بخشی از مقاله

چکیده
تاثیر افزودن نقره بر خواص الکتریکی و الگوي پراش اشعه ایکس روي ابررسانايBi-2223 مورد بررسی قرار گرفت.نشان دادیم که افزایش نسبت درصد وزنی مختلف Ag در Bi-2223 که با روش اندرکنش حالت جامد تهیه شده بود، روي منحنی R-T اثر گذاشته است. بهینه درصد وزنی از نقره ، بطوریکه تاثیر عمده روي ساختار کریستالی Bi-2223 نگذارد، 10% به دست آمد. با الگوي پراش اشعه ایکس درصدهاي وزنی مختلف از 5 تا 30 درصد مطالعه گردید.

نتایج به دست آمده نشان میدهد که با افزایش مقدار Ag، مقاومت حالت نرمال نمونه ها کاهش می یابد.

مقدمه
کاربرد تکنولوژیکی BPSCCO به علت شکنندگی و ترد بودنش،محدود است. براي غلبه بر این محدودیت می توان از عمل دوپینگ کردن نقره بصورت دانه گذاري استفاده کرد. این عمل باعث انعطاف پذیري نسبی ماده حاصله خواهد شد، در نتیجه در کاربرد ساخت سیم ها و نوارهاي ابررسانا نقش بسزایی ایفا خواهد کرد.

ابررساناهايBPSCCO معمولا داراي دو فاز معروف 2212 و 2223 می باشند. در بررسی ها معمولا از نقش اصلی فاز 2223 براي ترابرد جریان بحرانی بالا صحبت می شود. در این پژوهش بالاترین نسبت وزنی دوپینگ نقره به نمونه ابررساناي BPSCCO مورد مطالعه قرار میگیرد. بطوریکه در تولید فاز 2223 و ساختار بلوري آن کمترین تاثیر را بگذارد. آنچه مسلم است دوپینگ نقره بصورت دانه گذاري باعث افزایش نقاط میخکوبی در ابررسانا نیز خواهد شد

براي ایجاد خاصیت انعطاف پذیري نسبی و افزایش نقاط میخکوبی، از دوپینگ نقره توسط ترکیب AgNo3 استفاده شده است. بنابراین مطالعه دوپینگ نقره همواره یکی از پژوهش هایی است که مورد توجه پژوهشگران این شاخه از فیزیک قرار می گیرد.

چنانچه مشاهده خواهید کرد، در این پژوهش با روش ساخت ابررسانا از طریق واکنش حالت جامد، با کمترین زمان ممکنه و همچنین فشار تک محوري، با کنترل سایر پارامترهاي ساخت ابررسانا به تولید این فاز از ابررسانا نائل شده ایم.

روش تجربی

براي تولید ابررساناي پایه بیسموت با فرمول ساختاري - Bi, Pb - 2 Sr2Ca2Cu3O10δ و همچنین عمل دوپینگ نقره از مواد اولیه - % Bi2O3 - Riedel _ deHa&e&n,99.5 و PbO - Riedel _ deHa&e&n,99% - و CuO - Merck,99% - , CaCO3 - Merck,98.5% - AgNo3 - Merck, Extra pure - , SrCo3 - Fluka, 98% - استفاده شد.

روش ساختی که ما در این مقاله بررسی کرده ایم، بر پایه واکنش حالت جامد است. بنابراین در این روش میزان گرمادهی ، زمان گرمادهی از فاکتورهاي بسیار مهم بنظر می رسد.همواره تولید فاز 2223 به علت وجود رقابت بین فاز 2223 و2212 مشکل می باشد. دراین روش تهیه از دوپینگ سرب نیز بهره جستیم تا رسیدن به فاز 2223 راحتتر انجام پذیرد.

با توجه به نسبت هاي استوکیومتري آمده در واکنش هاي زیر مواد اولیه را پس از عمل آبگیري توزین کرده و به مدت4 ساعت آسیاب می کنیم، بطوریکه ماده حاصله کاملا یکدست و همرنگ گردد و دانه هاي سفید رنگی در آن مشخص نباشد. عمل ترکیب مواد و پخت در سه مرحله اصلی صورت می گیرد.

مرحله اول:

مرحله آهکی شدن و دفع کربن بصورت CO2 در این مرحله از آسیاب کردن CaCO3 و CuO و SrCo3 شرکت دارند. پودر اکیسدهاي حاصله رابراي تولید قرص، توسط دستگاه پرس تک محوري تحت فشار3500 bar قرار می دهیم.قرص حاصله داراي قطر , 2. 8 cm ضخامت 0.3 mm است . قرص آماده شده را به مدت 48 ساعت در دماي 962 درجه سانتیگراد با رشد شیب دمایی 10 درجه بر دقیقه ، تحت هواي اتمسفر قرار داده و با دو مرحله آسیاب کردن میانی واکنش زیر را انجام می دهد.

مرحله دوم:

مرحله کلوخه شدن در این مرحله پیش ماده حاصله Ca2 Sr2Cu3O7 را دو باره آسیاب کرده و پس از توزین با توجه به معادله واکنش زیر و رعایت نسبت هاي استوکیومتري ، این بار Bi2O3 و PbO را اضافه می کنیم.مقدار استخلاف سرب در ترکیب بیسموت را براي - x=0.34 - در نظر گرفتیم، زیرا همواره این نسبت بالاترین میزان
تولید فاز 2223 را ایجاد می کند.[7] دو مرحله اي کردن افزودن Bi2O3 و PbO به علت پایین بودن دماي ذوب Bi2O3 است.

بدیهی است که Bi2O3  در دماي 962 درجه سانتی گراد ذوب شده و ساختار کریستالی ابررسانا ایجاد نخواهد شد . ترکیب آسیاب شده پیش ماده و Bi2O3 و PbO که بصورت پودر است ، در دماي 883درجه سانتیگراد و با رشد شیب دمایی 10 درجه بر دقیقه ، به مدت 5 دقیقه قرار می دهیم.ماده در این مرحله به رنگ کاملا سیاه در می آید. این ماده را دوباره تحت فشار 3500 bar قرار داده و قرص حاصله را در این مرحله 50 ساعت در دماي 845 درجه سانتیگراد وبا رشد شیب دمایی 10 درجه بر دقیقه با دو مرحله آسیاب کردن میانی قرار می دهیم.

مرحله سوم:

مرحله دوپینگ نقره در این مرحله از این خاصیت بهره می بریم که نیترات نقره در بالاي دماي 212 درجه سانتیگراد ذوب و مایع می شود و دماي 444 درجه سانتیگراد دماي جوش آن است. در دماي بالاي 450 سانتیگراد واکنش زیر صورت می پذیرد ، و نقره با خارج شدن NO2  12 O2  ، متبلور گشته و بصورت دانه دانه در ساختار ابررسانا ایجاد می گردد.

همین عمل باعث ایجاد افزایش نقاط میخکوبی گردیده وهمچنین منجر به انعطاف پذیري نسبی ابررسانا می شود

پس از پرس دوباره مطابق با شرایط دمایی مرحله کلوخه شدن ، یعنی در دماي843 درجه سانتیگراد و با رشد شیب دمایی 10 درجه بر دقیقه به میزان 16 ساعت در کوره قرار می گیرد. پس از خاتمه عمل پخت می توانیم ادعاي خود را در مورد ساخت ابررساناي - Bi, Pb - 2 Sr2Ca2Cu3O10δ − % Ag از طریق مطابقت با نقش پراش اشعه ایکس و همچنین نمودار - - R −T اثبات کنیم .

بحث و نتایج
مزیت عمل دوپینگ نقره با استفاده از AgNo3  بجاي پودر نقره، می توان در پروسه ذوب شدن AgNo3  در دماي 212 سانتیگراد عنوان کرد. زیرا با این عمل، نقره تقریبا بطور کامل در فضاي میان دانه اي ذوب و نهایتا منجمد می شود و فضاهاي میان دانه اي از حالت ابررسانا-عایق-ابررسانا، تبدبل به حالت ابررسانا-رسانا- ابررسانا می شود. با توجه به نمودار R-T در شکل 2، این حالت - ابررسانا-رسانا-ابررسانا - ، حتی از مقاومت فاز نرمال نمونه نیز
میکاهد، بهنظر میرسد پودر نقره به علت عدم ذوب شدگی قادر به پر کردن این فضاها نسبت به AgNo3 نباشد.[10] با توجه به هدف از انجام این تحقیق، به بررسی نتایج و آنالیز حاصل از طیف XRD که در شکل - 1 - آمده می پردازیم.

ما در پی آن میزان از درصد دوپینگ نقره هستیم که بیشترین مقدار را داشته باشد و شدت بیشتري از فاز 2223را حاصل کند.به وضوح مشخص است که در حالت دوپینگ نقره به میزان 10% شدت نسبی فاز2223، با توجه به پیک نقره بیشترمی شود.

چنان بنظر می رسد با افزایش میزان نقره به علت رخ دادن عمل ذوب AgNo3 ، شبکه 2223 تخریب و کم می شود. در برخی گزارشات از بهینه بودن میزان 20% دوپینگ نقره بحث می شود ولی باید توجه کرد این میزان دوپینگ با وارد کردن نقره بصورت پودر نقره انجام می گیرد، که پودر نقره مزیت AgNo3  را از نظر نفوذ در فضاي میان دانه اي را ندارد.

شکل: 1 الگوي پراش x  براي در صدهاي مختلف دوپینگ Ag .با اندیس L براي فاز 2212 و براي 2223 بدون اندیس گذاري نشان داده شده است.

در پی تایید میزان 10% دوپنیگ، نمودار R-T نمونه بدون نقره را با نمونه تایید شده را در شکل - 2 - آورده ایم.

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