【引言】
基于YBa2Cu3O7-δ化合物的超材料塊狀單晶超導(dǎo)體對(duì)于實(shí)際應(yīng)用有著非常重要的意義，因此科學(xué)家們對(duì)它進(jìn)行了深入的導(dǎo)體研究。目前來看，空氣所有高溫超導(dǎo)體系列都容易受到環(huán)境因素(如大氣水分)的中氧影響而發(fā)生降解。腐蝕過程不僅對(duì)環(huán)境敏感，化行而且對(duì)超導(dǎo)體的研究微觀結(jié)構(gòu)也很敏感。YBCO塊體單晶材料是超材料由YBa2Cu3O7-δ單晶與YBaCuO5粒子組合而成的復(fù)合體，最近，導(dǎo)體有學(xué)者研究了YBCO大塊單晶超導(dǎo)體與濕潤空氣反應(yīng)引起的空氣腐蝕行為。
【成果簡介】
近日，中氧斯洛伐克實(shí)驗(yàn)物理研究院的化行Pavel Diko (通訊作者)等人在J. Am. Ceram. Soc.上發(fā)布了一篇關(guān)于高溫超導(dǎo)體的文章，題為“Corrosion of YBCO bulk superconductor in air”。研究本文研究了YBCO大塊單晶超導(dǎo)體氧化裂紋表面與濕潤空氣反應(yīng)引起的超材料腐蝕行為。作者通過在空氣中暴露的導(dǎo)體(001)表面上進(jìn)行X射線光電子發(fā)射光譜實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了氧鍵與氫氧化鋇相關(guān)。空氣樣品的熱分析和質(zhì)譜顯示樣品在加熱過程中氫氧化鋇水合物分解引起了水的釋放。樣品的重量隨時(shí)間的變長而增加，這與在氧化裂紋表面形成氫氧化鋇相有關(guān)。 最后，作者用掃描電子顯微鏡觀察加熱時(shí)這些相的形態(tài)變化。
【圖片導(dǎo)讀】
圖1 YBCO單粒樣品頂面的宏觀結(jié)構(gòu)
圖2 樣品重量與空氣中暴露時(shí)間的關(guān)系圖
在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)中觀察到的相關(guān)性清楚地顯示了樣品在空氣中暴露約30小時(shí)后腐蝕過程的變化，這種變化表現(xiàn)為質(zhì)量急劇增加，然后是較高的測(cè)量依賴性斜率。研究結(jié)果表明，含氧樣品中重量的增加與通過氧化裂解產(chǎn)生的內(nèi)表面有關(guān)。
圖3 經(jīng)氧化后樣品的微觀結(jié)構(gòu)
光學(xué)顯微鏡顯微照片，在拋光和蝕刻(100)樣品表面上看到的裂紋。
圖4 SEM照片
(a) 氧化后的裂紋樣品顯示出光亮的(001)表面；
(b) 在空氣中樣品暴露24小時(shí)后，內(nèi)部a/b裂紋上的顆粒；
(c) 60天后出現(xiàn)較大的盤狀顆粒；
(d) 暴露1年后觀察到顆粒的生長和團(tuán)聚現(xiàn)象。
圖5 YBCO散裝樣品的質(zhì)譜分析圖
(a) 在水中等溫停留；
(b) 在氧氣中等溫停留。
圖6 樣品SEM圖像
(a) 75°C氬氣中退火后大顆粒的形狀變化；
(b) 500℃退火后，在內(nèi)部a/b裂縫上以片狀形式熔化并結(jié)晶的氫化鋇；
(c) 500℃退火樣品的新裂開的(001)表面上觀察到a/c裂縫的氫氧化鋇流出；
(d) 更高放大倍數(shù)下的氫氧化鋇形態(tài)
(e) 氫氧化鋇小丘的EDAX點(diǎn)譜。
【小結(jié)】
本文系統(tǒng)地研究了YBCO單顆粒超導(dǎo)體在空氣中的腐蝕行為。樣品重量對(duì)暴露時(shí)間的依賴性表明腐蝕過程的變化是由急劇增加的較高斜率來證實(shí)。暴露在空氣中的（001）表面上進(jìn)行XPS譜實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了氧鍵與氫氧化鋇有關(guān)。掃描電子顯微鏡觀察證明，腐蝕效應(yīng)是由在氧化裂紋表面形成氫氧化鋇水合物引起的，同時(shí)表征了在樣品加熱時(shí)這些水合物的形態(tài)變化。
文獻(xiàn)鏈接：Corrosion of YBCO bulk superconductor in air (J. Am. Ceram. Soc., 13 March, 2018 , DOI: 10.1111/jace.15525）
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