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YBCO高温超导体的制作
K_Liber2024/03/10化学 IP:广东
关键词
超导体高温超导体
YBCOsuperconductor

介绍&前言: 自20世纪上半叶超导材料被发现以来,具有更高超导转变温度的材料不断被发明,在近些年陷入瓶颈。其中应用广泛的超导体有:YBCO 和 BSCCO。本文主要介绍YBCO煅烧材料的准备流程。


材料:

  1. 硝酸

  2. 碳酸钡

  3. 硝酸钇

  4. 硝酸铜

  5. 氨水

  6. 柠檬酸一水合物


原理简述:

制造YBCO超导体首先要得到其组分中的金属元素的氧化物。在各种制造方法中,分解金属离子化合物溶液制取的材料最为均一,煅烧后相纯度高。本文所采用的方法是:首先制造金属硝酸盐与柠檬酸的混合溶液,然后使其与氨水反应产生铵的络合物与柠檬酸铵和硝酸铵,最后加热使柠檬酸铵和硝酸铵发生燃烧,放热,分解金属与铵的络合物产生均一的金属氧化物的混合物。


流程:

  1. 向容量为一升的烧杯中添加127g 20%硝酸,置于电磁搅拌器上,开始搅拌。接着缓慢添加39.47g碳酸钡,搅拌5min。由于硝酸钡溶解度较小,此时应有白色沉淀,不必使其全部溶解。随后添加56.26g硝酸铜,38.3008g硝酸钇六水合物,搅拌5min,悬浊液均一后添加126.10g柠檬酸一水合物,搅拌5min。带好密封不透气的护目镜,防毒面具(选),缓慢加入氨水,不断测量酸碱度,使溶液中和,在此过程中溶液放出大量热并变成深蓝色(如下图)

4386ee6d6f4843229d0a8f2eb5234b05.jpeg 770eaa102f4a7bbe30eae7ea5383ba23.jpeg


  2.  持续搅拌30min,取样,若无意外情况应无固体颗粒物,即溶液澄清。停止搅拌,取另外一只1000ml的石英烧杯,加入100ml该样品,加强热,使溶液沸腾。当溶液变粘稠,沸腾速度突然变慢,立即远离或带上能够对氨气进行防护的防毒面具与眼镜。数分钟后溶液会开始燃烧产生柱状棕色蓬松物质,放出大量氨气。等待5min以上,不要停止加热,直到观察到没有燃烧所产生的红光,撤去热源,自然冷却。(见下图与视频)

e9ff99a903e2f766a9a02075d4002243.jpeg


460.mp4 点击下载


 3.  冷却后用玻璃棒搅碎生成的蓬松固体,取出,重复以上操作直至固体耗尽。全部反应完后得到固体物质如下图所示:

c2b18fc3bb41465bba1c22a6ad644ff6.jpeg

后言:

  千万不要在没有通风橱的室内烧液体,不然可能会吸入过量氨气并且氨气的味道很难闻。在拍上面的视屏的时候我的眼睛因氨气浓度过高而刺痛,睁不开,随后立即远离了。初次以外,尽量使用石英烧杯,不然可能会像下图一样:

73628ca9b275adb2c39ee5f0121c6265.jpeg


参考文章:XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/article/10.1088/0022-3727/21/1/036/pdf

[修改于 8个月8天前 - 2024/03/24 21:35:45]

来自:数理化 / 化学动手实践:实验报导严肃内容:教程/课程
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~~空空如也
K_Liber 作者
8个月22天前 IP:广东
930178

补充:在流程1中若添加氨水后仍有不融颗粒,可以尝试添加更多的水


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古法造轮
8个月22天前 修改于 8个月22天前 IP:美国
930187

后面的 900 多度通氧程序降温煅烧褪火 OP 有炉子不,兴奋.jpg

一直想自己 DIY 个管式炉,苦于没有场地未能如愿 sticker


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粥粥
8个月21天前 IP:湖北
930207

话说这个烧杯底碎的还真整齐

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阡陌徘徊
8个月18天前 IP:江苏
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通氧气煅烧是个麻烦事,这个楼主打算用管式炉嘛,之前看别人做,容易出现渗氧不够的情况

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K_Liber作者
8个月9天前 IP:广东
930460

样品粉末第一次烧结,温度920摄氏度,维持10小时,降温速率50摄氏度/h,持续通入4:1 氧气:氩气 混合气体,升温速率不限。找的代烧,80元一炉,远比自己买一个划算

1c496dd712cf6ac08cb56a9d1161d7ed.jpeg

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The_integral_of_ix
8个月8天前 IP:山西
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不错的实验和选题,支持一波,期待产物 sticker

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K_Liber作者
8个月8天前 修改于 8个月8天前 IP:广东
930490

第一轮烧结后压好的样品

39b9116b56499e4e4f4bd01e6788724b.jpeg

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K_Liber作者
8个月7天前 IP:广东
930508

二次烧结结束了,但是裂得有点厉害

2371711373887_.pic.jpg

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K_Liber作者
8个月5天前 IP:广东
930549

样品在快递路上又碎了一点,挑了几块大的如下图所示

1ce85d2157ca25d2c0fd3042076061ff.jpeg 5394606dc4820d70f53f89dc0a435d2c.jpeg 392b77bd7042a6763c76074e8f87d48d.jpeg

经过测量,最大的一块类圆形样品电阻在10欧姆左右,符合YBCO超导相在常温下的特性(借的别人的万用表测量,还回去的时候忘记拍照了,只有下面一个大致估测导电性的视频)

71.mp4 点击下载


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K_Liber作者
7个月24天前 IP:广东
930973

经过XRM测试,出现了肉眼可见的问题。Y123相的峰应该在32.5度附近,可测试结果中在24度出现了一个较大的峰,后面的杂峰较多

7bd3eb33bf0273643a391dbef44e8c9.png

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K_Liber作者
7个月24天前 IP:广东
930975

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古法造轮
7个月23天前 修改于 7个月23天前 IP:浙江
931029
引用K_Liber发表于10楼的内容
经过XRM测试,出现了肉眼可见的问题。Y123相的峰应该在32.5度附近,可测试结果中在24度出现了...

随便搜了个 YBCO 的 XRD,怎么感觉对不上的样子,你们的样品是混合物么,还是你们把烧结后的样品块直接放上去扫 XRD 了没碾成粉末?

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXt/figure/XRD-patterns-of-pure-YBCO-Y-Ti-NPs-and-Y-Ti-NWs-samples_fig1_332081099

没看你给的参考文献,文献里的 XRD 跟你们扫出来对得上不?

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K_Liber作者
7个月23天前 IP:广东
931036

经过检索,测得的XRD结果是标准的碳酸钡。样品经过长时间放置与二氧化碳反应产生碳酸钡,未经过打磨直接测试导致以下结果

ve780omg.png

image.png

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K_Liber作者
7个月17天前 IP:广东
931229

第二次测试去除了表面的碳酸钡,同时更新了一下pdf库。结果如下:

268b94433f41736b070b79cd2f959a0b.png f3be7e3db5b7fd05e6006e805e5c18ca.png

在渗氧充足的情况下应含YBa2Cu3O7, 而本样品大部分由YBa2Cu3O6.7构成,说明渗氧不足。为此,对渗氧工艺进行改进:

8d1ea9ff2424d8c6e2f254b0ecb06cce.jpeg

参考XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/XXXXXXXXXXXXXXXXXXml,YBCO超导体在500摄氏度左右吸氧,500摄氏度以上放氧,所以在渗氧段单独延长样品在500摄氏度的持续时间至24h

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K_Liber作者
7个月17天前 IP:广东
931230

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XRD结果参上

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粥粥
7个月16天前 IP:湖北
931254

楼主什么时候测一下低温电阻?

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K_Liber作者
9天19时前 IP:广东
939535

11 Nov 2024更新

上个学期测试了几次之后因为某些原因停了一阵子,这学期回来申请社团经费和试剂又花了不少时间,近来一个月终于能再次开工。这次打算用硝酸和氧化钇,氧化铜,碳酸钡先制取 Y:Ba:Cu 为1:2:3 的混合溶液,然后再重复之前的实验步骤。硝酸铜这种带硝酸根的固体有点难申请采购。

先展示一下图片,之后接着更新

加热溶解:

6ddcad0ce95ee00f8ff37ec619aaffca.jpeg

混合但没加热的一瓶,瓶底是氧化铜沉淀

27cc6063e6e103727e8d0f342af04b9f.jpeg


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warmonkey
9天10时前 IP:广东
939540

楼主也许应该校准一下烧制炉的温度传感器

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