بخشی از مقاله
چکیده
هر چند نزدیک به دو دهه از کشف ابررساناي پایه بیسموت می گذرد و تأثیر جانشین سازي عناصر بسیاري بر آن مورد بررسی قرار گرفته است ولی به نظر می رسد که تأثیر عنصر Cd بر ابررساناي پایه بیسموت تا کنون صورت نگرفته باشد. در این مقاله ابررساناي - که در آن x+z=0/4 میباشد به روش واکنش حالت جامد تهیه و تأثیر زمان پخت و مقدار آلایش کادمیم را بر چگالی جریان بحرانی و دماي بحرانی بررسی نمودیم. نتایج نشان میدهند که با افزایش زمان پخت و مقدار کم آلایش کادمیم چگالی جریان بحرانی، دماي بحرانی و مقدار فاز - 2223 - ابررساناي پایه بیسموت بهبود مییابند. بیشترین چگالی جریان بحرانی مربوط به نمونه با زمان پخت 270 ساعت و آلایش کادمیم به مقدار 0/04 می باشد.
مقدمه
ابررساناهاي با دماي گذار بالا به خصوص فاز - Bi– 2223 - بهخاطر دماي بحرانی بالا و هچنین قابلیت بالا براي کاربردهایی که نیاز به چگالی جریان بحرانی بالا دارند، بسیار مورد توجه است]١.[ هر چند ابررساناهاي با دماي گذار بالا نسبت به ابررساناهاي با دماي گذار پائین داراي چگالی جریان بحرانی بیشتري می باشند، ولی ابررساناهاي سرامیکی به علت طبیعت دانهاي و اتصال هاي ضغیف دانهها، معمولاً از چگالی جریان بحرانی کمی برخوردار هستند2] و .[3 از آنجا که خواص الکتریکی و مغناطیسی ابررساناهاي سرامیکی به دانهها واتصالهاي
بین آنها بستگی دارند، براي هر چه بهتر شدن این ارتباطات بین دانهاي یکی از روش ها آلاییدن آنها به مواد دیگر است .[7-4] دراین مقاله براي اولین بار با آلایش کادمیم درابررساناي Bi1.6PbxCdzSr2Ca2Cu3Oy ، که درآن x+z=0/4 است نمونه هایی ازآن ساخته و با روش استاندارد چهار میلهاي، چگالی جریان بحرانی و دماي بحرانی محاسبه گردید.
شرح آزمایش و نتایج اندازه گیريها
براي ساخت نمونه هاي Bi1.6PbxCdzSr2Ca2Cu3Oy مقادیر معینیاز پودرهاي اولیه
CdO , SrCO3, CaCO3, CuO , PbO و Bi2O3 با درجه خلوصبالا و استوکیومتري مناسب وزن شدند. پس از مخلوط کردنپودرها به مدت یک ساعت آسیاب شدند. . نتایج به دست آمده از نمونه هاي ساخته شده با مقدار - - z کادمیم به میزان 0/05 ، 0/1،0/15، 0/2، 0/25، 0/3، 0/35 و 0/4 نشان داد که فقط نمونه باz = 0/05 در بالاي دماي ازت مایع ابررسانا می باشد. در نتیجه اقدام به ساخت ده نمونه با مقدار کادمیم - z - به میزان 0/01 ، 0/02، 0/03، 0/04، 0/05، 0/06، 0/07، /08، 0/09 و 0/1 و مقدار سرب - - x به میزان0/39، 0/38، 0/37، 0/36، 0/35، 0/34، 0/33، 0/32، 0/31، و 0/3 تهیه نموده و درون بوتههایی از جنس آلومینا ریخته و آنها درون کورة الکتریکی قرار گرفتند. براي پیشگیري از تشکیل فازهاي اضافی در طول فرایند با استفاده از روش واکنش حالت جامد، عمل تکلیس که شامل یک گرما دهی در دماي 820 درجه سانتیگراد می باشد، به مدت 15 ساعت انجام گرفت. پودرهاي تکلیس شده به مدت یک ساعت آسیاب شدند و پس از گرفتن الگوي پراش از آنها، تحت فشار 10 تن میله هایی تهیه و درون کوره قرار گرفتند و مرحله کلوخه سازي انجام شد. پس از پایان مرحله کلوخه سازي، بر روي نمونهها آزمایش اثر مایسنر در دماي ازت مایع صورت گرفت. اکثر نمونهها این اثر را به خوبی نمایش دادند. سپس در چهار نقطه، سیم به دور میله ها پیچیده شد و جهت بر قراري هر چه بهتر اتصال، ازچسب نقره استفاده گردید. با استفاده از روش استاندارد چهارمیله، چگالی جریان بحرانی و همچنین دماي بحرانی نمونه ها اندازه گیري شدند. شکل 1 چگالی جریان بحرانی نمونههاي آلایش داده شده با کادمیم را بر حسب
مقادیر کادمیم - z - براي زمان پخت 270 ساعت نشان میدهد. همان طور که از نمودار مشاهده میشود، بیشترین چگالی جریان بحرانی مربوط به نمونه با مقدارz =0/04 می باشد. در شکلهاي 2 و 3 به ترتیب تأثیر زمان پخت بر روي مقاومت الکتریکی حالت عادي و تأثیر درصد آلایش کادمیم بر روي مقاومت در زمان پخت یکسان با مقادیر متفاوت کادمیم را نشان میدهند. شکل 4 دماي بحرانی نمونههاي آلایش داده شده بر حسب کادمیم را براي زمان پخت 180 ساعت نشان می دهد. براي نشان دادن تأثیر زمان پخت بر ابررساناي بیسموت با آلایش سرب و کادمیم ، نمودارهاي R/R200 برحسب دما براي آلایش کادمیم به مقدار z = 0/04 با زمانهاي پخت 90 و 180 ساعت در شکل 5 نشان داده شدهاند.
نتیجه گیري
دراین مقاله، نتایج حاصل از تأثیر آلایش کادمیم و زمان پخت برچگالی جریان بحرانی وهمچنین دماي بحرانی ابررساناي Bi1.6PbxCdzSr2Ca2Cu3Oy با مقادیر - z,x - برابر با /39 - ، - 0/01، 0/38 - ،0/02 - ، - 0/37 ،0/03 - ، - /36 ،0/04 - ، 0/ 35 - ، 0/05 - ، - 0/34 ، 0/06 - ، 0/33 - ، - 0/07 ،
شکل 1 چگالی جریان بحرانی نمونه هاي آلایش داده شده بر حسب مقدار
کادمیم با زمان پخت 270 ساعت. 0/32 - ، 0/08 - ، 0/31 - ، - 0/09 و 0/3 - ، - 0/1 مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی نمودارهاي چگالی جریان نمونهها نشان داد که بیشترین چگالی جریان بحرانی مربوط به نمونه Bi1.6Pb0.36Cd.04Sr2Ca2Cu3Oy می باشد، به طوري که با افزایش مقدار کادمیم تا 0/04، چگالی جریان بحرانی افزایش مییابد. به نظر می رسد که علت این افزایش قرار گرفتن کادمیم بین دانه ها و در نتیجه افزایش مراکز میخکوبی شار باشد. وقتی مقدارکادمیم بیشتر از 0/04 میشود فازهاي ثانویه مانند Bi - 2212 - و Bi - 2201 - در نمونه زیاد می شود که اینفازها نقش اتصالهاي ضعیف را بازي میکنند و چگالی جریان بحرانی کاهش می یابد.
شکل 2 نمودار تغییرات ولتاژ - V - بر حسب جریان - I - براي زمانهاي پخت علاوه بر آن، با افزایش زمان پخت، چگالی جریان بحرانی در یک نمونه با مقدار معین کادمیم افزایش می یابد، علت آن بهبود خواص بین دانهها وافزایش مراکز میخکوبی است. با افزایش مراکز میخکوبی، انرژي میخکوبی نیز زیاد شده و نیروي متوسط وارده به فلاکسوییدها براي جدا شدن از مراکز میخکوبی زیاد می شود، که این موضوع با نتایج چگالی جریان بحرانی کاملا سازگار است.
شکل 3 نمودار تغییرات ولتاژ - V - بر حسب جریان - I - براي مقادیر متفاوت
از شکل 2 که تغییرات ولتاژ - V - بر حسب جریان - I - را براي نمونه ها در دماي اتاق نشان می دهد، مشاهده می شود که مقاومت حالت عادي نمونه با افزایش زمان پخت کاهش می یابد که علت آن بهتر شدن اتصال بین دانهها در نمونه می باشد. از شکل3 که تغییرات V بر حسب I را براي نمونهها در دماي اتاق نشان میدهد نتیجه گرفته می شود که هر چه مقدار کادمیم بیشتر می شود، مقاومت حالت عادي نمونه ها افزایش می یابد، زیرا با وارد کردن بیش از حد اکسید کادمیم در نمونهها فازهاي نا خواسته دیگري به وجود می آید که این فازها باعث ضعیف شدن اتصال بین دانهاي میشوند. در نتیجه مقاومت الکتریکی حالت عادي افزایش می یابد.
