銅基酸化物超伝導体と共存する不純物との熱力学

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本研究は、実用化が期待される銅を含む酸化物高温超伝導体についてその作製時の不純物混入を制御するために熱力学的データが不可欠と考え、その収集に当たるものである。Ca-Cu-O系について大気中の平衡状態図、減圧酸素雰囲気下での相平衡関係を焼鈍試料により調査し完成させた。さらに、ジルコニア固体電解質を用いて3相平衡試料の平衡酸素分圧測定を系統的に行った。その結果より化合物の標準生成自由エネルギーを算出し実験範囲外での酸素分圧下でいかなる平衡関係が達成されるかについて予測を行った。Ag-Cu-O系は、酸化物超伝導体を実用化するに当たり必要な銀シース材の問題を解決するために状態図を研究した。熱分析、化学分析、組織観察、熱重量変化の測定を総合して検討したところ、従来予測されていた状態図とは異なる共晶反応、偏晶反応を見出し、その温度、組成、酸素分圧を明らかにした。Agの融点以下で生じる共晶反応は酸化物超伝導体と銀とが反応して粒界で部分溶融する事実に対応する。また高温での不変反応は酸化物超伝導体の材料リサイクルの指針となる。Bi-Sr-Ca-O系ついても大気中での相平衡関係を明らかにし、現在CaF_2を用いた固体電解質カルシウムセンサーを構築している。これは、多元素系固相間の不変反応の安定した超電力測定値からカルシウムの化学ポテンシャルを正確に測定するものである。