بخشی از مقاله

چکیده

در این مقاله، ابررساناي Bi1.64Pb0.36Sr2Ca2-xCdxCu3Oy با 0/1 و 0/03 ،x= 0/0 به روش واکنش حالت جامد تهیه و تأثیر دماي پخت و مقدار آلایش نانوذرات اکسید کادمیوم بر دماي بحرانی آن بررسی گردید. نتایج نشان میدهند که بیشترین دماي بحرانی مربوط به نمونههاي ابررسانا با x=0/03 درصد اکسید کادمیوم و دما و زمان پخت بهترتیب 845°C و 270 ساعت میباشد.

مقدمه

از زمان کشف ابررساناي دماي بالاي Bi2Sr2Ca2Cu3Oy در سال 1986، تحقیقات گستردهاي براي بهبود خواص ابررسانایی آن انجام شده است. یکی از عواملی که بهطور گسترده انجام گرفت، اثر جانشینی عناصر مختلف در این ساختار میباشد. مهمترین عنصر افزودهشده Pb است. جایگزینی Pb در جایگاه Bi باعث افزایش شکل گیري و پایداري بیشتر فاز 2223 میشود. با توجه به اینکه تاکنون کارهاي گزارششده، روي اثر جانشینی توده اکسید کادمیوم بر ابررساناي پایه بیسموت بودهاست3]و[4، در این مقاله اثر نانوذرات اکسید کادمیوم با مقادیر متفاوت کادمیوم 0/1 و 0/03 ،x= 0/0 بر ابررساناي فاز Bi-2223 مورد بررسی قرار گرفتهاست. ابررساناي Bi1.64Pb0.36Sr2Ca2-xCdxCu3Oy با 0/1 و 0/03 ،x= 0/0 به روش واکنش حالت جامد با زمانهاي پخت 90، 180 و 270 ساعت تهیه و تأثیر اکسید کادمیوم بر روي ریزساختار و دماي بحرانی این ابررسانا مورد بررسی قرار گرفته است.
 شرح آزمایش و اندازهگیريها
تمام نمونههاي مورد تحقیق در این مقاله به روش واکنش حالت جامد ساخته شدهاند. در ابتدا با توجه بهفرمول Bi1.64Pb0.36Sr2Ca2-xCdxCu3Oy با 0/1 و 0/03 ،x= 0/0 مقادیر استوکیومتري از مواد , Bi2CO3 , SrCO3 , CaCO3 , CuO PbO و نانوذرات CdO با خلوص بالاي 99/99 با یکدیگر مخلوط و سپس بهمدت یک ساعت آسیاب شدند. پودر حاصل به- منظور خروج گازهاي CO2 و شکلگیري فازهاي اولیه، تحت عمل تکلیس در اتمسفر هوا تا دماي 820°C حرارت داده و به-مدت 15 ساعت در این دما نگه داشته شد. پودرهاي تکلیس شده، مجدداً بهمدت یک ساعت آسیاب شدند و تحت فشار 540 مگا پاسکال بهشکل نمونههاي میلهاي در آمدند و دوباره تحت اتمسفر هوا و در دو دماي متفاوت 825°C و 845°C جهت کلوخه سازي بهمدت 90، 180 و 270 ساعت حرارت داده و در نهایت تا دماي اتاق به آرامی سرد شدند. پس از پایان مرحله کلوخه سازي، بر روي نمونهها آزمایش اثر مایسنر در دماي ازت مایع صورت گرفت. هیچ یک از نمونههاي تهیه شده در دماي 825°C اثر مایسنر را نشان ندادند، اما اکثر نمونههاي تهیه شده در دماي 845°C بهجز نمونه x 0 /1 این اثر را بهخوبی نمایش دادند. آنالیز حرارتی DTA براي تعیین تغییر فاز از مواد اولیهي نمونهها توسط دستگاه STA مدل 503 ساخت آلمان گرفته شد. با استفاده از روش استاندارد چهار میلهاي، دماي بحرانی نمونهها اندازهگیري شد. براي بررسی میزان فازهاي تشکیل شده در نمونههاي تهیهشده، از نمونه- هاي ساختهشده توسط دستگاه XRD مدل PW1840 ساخت شرکت فیلیپس، الگوي اشعه x نمونهها گرفته شد.

بحث و نتایج
براي تعیین دماهاي واکنش و ذوب شدگی پودرهاي اولیه، منحنیهاي DTA با حرارت دادن مواد اولیهي نمونهها با آهنگ 10°C در هوا انجام گرفت. شکل 1 نتایج این آزمایش را براي نمونههاي 0/1 ،x=0/03 و خالص را نشان میدهد. واکنشهاي اصلی بین دماي 700 تا 900°C رخ میدهد. قله اول که در شکل  1  نشان دادهشده، یک قله گرمازا میباشد، که مربوط واکنش مواد در طی فرآیند بلوري شدن است. با افزایش مقدار CdO، شدت این قله بیشتر شده است، کهاحتمالاً بهعلت تشکیل فازهاي Bi-2212 و Bi-2201 در طی فرآیند میباشد . در ناحیهي دمایی 800 تا 900°C دو پیک گرماگیر مشاهده میشود. اولین قله گرماگیر مربوط به دماي پخت نمونه است. از اینرو، این قله به ذوب شدگی
جزئی پودرها مربوط خواهد بود. بهعلاوه، این قله نشان میدهد که دماي پخت نمونهها فقط کمی پایینتر از دماي ذوب شدگی جزئی قرار میگیرد. دومین قله گرماگیر را میتوان به تجزیه فاز -2212 Bi و حضور فاز مایع نسبت داد. دماي پخت پایین - 825°C - ، به- علت غیاب فاز مایع مورد نیاز براي رشد ساختار میکروسکوپی، موجب کاهش دماي بحرانی میشود. در صورتی که دماي بالاتر - 845°C - موجب افزایش فاز ابررسانایی شده، که بهطور قوي مرز دانههاي ابررساناي Bi-2223 را بهم متصل میکند.

شکل    2   الگوهاي   پراش   نمونههاي   ابررساناي
Bi1.64Pb0.36Sr2Ca2-xCdxCu3Oy، با 0/1 و 0/03، x=0/0، با زمان پخت 270 ساعت را نشان میدهد. درصد فازهاي Bi-2223، Bi-2212 و Bi-2201، موجود در نمونهها از الگوهاي پراش محاسبه شد، و نتایج حاصل از این محاسبه در جدول 1 نشان داده شدهاست. از جدول 1 بهخوبی مشاهده میشود که بیشترین درصد تشکیل فاز ابررساناي Bi-2223 مربوط به نمونه با مقدار x= 0/03 نانوذرات اکسید کادمیوم میباشد، حضور درصد کمتري از فازهاي Bi-2212 و Bi-2201 در نمونهي x=0/03 میتواند باعث بهبود جفت شدگی بین دانهاي شود.

شکل 3، نمودار تغییرات مقاومت ویژه بر حسب دماي بحرانی
براي نمونههاي آلایش داده شده با نانوذرات اکسید کادمیوم 0/1 و 0/03 ،x= 0/0 با زمان پخت 270 ساعت، نشان میدهد که همه نمونهها در حالت عادي رفتار فلزگونهاي دارند و با کاهش دما مقاومت آنها کاهش مییابد. همه نمونهها بهجزء نمونه x=0/1 یک گذار به حالت ابررسانایی را در مقاومت صفر بالاي دماي ازت مایع نشان میدهند. جدولهاي 2 تا 4، نتایج اندازهگیري دماي بحرانی نمونههاي تهیه شده با زمانهاي پخت 90، 180 و 270 ساعت، نشان میدهند که با افزایش نانوذرات اکسید کادمیوم، x=0/03، و طولانیتر شدن زمان پخت، بهعلت افزایش میزان فاز مایع، باعث بهبود دماي بحرانی میشود. اما با افزایش بیشتر نانوذرات اکسید کادمیوم، x=0/1، بهعلت افزایش درصد فازهاي ثانویه Bi-2212 و Bi-2201، با دماهاي بحرانی پایین - بهترتیب 85k و - 20k، خاصیت ابررسانایی بالاي دماي ازت مایع نشان می- دهند، قابل مشاهده نمیباشد.

شکل و جدولها

شکل - 1 منحنی DTA، از پودر اولیه نمونههاي الف:خالص ب:0/03 ج:0/1
 
شکل - 2 الگوي پراش نمونههاي تهیه شده در دماي 845°c و با زمان پخت 270 ساعت.

شکل - 3 نمودار -T، براي نمونههاي آلایش داده شده با نانوذرات اکسید کادمیوم 0/1 و 0/03 ،x= 0/0 در دماي 845°c با زمان پخت 270 ساعت.

جدول - 1 درصد فازهاي موجود در نمونههاي تهیه شده با دماي 845°c و زمان پخت 270 ساعت.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید