بخشی از مقاله
چکیده:
ترکیبات بس بلوري ابررساناي NdBa2-xLaxCu3O7-δ به روش استاندارد پودر حالت جامد ساخته شده اند. توان گرما الکتریسیته،S، به صورت تابعی از دما و غلظت آلایش در بازه آلایش 0/0≤ x ≤ 0/3 مطالعه شده است. توان گرماالکتریسیته ترکیبات NdBa2-xLaxCu3O7-δ و Tmax دمایی که در آن S بیشینه است؛ با افزایش غلظت آلایش افزایش می یابند. تغییرات توان گرماالکتریسیته در دماي اتاق S290K برحسب آلایش نشان می دهد که با افزایش آلایش چگالی حاملهاي بار در صفحات بصورت خطی تا آلایش x =0 /2 کاهش می یابد و براي x ≥0 /2 آهنگ کاهش چگالی کمتر می شود.
مقدمه
بعد از گذشت دو دهه از کشف ابررساناهاي دماي بالا هنوز دلایل رفتار نا متعارف این مواد در حالت عادي مشخص نشده است. یکی از روشهاي مناسب براي بررسی این خواص اندازه گیري خواص ترابردي الکتریکی است. توان گرماالکتریسیته یکی از خواص بسیار حساس براي بررسی این رفتار غیر متعارف است؛ که اطلاعات مفیدي در باره خواص ترابردي حاملها ،توزیع بار و ساختار نواري در ابررساناهاي دماي بالا به ما می دهد. بر اساس مطالعات وسیع صورت گرفته روي توان گرماالکتریسته ي حالت عادي ابررساناهاي دماي بالا یک رابطه جهانی بین توان گرماالکتریسیته در دماي اتاق S290 K و چگالی حاملها به صورت زیراست:[1] که در آن p چگالی حفره ها در داخل صفحات CuO2 به ازاي هر اتم Cu است. اینرابطه براي 0/05 ≤ p ≤ 0/155 معتبر است. براي سایر مقادیر p از روابط دیگري استفاده می شود.
توان گرماالکتریسیته همچنین ابزار بسیار ساده اي جهتتشخیص سهم زنجیره هاي CuOx و صفحات CuO2 در خواص ترابردي ابررساناهاي دماي بالا در حالت عادي است.
بطوریکه سهم زنجیره هاي CuOx در توان گرماالکتریسیته داراي شیب مثبت در حالی که سهم صفحات CuO2 معمولا شیب منفی است.[5-1] در بین عناصر 2و3 ظرفیتی تنها عناصر Sr+2 و La+3 در جایگاه Ba+2 در ترکیبات 123 قرار می گیرند.[6] انتظار می رود با جانشانی La+3 در جایگاه Ba+2 چگالی حفره ها در صفحات CuO2 کاهش یابد زیرا الکترون اضافی به صفحات تزریق می کند. در این مقاله براي بررسی تغییرات جانشانی آلایش La+3 در جایگاه Ba+2 در ترکیبات NdBa2-xLaxCu3O7-δ با 0/0 ≤x ≤0/3 توان گرماالکتریسیته بصورت تابعی از دما و آلایشاندازه گیري شده است. از روي S290K چگالی حفره ها در داخل صفحات CuO2 تعیین می شود.
آزمایش
نمونه هاي NdBa2-xLaxCu3O7-δ با 0/0≤x≤0/3 به روش استاندارد پودر حالت جامد ساخته شدند. جهت ساخت از مواد اولیه BaCO3، Nd2O3، La2O3 و CuO با درجه خلوص بالا استفاده شده است. پودر مواد اولیه ابتدا با ترازو دیجیتالی - با دقت - 1/10000 وزن و سپس با دقت با هم مخلوط شدند. نمونه ها به صورت قرص سه بار به ترتیب در دماهاي 920،900و 920oC پخت شدند. در بین مراحل پخت قرصها آسیاب می شدند. براي بهینه کردن اکسیژن، نمونه ها در حضور اکسیژن به مدت 3 روز در دماي 460oC باز پخت شده و سپس با سرعت 12oC/hr تا دماي اتاق سرد شده است. پراش به روش پودر اشعه - XRD - X براي نمونه ها انجام گرفت. الگوي پراش مربوط به نمونه بدون آلایش - x=0 - و بالاترین غلظت آلایش - x=0/3 - در شکل 1 نشان داده شده است. نتایج XRD نشان می دهد که تمام نمونه ها تک فاز بوده و داراي ساختار 123 راست گوشه هستند.
توان گرماالکتریسیته با استفاده از یک نگهدارنده نمونه ها [7] که توانایی اندازه گیري همزمان دو نمونه را داشت در آزمایشگاه حالت جامدانیستیتو تکنولوژي رویال کشور سوئد صورت گرفت. از قرصهاي پخت شده نمونه هاي میله اي شکل به ابعاد 0/5×2/4×11mm3 جدا و توسط چسب نقره مستقیماً به دو بلوك مسی با دماهاي متفاوت متصل شدند. توسط دو گرم کننده مس نگهدارنده، یک گرادیان دمایی تناوبی در طول نمونه ایجاد می شود. براي تعیین توان گرماالکتریسیته در طی هر پریود اختلاف ولتاژ V به ازاي گرادیان هاي T متفاوت اندازه گیري می شود. شیب خط راست برازش شده به داده هاي V- T در هر پریود برابر توان گرماالکتریسیته ناشی از نمونه و سیمهاي مسی متصل به آن است. با تصحیح سهم سیمهاي مسی توان گرماالکتریسیته نمونه ها بدست می آید. براي اندازه گیري از یک گرادیان دماي برگشت پذیر کوچک تا 1/5Kاستفاده گردید.
نتایج و تحلیل داده ها
نتایج اندازه گیري توان گرماالکتریسیته به صورت تابعی از دما و تراکم آلایش براي نمونه هاي NdBa2-xLaxCu3O7-δ در شکل 2 نشان داده شده است. همانطور که در شکل دیده می شود افزایش غلظت آلایش منجر به افزایش توان گرماالکتریسیته می شود. توان گرماالکتریسیته S براي همه ي نمونه ها در تمام بازه هاي دمایی از دماي بحرانی ابررسانا تا دماي 300 K مثبت و با افزایش آلایش افزایش می یابد. در دماي اندکی بزرگتر از دماي بحرانی مقدار S به صورت نسبتاً شدیدي افزایش می یابد تا به یک مقدار بیشینه Smax در دماي Tmax می رسد. سپس تا دماي اتاق به صورت تقرًیبا خطی کاهش می یابد. چون شیب تغییرات توان گرماالکتریسته بر حسب دما براي تمام نمونه ها منفی است نتایج
چگالی حفره ها از روي S290K با استفاده از رابطه تجربی پیشنهاد شده بین توان گرماالکتریسیته در دماي اتاق و چگالی حفره ها د داخل صفحات [1] CuO2 محاسبه شده است. همانطور که در شکل3 نشان داده شده است چگالی حفره ها با افزایش آلایش به صورت خطی تا x =0/2 با آهنگ dp/dx≈-0/2 کاهش می یابد بجز در x=0/3 که از حالت خطی خارج شده است. در x =0/3 با تغییر آلایش آهنگ کاهش چگالی حفره ها کمتر شده است. توان گرما الکتریسیته S و Tmax در ترکیبات ابررسانا -δ NdBa2-xLaxCu3O7 نشان می دهند که با افزایش غلظت آلایش Tmax و S افزایش می یابند. لذا افزایش آلایش La+3 در این ترکیبات منجر به کاهش چگالی حاملهاي بار در نتیجه کاهش خاصیت فلزي می شود. وابستگی گرماالکتریسته به دما پیشنهاد می کند که در این ترکیبات زنجیره هاي CuOx سهم چندانی در خواص ترابردي ندارند چون تغییرات گرماالکتریسته بر حسب دما براي تمام نمونه ها منفی است.
