J. Am. Ceram. Soc.：YBCO超导体空气中氧化行为的研究

【引言】

基于YBa₂Cu₃O_7-δ化合物的块状单晶超导体对于实际应用有着非常重要的意义，因此科学家们对它进行了深入的研究。目前来看，所有高温超导体系列都容易受到环境因素(如大气水分)的影响而发生降解。腐蚀过程不仅对环境敏感，而且对超导体的微观结构也很敏感。YBCO块体单晶材料是由YBa₂Cu₃O_7-δ单晶与YBaCuO₅粒子组合而成的复合体，最近，有学者研究了YBCO大块单晶超导体与湿润空气反应引起的腐蚀行为。

【成果简介】

近日，斯洛伐克实验物理研究院的Pavel Diko (通讯作者)等人在J. Am. Ceram. Soc.上发布了一篇关于高温超导体的文章，题为“Corrosion of YBCO bulk superconductor in air”。本文研究了YBCO大块单晶超导体氧化裂纹表面与湿润空气反应引起的腐蚀行为。作者通过在空气中暴露的(001)表面上进行X射线光电子发射光谱实验，证实了氧键与氢氧化钡相关。样品的热分析和质谱显示样品在加热过程中氢氧化钡水合物分解引起了水的释放。样品的重量随时间的变长而增加，这与在氧化裂纹表面形成氢氧化钡相有关。 最后，作者用扫描电子显微镜观察加热时这些相的形态变化。

【图片导读】

图1 YBCO单粒样品顶面的宏观结构

图2 样品重量与空气中暴露时间的关系图

在半对数坐标中观察到的相关性清楚地显示了样品在空气中暴露约30小时后腐蚀过程的变化，这种变化表现为质量急剧增加，然后是较高的测量依赖性斜率。研究结果表明，含氧样品中重量的增加与通过氧化裂解产生的内表面有关。

图3 经氧化后样品的微观结构

光学显微镜显微照片，在抛光和蚀刻(100)样品表面上看到的裂纹。

图4 SEM照片

(a) 氧化后的裂纹样品显示出光亮的(001)表面；

(b) 在空气中样品暴露24小时后，内部a/b裂纹上的颗粒；

(c) 60天后出现较大的盘状颗粒；

(d) 暴露1年后观察到颗粒的生长和团聚现象。

图5 YBCO散装样品的质谱分析图

(a) 在水中等温停留；

(b) 在氧气中等温停留。

图6 样品SEM图像

(a) 75°C氩气中退火后大颗粒的形状变化；

(b) 500℃退火后，在内部a/b裂缝上以片状形式熔化并结晶的氢化钡；

(c) 500℃退火样品的新裂开的(001)表面上观察到a/c裂缝的氢氧化钡流出；

(d) 更高放大倍数下的氢氧化钡形态

(e) 氢氧化钡小丘的EDAX点谱。

【小结】

本文系统地研究了YBCO单颗粒超导体在空气中的腐蚀行为。样品重量对暴露时间的依赖性表明腐蚀过程的变化是由急剧增加的较高斜率来证实。暴露在空气中的（001）表面上进行XPS谱实验，证实了氧键与氢氧化钡有关。扫描电子显微镜观察证明，腐蚀效应是由在氧化裂纹表面形成氢氧化钡水合物引起的，同时表征了在样品加热时这些水合物的形态变化。

文献链接：Corrosion of YBCO bulk superconductor in air (J. Am. Ceram. Soc., 13 March, 2018 , DOI: 10.1111/jace.15525）

本文由材料人编辑部金属学术组jcfxs01供稿，材料牛编辑整理。

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