之方法,其中,該熔融製程製備係為頂端接種熔融製程(TSMT, Top-seeded melt texturing process),其係利用加熱使REBa2Cu3O7高於其包晶溫度(peritectic temperature)以上使分解成(RE)2BaCuO5及液相的鋇銅氧化合物; 而其反應式為:2REBa2Cu3O7→(RE)2 BaCuO5+L(Ba-Cu-O)+O2; 其中該REBa2Cu3O7的包晶溫度和稀土原子種類及氧分壓有關,且上式中(RE)2BaCuO5為固相,而液相主要是Ba、Cu、O三種成分組成的化合物,當溫度降至包晶溫度以下時, REBa2Cu3O7晶體開始以上述之反應式的逆向反應成長。 8.依據申請專利範圍第1項所述之提升超導塊材臨界電流密度之方法,其中,該磁性檢測方法係為將Jc-H曲線根據不同釘扎中心作用結果區分。 9.依據申請專利範圍第1項所述之提升超導塊材臨界電流密度之方法,其中,該磁性檢測方法係為scaling law。 圖式簡單說明: 第1圖,係本發明添加不同種類奈米級添加物之JC-H結果比較圖。 第2圖,係本發明Y2BaCUO5之組成相圖。 第3a圖,係本發明之溶膠凝膠法製備之Y2BaCuO5奈米級前驅粉末數量比對粒徑關係圖。 第3b圖,係本發明之本發明之溶膠凝膠法製備之Y2BaCuO5奈米級前驅粉末體積比對粒徑關係圖。 第3c圖,係本發明之本發明之溶膠凝膠法製備之Y2BaCuO5奈米級前驅粉末強度比對粒徑關係圖。 第4圖,係本發明之製備之Sm2BaCuO5奈米粒子經不同煆燒溫度處理之XRD繞射圖。 第5a圖,係本發明穿透式電子顯微鏡(TEM)顯示之經900℃、3hr煆燒步驟之Sm2BaCuO5奈米粒子圖。 第5b圖,係本發明係本發明穿透式電子顯微鏡(TEM)顯示之經900℃、3hr煆燒步驟之繞射圖形。 第6圖,係本發明為添加之樣品與添加0.1wt%奈米級Nd4Ba2Cu2O10粒子之SmBaCuO超導塊材其臨界電流密度隨外加磁場及溫度變化的情形示意圖。 第7a圖,係本發明具有魚尾效應(peak effect)之Jc-H曲線圖。 第7b圖,係本發明不同種類奈米級添加物所貢獻之�TC pinning之比較圖。 第8圖,係本發明Normalized Pinning force(Fp/Fp, max)對Reduced field(H/Hirr)關係圖。 |
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| 專利權異動 |
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| 申請案件狀態 |
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