DE69214032T2

DE69214032T2 - Supraleitendes Material und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE69214032T2
Application number: DE69214032T
Authority: DE
Inventors: Thomas Ebbesen; Sadanori Kuroshima; Junichiro Mizuki; Katsumi Tanigaki
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1991-07-03
Filing date: 1992-07-03
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2012-07-04
Also published as: EP0522807A3; DE69214032D1; EP0522807A2; US5294600A; EP0522807B1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein supraleitendes Material und ein Verfahren zur Herstellung desselben, insbesondere ein supraleitendes Material aus einer Mischung aus einem Fulleren und Alkalimetall und ein Verfahren zur Herstellung desselben.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Als übliche und praktisch realisierte supraleitende Materialien sind Metall/Legierungssysteme, Verbundsysteme und dergleichen bekannt. Supraleitendes Material ist vielfach für elektronische Schaltungen, wie das Josephson-Element und dergleichen, und für Spulen in supraleitenden Magneten verwendet worden. Zusätzlich zu den Anwendungen für supraleitende Quanteninterferometer/Magnetometer (superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer) und anderen Präzisionsinstrumenten in denen die hohe Empfindlichkeit, die Präzisionscharakteristiken und der niedrige Rauschpegel des Josephson Übergangs vorteilhaft verwendet werden, ist weithin erwartet worden, daß supraleitendes Material für Computer verwendet wird, bei denen das hohe Ansprechverhalten und der niedrige Energieverbrauch des Josephson Übergangs deutlich betont werden.
Unter solch einem Umstand wurde eine Reihe von Fullerenen aus Clustermolekülen von Kohlenstoff von Kuroto und Smalley 1985 als existierend erkannt und die isolierende Synthese wurde von Kratschmer und anderen 1990 berichtet. In diesem Fall wird ein Fulleren definiert als ein Kohlenstoffmaterial mit einer geschlossenen polyedrischen Struktur lediglich aus Pentagonen und Hexagonen. Eine solche Reihe von Materialien aus Clustermolekülen aus Kohlenstoff mit einer Mehrzahl von polyedrisch in der Art eines Fußballmusters angeordneten Kohlenstoffatomen (eine Reihe von Cn-Materialien einschließlich C&sub6;&sub0; und C&sub7;&sub0;) ist bekannt.
Kürzlich ist das Phänomen, daß eine Mischung aus Fulleren und eines Alkalimetalls nach Durchführung einer Wärmebehandlung Supraleitfähigkeit zeigt, bestätigt worden, als Ergebnis davon hat das Fulleren plötzlich große Aufmerksamkeit auf sich gezogen als ein bemerkenswertes Material für Supraleitfähigkeit in der Zukunft. Als Beispiel sei das Phänomen genannt, daß eine Mischung aus Fulleren und Kalium (K) durch Wärmebehandlung Supraleitfähigkeit bei oder unterhalb 18 K zeigt, dies wurde berichtet von Hebard und anderen ("Nature", Vol 350, No. 18, pp. 600 to 601, 1991); dies führte zu der plötzlichen Erkenntnis der Bedeutung von Fullerenen. Des weiteren wurde berichtet, daß eine Mischung aus Fulleren und Rubidium (Rb) Supraleitfähigkeit bei oder unterhalb von 28 K durch Wärmebehandlung zeigt ("Physical Review Letters", Vol 66, No. 21, pp. 2830 to 2832, 1991). In diesen Berichten wird ein supraleitendes Material erhalten durch Wärmebzw. Hitzebehandlung einer Mischung aus Fulleren und Alkalimetall in einem Ofen, das chemisch so strukturiert wird, daß Elektronen von Alkalimetallatomen in Kohlenstoffatome des Fullerens dotiert werden.
Zusätzlich hat man aufgrund einer früheren Reihe von Untersuchungen gedacht, daß das Hinzumischen von Cäsium (Cs) als Alkalimetall es möglich macht, weitere vorteilhafte Ergebnisse zu erhalten und Holczer und andere berichteten über ihre Untersuchungen. daß sie die Verwendung von Cäsium als ein Alkalimetall probiert haben ("Science", Vol. 252, pp. 1154 to 1157, 1991). In diesem Fall wurde allerdings, ihrem Bericht zufolge, bei dem mit Cäsium versehenen Fulleren keine Supraleitfähigkeit beobachtet, als Grund dafür wird angenommen, daß es für das Cäsium schwierig ist, als Dotiermittel in den Gitterbereich bzw. auf die Zwischengitterplätze des verwendeten Fullerens (C&sub6;&sub0;) einzutreten.
Eine Reihe von obengenannten Berichten zeigen, daß ein Fulleren, dem ein Alkalimetall hinzugefügt wurde, möglicherweise in der Zukunft als supraleitendes Material verwendet wird. In diesem Fall haben allerdings die oben vorgeschlagenen supraleitenden Materialien eine niedrigere Supraleitungsübergangstemperatur Tc von lediglich 28 K und ein Supraleitungsvolumenverhältnis, das definiert ist als das Verhältnis der Volumina des Bereichs, der Supraleitfähigkeit zeigt, zu dem Gesamtbereich, von lediglich 7 %, was bedeutet, daß die so erreichten Werte unbefriedigend sind.
Mit den in den Berichten vorgeschlagenen Herstellungsverfahren werden Fulleren und Alkalimetall nicht genügend miteinander vermischt, sie sind insofern unbefriedigend, als das ein supraleitendes Material mit einem großen Supraleitungsvolumenverhältnis nicht erhalten werden kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein supraleitendes Material aus einer Mischung eines Fullerens und Alkalimetall zu schaffen, das eine höhere Supraleitungsübergangstemperatur und ein größeres Supraleitungsvolumenverhältnis als die oben erwähnten herkömmlichen Materialen aufweist.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt schafft die Erfindung ein supraleitendes Material, das ein mit einem ersten Alkalimetall dotiertes Fulleren enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Fulleren gleichfalls mit einem zweiten Alkalimetall dotiert ist, wobei der Ionenradius des ersten Alkalimetalls kleiner als der des zweiten Alkalimetalls ist und wobei das zweite Alkalimetall auf Zwischengitterplätzen des Fullerens zugegen ist.
Ein supraleitendes Material gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung weist ein Fulleren mit Rubidium und Cäsium als Dotiermittel auf. Der in dieser Beschreibung verwendete Begriff Fulleren ist definiert, wie oben bereits ausgeführt.
Wenn lediglich Cäsium dotiert wird, ist es für dieses Metall schwierig, in der Gitterbereich (Zwischengitterplätze) des Fullerens einzudringen. Wenn es aber andererseits mit Rubidium gemäß der vorliegenden Erfindung vermischt ist, kann das Cäsiumatom zum Eindringen in das Gitter gebracht werden. Ein solches supraleitendes Fullerenmaterial kann sowohl hinsichtlich der Supraleitungsübergangstemperatur als auch dem Supraleitungsvolumenverhältnis gegenüber herkömmlichen Fullerenen verbessert werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für ein vorgenanntes supraleitendes Material geschaffen.

Dieses Herstellungsverfahren weist wenigstens einen der folgenden Verfahrensschritte auf:

a) Mischen des Fullerens und des ersten und zweiten Alkalimetalls durch Ultraschall vor einer Wärmebehandlung;
b) feines Pulverisieren des Fullerens vor dem Mischen mit den ersten und zweiten Alkalimetallen;
c) Tempern bzw. Glühen eines gesinterten Körpers aus einer Mischung des Fullerens und des ersten und zweiten Alkalimetalls durch Erwärmen und alimähliches Abkühlen des gesinterten Körpers, wodurch man es den Alkalimetallen ermöglicht, während der Temperbehandlung in die Zwischengitterplätze des Fullerens einzutreten.
Gemäß Verfahrensschritt a) werden Fulleren und Alkalimetalle, die normalerweise pulverisiert oder feinteilig sind, miteinander durch Ultraschall vor der Wärmebehandlung vermischt. Die Mischung kann demzufolge gleichförmig erreicht werden, wenn eine Wärmebehandlung erfolgt, so daß die Elektronen ausreichend von den Alkalimetallen zu dem Fulleren wandern können, so daß es möglich wird, den Anteil eines Bereichs zu erhöhen, der Supraleitfähigkeit zeigt. Die Ultraschallbehandlung bei diesem Verfahren kann durch Verwendung einer Ausrüstung mit dem gleichen Aufbau wie der eines bekannten Ultraschallreinigers realisiert werden.
Gemäß Verfahrensschritt b) liegt ein Festphasenfulleren, wenn es extrahiert wird, feinkristallin vor, aber durch weiteres Feinpulverisieren mit einem Mörser oder dergleichen, um es noch amorpher zu machen, können die Atome der Alkalimetalle gleichförmig in das Fullerengitter diffundieren.
Gemäß Verfahrensschritt c) kann der Bereich, der Supraleitfähigkeit zeigt, großräumig und stabil entwickelt werden. Die Abkühlrate in diesem Verfahren überschreitet bspw. nicht etwa 1ºC/min.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

(1) Wie oben beschrieben, weist ein erfindungsgemäßes supraleitendes Material ein mit Rubidium und Cäsium dotiertes Fulleren auf. Durch Untersuchungen und Nachdenken über mit Cäsium versetzte supraleitende Fullerenmaterialien haben die Erfinder geschlossen, daß der Grund, warum das Cäsiumatom nicht in den Gitterbereich (auf Zwischengitterplätze) des Fullerens eintreten kann, wohl darin liegt, daß der Ionenradius des Cäsiums größer ist als ein Zwischengitterplatz des Fullerenkristalls, so daß dann, wenn Rubidium mit einem kleineren Ionenradius als Cäsium zusammen mit Cäsium dem Fulleren hinzugemischt wird und eine anschließende Wärmebehandlung erfolgt, so daß diese bei den Alkalimetallen gleichzeitig in das Fulleren dotiert werden, das kleinere Rubidiumion als erstes in den Zwischengitterplatz des Fullerenskristalls eintritt, diesen dadurch ausdehnt und als Ergebnis die Cäsiumatome in die so vergrößerten Zwischengitterplätze eintreten können. Die vorliegende Erfindung wurde auf Basis der so erhaltenen Schlußfolgerung durchgeführt.
Erfindungsgemäß werden Rubidium und Cäsium in das Fulleren gemischt, wodurch es ermöglicht wird, das Cäsium in das Fulleren zu dotieren, so daß es möglich ist, die Supraleitungsübergangstemperatur Tc deutlich zu erhöhen.
Zusätzlich ermöglicht es das erfindungsgemäße supraleitende Material, das Supraleitungsvolumenverhältnis im Vergleich zu dem herkömmlich berichteten Wert von 1 bis 7 %, der durch Hinzumischen von lediglich Rubidium erhalten wird, deutlich zu erhöhen. Wenn Fullerene wie C&sub6;&sub0; und C&sub7;&sub0; eine Kristallstruktur mit einem flächenzentrierten Gitter aufweisen, können zwei Arten von unterschiedlich großen Räumen existieren, so daß es für das Rubidium und Cäsium jeweils möglich ist, die Plätze bzw. Räume effizient zu besetzen und so ein supraleitendes Material zu erhalten, daß im Hinblick auf Gleichförmigkeit überlegen ist.
Wie oben dargelegt, ist das erfindungsgemäße supraleitende Material sowohl im Hinblick auf die Supraleitungsübergangstemperatur Tc als auch das Supraleitungsvolumenverhältnis gegenüber jeglichem herkömmlichen Material, das Fulleren enthält, verbessert, was bedeutet, daß es sehr wirksam als ein neues supraleitendes Material ist.
Als im Rahmen der Erfindung zu verwendendes Fulleren sind C&sub6;&sub0; und C&sub7;&sub0; bevorzugt, aber andere als Cn ausgedrückte Fulleren (n ist eine natürliche Zahl) können ebenfalls verwendet werden.
Die chemische Zusammensetzung eines supraleitenden Materials gemäß der Erfindung besteht stöchiometrisch aus drei Teilen einer Summe von Rubidium und Cäsium und einem Teil Fulleren. Wenn die chemische Zusammensetzung dieses supraleitenden Materials als RbxCsyCn (Rb: Rubidium, Cs: Cäsium, Cn: Fulleren) ausgedrückt wird, müssen x und y die folgende Bedingung erfüllen:
x + y = 3,
wobei x und y positive Zahlen sind. Die hinzuzufügende Rubidiummenge ist vorzugsweise kleiner als die des Cäsiums, wenn dies quantitativ zum Dotieren des Cäsiums beitragen kann.
In der Zusammensetzung RbxCsyCn dieses Materials ist vorzugsweise x =2 und y = 1, weiter vorzugsweise x = 1 und y = 2, dies deswegen, weil im Fall x = 1 und y = 2 eine Verbesserung sowohl der Supraleitungsübergangstemperatur Tc als auch des Supraleitungsvolumenverhältnisses resultiert im Vergleich zu dem Fall x = 2 und y = 1.
(2) Ein Herstellungsverfahren für ein erfindungsgemäßes supraleitendes Material weist, wie oben erläutert, wenigstens einen der folgenden Verfahrensschritte auf:
a) Mischen eines Festphasenfullerens und von Alkalimetallen mittels eines Ultraschallverfahrens vor einer Wärmebehandlung;
b) feines Pulverisieren eines Festphasenfullerens vor dem Vermischen mit Alkalimetallen;
c) Tempern bzw. Glühen eines gesinterten Körpers eines Fullerens und von Alkalimetallen unter Applikation von Wärme und anschließendes allmähliches Kühlen.
Die Erfinder haben diese Verfahren erfolgreich entwickelt nach wiederholter Durchführung von Experimenten, um ein supraleitendes Material durch Mischen eines Fullerens mit Alkalimetallen zu erhalten.
Im Verfahrensschritt a) werden ein Festphasenfulleren (normalerweise pulvrig oder feinteilig) und Alkalimetalle miteinander durch Ultraschall vermischt, so daß eine extrem gleichförmige Mischstruktur geschaffen werden kann, wobei nach einer Wärmebehandlung resultiert, daß die Elektronen von den Alkalimetallen zu dem Fulleren wandern, um den Anteil eines Bereichs, der Supraleitfähigkeit zeigt, zu erhöhen. Man nimmt an, daß dies daran liegt, daß die Verwendung eines Ultraschallmischverfahrens es den Alkalimetallen möglich macht, in die Ziwischengitterplätze des Fullerens während der Wärmebehandlung einzudringen.
Die Ultraschallbehandlung kann unter Verwendung einer Ausrüstung mit dem gleichen Aufbau wie der eines bekannten Ultraschallreinigers durchgeführt werden. Dies bedeutet, daß ein Festphasenfulleren und die Alkalimetalle in eine in einem Gefäß befindliche, geeignete Lösung gebracht werden können und Ultraschallwellen zum Mischen ausgesetzt werden. Die Dauer der Ultraschallbehandlung reicht vorzugsweise von etwa 10 bis 60 min, die Frequenz und Leistung der zu beaufschlagenden Ultraschallwellen sind nicht spezifisch begrenzt, bspw. können 47 kHz und 150 W verwendet werden.
Durch leichtes Erhöhen der Temperatur der Lösung in dem Gefäß, konkret durch Einstellen auf den Bereich von etwa 40 bis 50ºC, kann die Mischwirkung weiter verbessert werden.
In dem Verfahrensschritt b) kann durch feines Pulverisieren eines Festphasenfullerens mit einem Mörser oder dergleichen vor dem Mischen die Gleichförmigkeit der Mischung extrem verbessert werden. Das Fulleren ist nach dem Extrahieren feinkristallin, als ein Ergebnis davon ist das thermische Diffundieren der Alkalimetalle in das Fulleren ungleichförmig, wenn das Vermischen unter solch feinkristallinen Bedingungen bei etwa 350 bis 400ºC geschieht. Gemäß Verfahrensschritt b) der vorliegenden Erfindung werden die Fullerenpartikel weiter zerkleinert und werden amorph, als Ergebnis können die Alkalimetalle gleichförmig diffundieren, wenn dieses Diffundieren thermisch geschieht.
Der Verfahrensschritt b) kann auf einfache Weise durch Verwenden einer bekannten Pulverisierausrichtung, wie bspw. eines Mörsers und dergleichen, verwirklicht werden.
Der Verfahrensschritt c) macht es möglich, den Anteil des supraleitenden Bereichs zu erhöhen. Man nimmt an, daß dies daran liegt, daß durch allmähliches Erniedrigen der Temperatur der Supraleitungsbereich großräumig und stabil gebildet werden kann. In diesem Fall wird dann, wenn die Temperatur schnell erniedrigt wird, ein Zustand des gesinterten Körpers, der während der Wärmebehandlung aktiviert worden ist, direkt verfestigt, und als Ergebnis wird der Anteil des Supraleitungsbereichs reduziert. Die Abkühlrate ist bspw. etwa 1ºC/min oder weniger.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren kann ein supraleitendes Material hohe Dichte aus einer Mischung eines Fullerens und Alkalimetallen hergestellt werden, was bedeutet, daß seine Wirkungen extrem groß sind.

Beispiele

Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend konkret erläutert.

[Beispiel 1]

Eine Reihe von durch Lichtbogenentladung einer Kohlestabelektrode erzeugte Fullerene wurden mit Benzol zusammengezogen, dann mit Ether behandelt, und anschließend mit einem Lösemiffel aus einer Toluol/Hexanmischung unter Verwendung einer Al&sub2;O&sub3;-Säule (Aktivität l) gereinigt, so wurde C&sub6;&sub0; mit einer Reinheit von 99,9% oder größer erhalten, was durch ein Massenspektrum dergestalt bestätigt wurde, daß der 99,9% übersteigende Bereich eine Massenzahl von 720 aufwies.
Anschließend wurde das so erhaltene Fulleren C&sub6;&sub0; mit einem Mörser feinpulverisiert und amorph gemacht, anschließend wurde in einer mit Helium gefüllten Handschuhbox (Manipulationskammer) 9 mg des so erhaltenen C&sub6;&sub0;-Pulvers in ein Quarzglasröhrchen mit einem Durchmesser von 5 mm gefüllt und anschließend mit dem Rubidiumpulver und Cäsiumpulver dergestalt vermischt, daß zwei Teile Rubidium und ein Teil Cäsium auf Basis eines stöchiometrischen Verhältnisses hinzugefügt wurden.
Anschließend wurde das Quarzglasröhrchen mit der so erhaltenen Mischung zunächst einem Vakuum bei einem Druck von 1,33 Pa (10&supmin;² Torr) zwecks Evakuierung ausgesetzt, dann wurde Helium mit einem Druck von 93,3 kPa (700 Torr) eingeführt und das Röhrchen abgedichtet. Das abgedichtete Quarzglasröhrchen wurde anschließend für 74 h auf 400ºC erwärmt und so das Dotieren der Alkalimetalle oder Rubidium und Cäsium abgeschlossen. SQUID-Messungen hinsichtlich der Magnetisierung der so hergestellten Probe wurden so ausgeführt, daß die Probe zunächst ohne Magnetfeld abgekühlt wurde, dann wurde ein Magnetfeld von 1 mT (10 Oersted) beaufschlagt und die Magnetisierung gemessen, während die Temperatur von 4 K auf 38 K erhöht wurde. Aus der Änderung der Magnetisierung in diesem Test konnte die Übergangstemperatur Tc abgeschätzt werden, sie beträgt etwa 31 K, was eine Erhöhung von 3 K gegenüber derjenigen Übergangstemperatur bedeutet, die bei der Dotierung lediglich mit Rubidium berichtet wird. Zusätzlich konnte anhand der erhaltenen diamagnetischen Charakteristik festgestellt werden, daß der Supraleitfähigkeit zeigende Bereich 31 Vol.-% des Gesamtvolumens betrug, dies bedeutet eine deutliche Verbesserung gegenüber herkömmlicherweise berichteten Werten.

[Vergleichsbeipiel 1]

In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Probe zu Vergleichszwecken hergestellt, die eine stöchiometrische Zusammensetzung von einem Teil C&sub6;&sub0; und drei Teilen Rubidium ohne Hinzufügung von Cäsium aufwies. Eine Übergangstemperatur Tc von etwa 29 K wurde erhalten, der bereits berichtete Wert von Tc wurde also bestätigt. Ein Supraleitungsvolumenverhältnis von etwa 10% wurde erhalten.

[Beispiel 2]

In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wurde ein Probe hergestellt, die eine stöchiometrische Zusammensetzung aus einem Teil C&sub6;&sub0;, einem Teil Rubidium und zwei Teilen Cäsium aufweist. Aus SQUID-Messungen hinsichtlich der Magnetisierung der so hergestellten Probe und aus der Änderung des magnetischen Suszeptibilität wurde die Übergangstemperatur Tc als etwa 33 K abgeschätzt und aus Überlegungen hinsichtlich des absoluten Werts der diamagnetischen Suszeptibilität wurde das Supraleitungsvolumenverhältnis als 50% übersteigend abgeschätzt.

[Vergleichsbeispiel 2]

In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Probe hergestellt, die eine stöchiometrische Zusammensetzung aus einem Teil C&sub6;&sub0; und drei Teilen Cäsium ohne Hinzufügung von Rubidium aufwies. Diese Probe zeigte keine Supraleitfähigkeit.
Durch die obigen Beispiele und Vergleichsbeispiele wurden herausgefunden, daß bei der stöchiometrischen Zusammensetzung RbxCsyC60 dann, wenn x = 2 und y = 1 ist, Tc 31 K ist und das Supraleitungsvolumenverhältnis 30% oder größer wird, und dann, wenn x = 1 und y = 2 ist, Tc 33 K beträgt und das Supraleitungsvolumenverhältnis 50% übersteigt, was bedeutet, daß die erfindungsgemäß hergestellten Proben in ihren Eigenschaften deutlich verbessert werden können und die erhaltenen Tc und Supraleitungsvolumenverhältnisse deutlich erhöht wurden verglichen mit Tc = 28 K und dem Supraleitungsvolumenverhältnis von 7%, die basierend auf stöchiometrischen Zusammensetzungen mit x = 3 und y = 0 herkömmlich berichtet wurden.
Soweit das Supraleitungsvolumenverhältnis betroffen ist, ist es schwierig, dies genau abzuschätzen, da das supraleitende Material gemäß der Erfindung ein Supraleiter der zweiten Art ist und als ein Ergebnis werden die unteren Grenzen hier gezeigt.

[Beispiel 3]

Ein als Kohlenstoffpulver durch Lichtentladung einer Kohlestabelektrode hergestelltes Fulleren wurde mit einer Benzollösung extrahiert und so eine Mischung aus C&sub6;&sub0; und C&sub7;&sub0; hergestellt. Diese Mischung wurde mit Ether behandelt und dann mit einem Lösungsmittel aus einer Mischung aus Toluol und Hexan unter Verwendung einer Al&sub2;O&sub3;-Säule gereinigt, wodurch C&sub6;&sub0; mit einer 99,9% übersteigenden Reinheit erhalten wurde. 8,8 mg des so hergestellten C&sub6;&sub0;-Pulvers wurden in ein Quarzglasröhrchen gegeben und 4 mg Rubidium hinzugefügt. Das Quarzglasröhrchen wurde anschließend bei einem Heliumdruck von 93,33 kPa (700 Torr) abgedichtet und Ultraschallwellen für eine Stunde in einer Lösung ausgesetzt, um C&sub6;&sub0; und Rubidiumpulver zu mischen. Die Frequenz und die Leistung der angewendeten Ultraschallwellen waren 47 kHz bzw. 150 W und die Temperatur der Lösung wurde in einem Bereich von 40 bis 50ºC eingestellt. Anschließend wurde das Quarzglasröhrchen bei 380ºC für 74 h wärmebehandelt Nach der Abkühlung wurden die SQUID-Messungen durchgeführt, um seine magnetischen Eigenschaften aufzudecken. Es wurde dadurch bestätigt, daß sich der Meissner-Effekt entwickelte, und es wurde bestätigt, daß der Supraleitfähigkeitsübergang (Supraleitungsübergang) bei 29 K auftrat. Durch Analyse im Hinblick auf die diamagnetischen Eigenschaften erkannte man, daß das Supraleitungsvolumenverhältnis 30% betrug, was eine Verbesserung hinsichtlich des Supraleitungsvolumenverhältnisses über die herkömmlich berichteten 10% bedeutet.

[Beispiel 4]

Das in Beispiel 3 erhaltene C&sub6;&sub0; wurde mit einem Mörser vollständig pulverisiert anschließend wurden 8,5 mg davon mit 4 mg Rubidium vermischt. Die so erhaltene Mischung wurde in ein Quarzglasröhrchen gegeben, das bei einem Heliumdruck von 93,3 kPa (700 Torr) abgedichtet und anschließend bei 390ºC für 74 h wärmebehandelt wurde. Nach der Abkühlung wurden SQUID-Messungen durchgeführt zur Aufdeckung der magnetischen Eigenschaften. Es wurde dadurch bestätigt, daß der Meissner-Effekt auftritt und daß der Supraleitfähigkeitsübergang bei 29 K auftritt. Durch Analyse im Hinblick auf die diamagnetischen Eigenschaften wurde festgestellt, daß das Supraleitungsvolumenverhältnis 20% betrug.

[Beispiel 5]

8,5 mg des in Beispiel 3 erhaltenen C&sub6;&sub0; wurden mit 4 mg Rubidium vermischt, anschließend wurde die Mischung in ein Quarzglasröhrchen gegeben, das Röhrchen wurde bei einem Heliumdruck von 93,33 kPa (700 Torr) abgedichtet und danach bei 390ºC für 74 h wärmebehandelt Danach wurde auf Raumtemperatur mit einer Abkühlrate von 1 ºC/min abgekühlt. Anschließend wurden SQUID-Messungen zum Aufdecken der magnetischen Eigenschaften durchgeführt. Es wurde dadurch bestätigt, daß der Meissner-Effekt auftritt, und es wurde bestätigt, daß der Supraleitfähigkeitsübergang bei 29 K stattfindet. Durch Analyse im Hinblick auf die diamagnetischen Eigenschaften wurde festgestellt, daß das Supraleitungsvolumenverhältnis 20% beträgt.

[Beispiel 6]

Das in Beispiel 3 erhaltene C&sub6;&sub0;-Pulver wurde mit einem Mörser vollständig pulverisiert, 8,5 mg davon wurden in ein Quarzglasröhrchen gegeben und 1 mg Rubidium und 3 mg Cäsium hinzugefügt; danach wurde es abdichtend bei einem Heliumumgebungsdruck von 93,33 kPa (700 Torr) gehalten. Anschließend wurde ein Ultraschallverfahren darauf angewandt, bei 15ºC für 1 h, um die Probe vollständig zu vermischen. Die so erhaltene Probe wurde bei 390ºC für 74 h wärmebehandelt, anschließend wurde allmählich auf Raumtemperatur mit einer Abkühlrate von 1ºC pro Minute abgekühlt. Die SQUID-Messungen wurden durchgeführt und bestätigten den Meissner-Effekt und das Vorhandensein der Supraleitungsübergangstemperatur bei 33 K. Das Supraleitungsvolumenverhältnis betrug 60%.
Durch die obigen Beispiele 3 bis 6 wurde festgestellt, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein supraleitendes Material mit einem größeren Supraleitungsvolumen geschaffen wurde.

Claims

1. Supraleitendes Material, das ein mit einem ersten Alkalimetall dotiertes Fulleren enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Fulleren gleichfalls mit einem zweiten Alkalimetall dotiert ist, wobei der Ionenradius des ersten Alkalimetalls kleiner als der des zweiten Alkalimetalls ist und wobei das zweite Alkalimetall auf Zwischengitterplätzen des Fullerens zugegen ist.

2. Supraleitendes Material nach Anspruch 1, bei dem das Supraleitungsvolumenverhältnis 30 % oder mehr beträgt.

3. Supraleitendes Material nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Übergangstemperatur wenigstens 31 K ist.

4. Supraleitendes Material nach Anspruch 1, bei dem das erste Alkalimetall Rubidium (Rb) und das zweite Alkalimetall Cäsium (Cs) ist.

5. Supraleitendes Material, das ein Fulleren enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es Rubidium und Cäsium als Dotiermittel aufweist.

6. Supraleitendes Material nach Anspruch 5, bei dem dann, wenn die chemische Zusammensetzung von Rubidium (Rb), Cäsium (Cs) und Fulleren (Cn) als RbxCsyCn ausgedrückt wird, x und y die Gleichung x+y=3 erfüllen und n eine natürliche Zahl ist.

7. Supraleitendes Material nach Anspruch 6, bei dem x kleiner als y ist.

8. Supraleitendes Material nach Anspruch 6, bei dem x = 1 und y = 2 ist.

9. Supraleitendes Material nach Anspruch 6, bei dem x = 2 und y = 1 ist.

10. Supraleitendes Material nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Fulleren C&sub6;&sub0; ist.

11. Verfahren zum Herstellen eines supraleitenden Materials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens einen der folgenden Verfahrensschritte aufweist:

Mischen des Fullerens und des ersten und zweiten Alkalimetalls durch Ultraschall vor einer Wärmebehandlung;

feines Pulverisieren des Fullerens vor dem Mischen mit den ersten und zweiten Alkalimetallen;

Tempern bzw. Glühen eines gesinterten Körpers aus einer Mischung des Fullerens und des ersten und zweiten Alkalimetalls durch Erwärmen und allmähliches Abkühlen des gesinterten Körpers, wodurch man es den Alkalimetallen ermöglicht, während der Temperbehandlung in die Zwischengitterplätze des Fullerens einzutreten.