Magnesiumdiborid
Magnesiumdiborid ist eine intermetallische Verbindung, welche die aktuell höchste Sprungtemperatur (39 K) unter den metallischen Supraleitern aufweist. Dies ist fast eine Verdoppelung zu dem bis dahin bekannten Spitzenreiter (Niobgermanium, Nb3Ge, bei 23 K). Diese Eigenschaft wurde erst 2001 von dem japanischen Wissenschaftler Jun Akimitsu entdeckt, obwohl Magnesiumdiborid schon seit über 60 Jahren bekannt und einfach herzustellen ist (jedoch nicht in reiner Form).[2][3]
| Kristallstruktur | ||||||||||||||||
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| _ Mg _ B | ||||||||||||||||
| Allgemeines | ||||||||||||||||
| Name | Magnesiumdiborid | |||||||||||||||
| Andere Namen |
Magnesiumborid | |||||||||||||||
| Verhältnisformel | MgB2 | |||||||||||||||
| Kurzbeschreibung |
geruchloses dunkelgraues bis schwarzes Pulver[1] | |||||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | ||||||||||||||||
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| Eigenschaften | ||||||||||||||||
| Molare Masse | 45,93 g·mol−1 | |||||||||||||||
| Aggregatzustand |
fest | |||||||||||||||
| Schmelzpunkt | ||||||||||||||||
| Löslichkeit |
nahezu unlöslich in Wasser[1] | |||||||||||||||
| Sicherheitshinweise | ||||||||||||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). | ||||||||||||||||
Gewinnung und Darstellung
BearbeitenBereits 1914 wurde über die Darstellung eines Magnesiumborid berichtet, das durch das Erhitzen von amorphem, fein verteiltem Bor mit Magnesiumpulver bis zur Rotglut in einem Wasserstoffstrom entstand. Die gleiche Verbindung wurde bei der Reaktion von Magnesium mit Bortrioxid neben Magnesiumoxid beobachtet.[4]
Herstellung von reinem Magnesiumdiborid
BearbeitenDie Herstellung von reinem Magnesiumdiborid, wie es für Supraleiter benötigt wird, ist aufwendig. Da Magnesium bei 650 °C, Bor jedoch erst bei über 2000 °C schmilzt (dort ist Magnesium schon gasförmig), ist eine Herstellung von Magnesiumdiborid durch Einschmelzen nicht möglich. Stattdessen werden die beiden Ausgangsstoffe bei 900 °C zusammengebracht, also bei einer Temperatur, bei der Magnesium noch nicht siedet. Der dennoch auftretende Magnesiumdampf diffundiert in das Bor, wo sich leicht auslösbare Magnesiumdiboridkügelchen bilden. In einem ähnlichen Verfahren können dünne Drähte hergestellt werden.
Ebenfalls möglich ist die Abscheidung von Dünnschichten von Magnesiumdiborid durch Reaktion von Magnesiumdampf in einer Wasserstoffatmosphäre mit Diboran.[5]
Eigenschaften
BearbeitenMagnesiumdiborid ist ein geruchloses dunkelgraues bis schwarzes Pulver.[1] Untersuchungen zu Magnesiumdiborid wurden erstmals 1954 von Jones und March veröffentlicht. Dieses bislang metallreichste Magnesiumborid (daneben sind bis zum jetzigen Zeitpunkt in der Literatur mit MgB4, MgB7, MgB12 und MgB20 vier weitere binäre Magnesiumboride bekannt) kristallisiert im Aluminiumdiboridtyp in der Raumgruppe P6/mmm (Raumgruppen-Nr. 191) und den Gitterkonstanten a = 3,0834(3) Å und c = 3,522(2) Å. Dabei bilden die Boratome in der ab-Ebene ein graphitartiges Netz aus planaren kantenverknüpften Sechsringen, wobei die Magnesiumatome sich jeweils ober- und unterhalb der Ringzentren befinden und die Boratome trigonal prismatisch von diesen umgeben werden.[4]
Literatur
Bearbeiten- Paul Canfield, Sergey L. Bud'ko: Heiße Aussichten für Tieftemperatursupraleiter. In: Spektrum der Wissenschaft. Nr. 6, 2005, S. 56ff.
- Gunnar Moos: Zur Dynamik niederenergetischer Elektronen in metallischen Festkörpern. Dissertation, FU Berlin 2003 (Kapitel 5: Elektronendynamik in Magnesiumdiborid (PDF; 433 kB), urn:nbn:de:kobv:188-2003000435).
Einzelnachweise
Bearbeiten- ↑ a b c d e f Datenblatt Magnesiumdiborid bei Alfa Aesar, abgerufen am 1. Februar 2013 (Seite nicht mehr abrufbar)..
- ↑ Andrea Naica-Loebell: Neuer Supraleiter Magnesiumdiborid. Telepolis, 27. Februar 2001, abgerufen am 16. Januar 2012
- ↑ Andrea Naica-Loebell: Die Mechanismen der Supraleitung bei Magnesiumdiborid. Telepolis, 6. Juni 2001, abgerufen am 16. Januar 2012
- ↑ a b Ruth Schmitt: Binäre und ternäre Boride der Erdalkalimetalle : Synthesen, Kristallstrukturen und Eigenschaften. 2006, urn:nbn:de:bsz:21-opus-22651 (Dissertation, Universität Tübingen, 2006).
- ↑ Veronika Winkler: Magnesiumdiborid nimmt eine weitere Hürde - Herstellung von supraleitenden Filmen hoher Qualität. Neue Zürcher Zeitung, 18. September 2002, abgerufen am 18. September 2014.