[科普中国]-钇钡铜氧

钇钡铜氧，或称钇钡铜氧化物、YBCO，是化学式为YBa2Cu3O7的化合物。它是著名的高温超导体，属于第二类超导体，并且是第一个制得转变温度在液氮沸点以上的材料。

历史在发现超导性后的第75年，在苏黎世IBM工作的约翰内斯·贝德诺尔茨和卡尔·米勒发现特定的半导体氧化物可以在低于35K的温度下显示出超导性，特别是镧钡铜氧化物，一种缺氧钙钛矿型的潜在材料。

在此基础上，1987年，亨茨维尔亚拉巴马大学的吴茂昆及其研究生（Ashburn和Torng），与休斯顿大学的朱经武和他的学生共同发现了钇钡铜氧，也因此引发了对新高温超导材料的研究热潮。

YBCO是首个超导温度在77K以上的材料，也就是说它的转变温度高于液氮的沸点，用相对便宜的液氮就可以冷却。之前发现的超导体都必须用液氦或液氢冷却（Tb= 20.28 K）。1

合成YBCO最早是通过在1000-1300K加热金属碳酸盐混合物制备的。

4BaCO3+ Y2(CO3)3+ 6 CuCO3→ 2 YBa2Cu3O{7-x}+ 13 CO2+ (3+x)O2

现在YBCO的制取以相应的硝酸盐和氧化物为原料。

YBa2Cu3O{7-x}的超导性质与x值（氧含量）很有关系，只有满足0≤x≤0.5的材料在Tc温度下有超导性，当x~0时其转变温度最高，为95K。

除了氧的计量比外，YBCO的性质也由结晶方式决定。在烧结YBCO时必须小心，因为YBCO是晶体材料，只有小心控制退火和淬火的温度和速度，校准晶界，才可以使其超导性达到最佳。

吴茂昆和同事提出了其他合成YBCO的方法，比如化学气相沉积（CVD）、溶胶-凝胶以及气溶胶法。这些方法在烧结时仍然需要小心。1

应用高温超导体有很多实际中的应用，例如可用作核磁共振成像、磁悬浮设施以及约瑟夫森结中的磁体。

主要有两个问题限制了YBCO在超导方面的应用：

第一，YBCO单晶有很高的临界电流密度，至于多晶则很低（保持超导态时仅能通过很小的电流）。这是由材料的晶粒界面造成：当晶界角大于约5°时，超导电流就无法越过界面。这个问题可由通过化学气相沉积制备薄膜或调准晶界得到改善。

第二，此类的氧化物材料很脆，以传统方法制成线状并不能很好地保留其超导性质。

另外，很多情况下大规模冷却物体至液氮的温度并不十分实际。1

YBCO的表面改性表面改性常会导致材料的新性质。表面改性的YBCO可衍生出许多性质，如抑制腐蚀、黏合聚合物、成核，制备有机超导体/绝缘体/高温超导体以及制备金属/绝缘体/超导体隧道结。

这些分子层状材料可用循环伏安法制备。目前已制得烷基胺、芳香胺和硫醇与YBCO形成的材料，它们稳定性不一。有理论认为在这其中胺扮演路易斯碱，与YBa2Cu3O7中路易斯酸性的Cu位点结合生成稳定的配位键。1

磁悬浮YBCO和其他超导体一样，在转变温度会发生迈斯纳效应。在该温度或低于该温度时，YBCO变为抗磁性，内部磁通量为零，磁力线无法进入超导体，超导体排斥体内的磁场。1

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学