以固態反應法製備高熵氧化物及其電性研究

Study on conductivity of high-entropy oxides prepared by solid-state reaction method

任德育

指導教授 ： 葉均蔚

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2013年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2013.00123

摘要

本實驗探討8元高熵氧化物陶瓷的結構與電性，以期可以開發出新的高溫超導成分。在製程方面，以碳酸鹽/氧化物固態反應製備法取代學長使用的硝酸鹽溶液法。以傳統高溫超導氧化物Bi2Sr2Ca2Cu3O8來驗證，此法確實可成功獲得約相同臨界溫燒結塊材。
實驗成分的元素數目固定為8元，除6A的氧外，由1A到5A的金屬元素和過渡元素各選一個，再搭配任一元素為變數作為成分設計的邏輯。配置的原料粉末在經過兩次燒結之後，進行低溫電阻量測、X光繞射分析、SEM觀察及組成相的成分分析，以找出高溫超導的可能性。燒結氣氛有大氣及CO氣氛兩種。
結果顯示高熵氧化物陶瓷的平衡相數為3～5個（部分為殘留來源粉末相），遠低於Gibbs phase rule所預測的最大相數，顯示高熵效應；同時，大多數成分的試片呈現半導體或類半導體性質，推論其具有適當的能隙，且由於多元離子的參雜，提供許多額外能階及增加載子濃度。
此外，挑選具有特徵電性的成分再做進一步的實驗，包括低電阻率的成分以及具驟降電阻的成分，以期能發現新的超導成分。
雖然本實驗尚未能做出高溫超導新材料，但由各試片所呈現的半導體行為，相信透過配比摻雜以及氣氛燒結的改進，應很有機會使半導體轉為超導態。

關鍵字

高熵 ； 陶瓷 ； 電性 ； 超導

參考文獻

高溫超導體之發展現況與未來展望，國科會科技資料中心 (1989).

張毓倫，“以硝酸鹽溶液法製備多元高熵氧化物塊材之研究”，碩士論文，國立清華大學材料科學工程研究所 (2008).

葉冠成，“利用硝酸溶液法製備多元高熵氧化物及其電性之研究”，碩士論文，國立清華大學材料科學工程研究所 (2006).

C.C. Tung, J.W. Yeh, T.T. Shun,S.K. Chen, Y.S. Huang, and H.C. Chen, Materials Letters, 61, 1 (2006).

C.A. Reynolds, B.Serin, W.H. Wright, and L.B. Nesbitt, Phys. Rev., 78, 487 (1950).