.jpg)
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 4
خواص مغناطیسی و ساختاری ابررسانای 2223- Bi آلائیده با کادمیم
چکیده
در این مقاله ابررسانای BPCSCCO)) Bi1.64-xPb0.36CdxSr2Ca2Cu3Oy که در آن 06/0 و 04/0 ، 02/0 ، 0/0 = x می باشد به روش واکنش حالت جامد تهیه گردید. پذیرفتاری مغناطیسی نمونهها اندازهگیری شده و ساختار آنها توسط XRD ، SEM و EDX مورد مطالعه قرار گرفته است. اگرچه وجود سرب برای تشکیل فاز 2223- Bi ضروری بوده، اما حضور کادمیم به ایجاد درصد بالای فاز مذکور و پایداری آن کمک می کند. نتایج حاصل از الگوهای پراش و پذیرفتاری مغناطیسی نشان میدهند که مقدار کم کادمیم و زمان پخت طولانی درصد فاز 2223-Bi افزایش داده و پیوند بیندانهای را بهبود میبخشد، به طوری که بیشترین فاز 2223-Bi مربوط به نمونهی با زمان پخت 270 ساعت و آلایش کادمیم به مقدار 04/0 می باشد.
واژههای کلیدی: پذیرفتاری مغناطیسی، ابررسانای پایهی بیسموت، آلایش، کادمیم
Magnetic and structure properties of Cd doping Bi-2223 superconductor
S. E. Mousavi Ghahfarokhi and M. Zargar Shoushtari
Physics Department, Shahid Chamran University, Ahvaz, I. R. Iran
musavi_ebrahim@yahoo.co.uk
Abstract
In this paper, Bi1.64-xPb0.36CdxSr2Ca2Cu3Oy (BPCSCCO) superconductor with x = 0.0, 0.02, 0.04 and 0.06 is made by the solid state reaction method. The magnetic susceptibility measurements were performed by using AC susceptometer. The microstructure and morphology of the samples have been studied by X-ray diffraction, scanning electron microscope and energy dispersive X-ray. The results show that the partial substitution of Pb for Bi in the Bi-based superconductor increases the volume fraction of Bi-2223 phase. We also found that by doping of Cd, the high Tc phase is promoted and stabilized in the Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O system. The results of the X-Ray diffraction patterns and magnetic susceptibility measurements show that the low amount of Cd and long annealing time enhance the fraction of Bi-2223 phase. The maximum value volume fraction of Bi-2223 phase for sample with annealing time of 270 hours and 0.04 of Cd doping is obtained
Keywords: magnetic susceptibility, Bi-based superconductor, doping, cadmium
مقدمه
ابررسانای پایهی بیسموت دارای سه فاز اصلی به صورت 2201- Bi، 2212 – Bi و 2223 – Bi دارا می باشد. در بین این فازها، فاز 2223- Bi با دمای گذار بالاتر و توانایی آن در عبور جریان الکتریکی مورد توجه است [1، 2]. برای تهیه نمونة ابررسانایی که دارای درصد بیشتر فاز 2223- Bi نسبت به سایر فازهای اصلی باشد شیوههای متفاوتی پیشنهاد شده است. ازآن جمله میتوان فرایند پخت آرام و طولانی [3، 4]، استوکیومتری عناصر با دقت زیاد [5]، نوع و مقدار آلایش نمونه توسط اتمهای دیگر [6، 7] و دمای کلوخهسازی [8] را نام برد. در این مقاله برای تهیة نمونهها از هر یک از این شیوهها استفاده شده است تا بتوان شرایط تشکیل فاز 2223 – Bi را فراهم نمود. در این مقاله، با توجه به شرایط مطلوب جانشین سازی[9] انتظار می رود با آلایش کادمیم به جای Bi به توان درصد فاز2223 – Bi را افزایش داد. به همین خاطر برای اولین بار با آلایش کادمیم به جای Bi در ابررسانای Bi1.64-xPb0.36CdxSr2Ca2Cu3Oy، که درآن 06/0 و 04/0 ،02/0 ،0/0 = x است نمونههایی ازآن ساخته و پذیرفتاری مغناطیسی آنها اندازهگیری گردید. به منظور بررسی ریزساختارها، با گرفتن الگوهای پراش اشعه X ، تصاویر SEM و EDX، ریزساختار نمونهها مورد بررسی قرار گرفت.
شرح آزمایش و اندازهگیریها
برای ساخت نمونههای Bi1.64-xPb0.36CdxSr2Ca2Cu3Oy مقادیر معینیاز پودرهای اولیه،CdO, SrCO3, CaCO3, CuO, PbO و Bi2O3 با درجه خلوص بالا با نسبتهای وزنی مناسب وزن شدند. پس از مخلوط کردن، پودرها به مدت یک ساعت آسیاب شدند. سپس اقدام به ساخت نمونههایی با مقادیر کادمیم 06/0 و 04/0 ،02/0 ،0/0 x = گردید. برای پیشگیری از تشکیل فازهای ناخواسته در طول فرایند ساخت، با استفاده از روش واکنش حالت جامد، عمل تکلیس که شامل یک گرما دهی در دمای (C820 ، به مدت 15 ساعت انجام گرفت. محصول تکلیس شده، به مدت 3 ساعت آسیاب شد. میلهها و قرصهایی تحت فشارKg/cm2103(25 تهیه و درون کوره قرار گرفتند. مرحله کلوخهسازی در دمای(C845 با زمانهای پخت متفاوت انجام گرفت. در مطالعه خواص مغناطیسی، از دستگاه پذیرفتارسنج متناوب (مدل 7000 ساخت شرکت Lake Shore) استفاده گردیده است. اصول این اندازهگیری بر پایهی رانش شار مغناطیسی از داخل ابررسانا (اثر مایسنر) استوار است. هر گونه تغییرتوزیع شار مغناطیسی (انرژی) در فضایی که نمونه در آن قرار دارد، میتواند یک ولتاژ القایی درون سیمپیچی که به دور نمونه پیچیده شده، ایجاد کند. این ولتاژ القایی با پذیرفتاری مغناطیسی نمونه (() متناسب است.
(1)
در رابطه 1، v ولتاز مؤثر اندازهگیری شده، ( پذیرفتاری مغناطیسی حجمی نمونه، V حجم نمونه، H میدان مغناطیسی مؤثر، f فرکانس میدان متناوب و ( ضریب درجهبندی دستگاه است. اگر نمونه دارای ضریب وامغناطش باشد، مقدار پذیرفتاری به صورت زیر تغییر می کند.
(2)
در رابطه 2 برای نمونة استوانهای که میدان مغناطیسی موازی محور آن است 0 = D می باشد [10]. در نمونههای مکعب مستطیل مورد استفاده نیز به دلیل آنکه طول نمونهها به مراتب بیش از عرض و ضخامت آن است، میتوان نمونهها را به طور تقریبی استوانهای در نظر گرفت. نتایج حاصل از اندازهگیری پذیرفتاری مغناطیسی نمونهها در شکلهای 1 و2 نشان داده شده است. از نمونههای ساخته شده، الگوهای پراش توسط دیفراکتومتر مدل PW1840 ساخت شرکت فیلیپس با آند مس و همچنین تصاویرSEM و EDX توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی مدل 1455VP ساخت شرکت LEO تهیه گردید.
بحث و نتیجهگیری
مشخصهیابی نمونهها توسط پراش اشعه x و از آن طریق اندازهگیری درصد فازها انجام شد. نتایج اندازهگیریها و محاسبات در مرجع [11] آورده شده است.
شکل 1 پذیرفتاری مغناطیسی نمونههای 06/0 و 04/0 ،0/0 = x در زمان پخت 270 ساعت را نشان میدهد، مشاهده میشود که هر چند دمای گذار درون دانهای آنها تقریباً یکسان می باشد، ولی گذار بیندانهای نمونهها در دماهای مختلف صورت میگیرد. بهطوریکه گذار بین دانهای نمونهی با مقدار کادمیم 04/0 = x نسبت به درصدهای دیگر (06/0 و 0/0 = x ) در دماهای بالاتری صورت میپذیرد. بنابراین نتیجه گرفته شد که پیوند بیندانهای در نمونهی با مقدار کادمیم 04/0 = x بهتر از سایر نمونههای آلایش داده شده میباشد. با توجه به دادههای XRD و پذیرفتاری مغناطیسی مشاهده میشود که برای نمونهی با مقدار کادمیم 06/0 = x ، نمونه تخریب شده است. علت تخریب، آن است که درصد فاز 2223 – Bi در نمونه کاهش و فازهای 2201 –Bi، 2212-Bi و همچنین فازهای ناخواسته افزایش می یابند. چون این فازها در مرزدانهها قرار گرفته و مانند پیوندگاههای ضعیف عمل میکنند، لذا با افزایش آنها پیوند بیندانهای تخریب میشود.
شکل 1 وابستگی پذیرفتاری مغناطیسی به دما برای مقادیر متفاوت کادمیم با زمان پخت 270 ساعت در میدان A/m 50.
شکلهای (d)-(c)-(b)-(a)- 2 پذیرفتاری مغناطیسی نمونههایی با مقادیر کادمیم 06/0 و 04/0 ،02/0 ،0/0 = x در میدانهای مغناطیسی مختلف با زمان پخت 270 ساعت را نشان می دهند. ا ز این شکلها ملاحظه می گردد که گذار فاز میان دانهای شدیداً به دامنه میدان مغناطیسی ac وابسته است. کاهش میدان باعث انتقال تیزتر و باریک شدن قلة بخش موهومی می شود، که این امر نشان دهنده کاهش اتلاف پس ماند است.
شکل 2 (a) منحنی تغییرات پذیرفتاری مغناطیسی نمونه ابررسانایBi1.64-xPb0.36CdxSr2Ca2Cu3Oy با 0/0 = x و زمان پخت 270 ساعت بر حسب دما به ازاء میدانهای A/m 5 و A/m 50
شکل 2 (b) منحنی تغییرات پذیرفتاری مغناطیسی نمونه ابررسانای Bi1.64-xPb0.36CdxSr2Ca2Cu3Oy با 02/0 = x و زمان پخت 270 ساعت بر حسب دما به ازاء میدانهای A/m 5 و A/m 50
شکل 2 (c) منحنی تغییرات پذیرفتاری مغناطیسی نمونه ابررسانای Bi1.64-xPb0.36CdxSr2Ca2Cu3Oy با 04/0 = x و زمان پخت 270 ساعت بر حسب دما به ازاء میدانهای A/m 5 و A/m 50
شکل 2 (d) منحنی تغییرات پذیرفتاری مغناطیسی نمونه ابررسانای Bi1.64-xPb0.36CdxSr2Ca2Cu3Oy با 06/0 = x و زمان پخت270 ساعت بر حسب دما به ازاء میدانهای A/m 5 و A/m 50
همچنین از شکلهای (d)-(c)-(b)-(a)- 2 مشاهده می شود که پایداری فاز 2223- Bi نسبت به افزایش میدان مغناطیسی در نمونه با مقدار کادمیم 04/0 = x بهتر از سایر نمونهها میباشد. علت این پایداری، آن است که پیوند بیندانهای در نمونهی با مقدار کادمیم 04/0 = x قویتر بوده و با افزایش میدان، پیوند بیندانهای در این نمونه نسبت به سایر نمونهها کمتر تخریب میشود. نتایج آزمایشEDX از نمونهها که یک نمونة از آنها در شکل 4 نشان داده شده است، مشاهده میشود که هیج گونه نا خالصی در نمونهها وارد نشده است.
شکل 3 تصویر EDX از نمونهای با مقدار کادمیم 04/0 = x با زمان پخت 270 ساعت.
نتیجهگیری
با استفاده از دستگاه پذیرفتارسنج، پذیرفتاری مغناطیسی نمونههای ابررسانای Bi1.64-xPb0.36CdxSr2Ca2Cu3Oy اندازهگیری گردید. با محاسبه درصد فازها و پذیرفتاری مغناطیسی نمونهها مشخص گردید که با افزایش مقدار کادمیم تا 04/0 = x درصد فاز 2223- Bi، پیوند بین دانهای و پایداری نمونهها نسبت به افزایش میدان مغناطیسی افزایش و برای مقادیر کادمیم 04/0 ( x کاهش می یابد بهطوریکه بهترین نمونه، نمونهی با مقدار کادمیم 04/0 = x و زمان پخت 270 ساعت میباشد.
مراجع
1. J Passai, M Lahtinen, J T Eriksson and M Polak, Physica C 259 (1996) 1.
2. M Ishizuka, and J Sakuraba, Physica C 433 (2006) 173.
3. J M Trascon, W R Mckinnon, P Barboux, D M Hwang and G W Hull, Phys. Rev. B 38 (1988) 8885.
4. T Hatano, K Aota, S Ikeda, K Nakamura and K Ogawa, Jpn. J. Appl. Phys. 27 (1988) L2055.
5. Y T Huang, C Y Shei, W N Wang, C K Chiang and W H Lee, Physica C 169 (1990) 27.
6. M Zargar Shoushtari, M R Kashian and H Yazdani, Physica B 321 (2002) 305.
7. سیدابراهیم موسوی قهفرخی، مرتضی زرگرشوشتری و منصور فربد، کنفرانس فیزیک ایران 1386 صفحه 335.
8. T Uzumaki, K Yamanaka, N Kamehara and K Niwa, Appl. Phys. Lett. 54 (1989) 2253.
9. W Hume, "The Structure of Metals and Alloys", London (1969).
10. S Chikazumi, and S H Charap, "Physics of Magnetism", John Wiley, New York, (1964).
11. سیدابراهیم موسوی قهفرخی، مرتضی زرگرشوشتری، مجلة پژوهش فیزیک ایران، جلد 9، شمارة 1، بهار 1388 صفحه 49
تحقیق درباره خواص مغناطیسی و ساختاری ابررسانای 2223 Bi آلائیده با کادمیم
