Получение монодоменной керамики на основе YBa2Cu3O7 методом инфильтрации
Зарегистрируйся в два клика и получи неограниченный доступ к материалам,а также
промокод
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
Введение
В 1911 году физик из Дука Хайке Камерлинг Оннес был первым ученым, способным разжижать He и, таким образом, иметь возможность изучать поведение вещества в диапазоне температур, недоступных до сих пор. В этом контексте многие исследователи изучали электрическое поведение металлов при низких температурах. Оннес понял, что ртуть демонстрирует неожиданное снижение своего электрического сопротивления при температурах ниже 4,15 К до неизмеримых значений. В последующие годы это явление также наблюдалось в других металлах, а позже и в сплавах, и для каждого материала температура была определена как внутренняя. В других химических элементах сверхпроводимость также наблюдалась при некоторых условиях низкой температуры и высокого давления. Параллельно теоретики начали поиск моделей, которые могли бы объяснить это явление. Помимо теоретических моделей, описанных в предыдущей главе, другие теоретические исследования предсказали потенциальное наличие сверхпроводимости в органических молекулах в 1964 году. В то время модели были достаточно зрелыми, чтобы обеспечить классификацию сверхпроводящих материалов. В 1957 году теоретики Дж. Бардин, Л. Коппер и Р. Шриффер разработали теорию, известную как теория БКШ, которая в основном объяснила явление сверхпроводимости в рамках взаимодействия электронов в кристаллографической сети. Однако эта теория основана на том факте, что активность ионов на кристалле должна быть довольно низкой, что ограничивает температуры, при которых возможна сверхпроводимость, до тех, которые ниже 30 К. Существенный вклад в изучение сверхпроводниковых материалов внес Д.Ж. Беднорз и К.А. Мюллер в 1986 году [1]. Они произвели керамический состав, обладающий сверхпроводимостью; это соединение было LaBaCuO и показало Tc = 30К. Этот вклад был важен, поскольку это был первый неметаллический материал или сплав, демонстрирующий сверхпроводимость, и, кроме того, первый материал, принадлежащий к группе сверхпроводящих материалов, в которых, согласно теории БКШ (Бардин – Купер – Шриффер), сверхпроводимость не может возникнуть. Эта группа известна как высокотемпературные сверхпроводники. Этот факт открыл новое направление исследований сверхпроводящих материалов. В 1987 году М.К. Ву и Ч.В. Чу обнаружили, что при замене La на Y критическая температура повышается до 92К [2]. Полученное соединение, YBa2Cu3O7-δ или просто YBCO, в настоящее время очень широко используется большим количеством инвесторов, ищущих технологических применений. Тот факт, что его критическая температура выше точки кипения азота (77K), делает этот материал особенно интересным, поскольку затраты на охлаждение могут быть значительно снижены (в некоторых случаях более чем на 10%), если жидкий азот используется вместо жидкого гелия. Позже были изучены другие материалы на основе оксидов меди; В настоящее время другим широко используемым сверхпроводником является BiSrCaCuO, получаемый в нескольких пропорциях Bi, Sr и Ca с типичными критическими температурами 108 К, а демонстрирует HgBa2Ca2Cu3O8-δ. Tc равное 150К, однако такой температуры можно достигнуть под определенным давлением. Несмотря на это YBCO является более рассматриваемым сверхпроводником из-за его многообещающих достижимых плотностей критического тока и его высокой критической температуры вместе с его умеренной легкостью.
Структура YBaCuO-δ
YBa2Cu3O7-δ кристаллизуется в структуре перовскита. Элементарная ячейка орторомбическая, параметры которой равны a = 3,8185 Ǻ, b = 3,8856 Ǻ и c = 11,6804 Ǻ (рис. 1). Атомная структура характеризуется последовательностью плоскостей, симметричных относ...
Открыть главуПолучение керамики YBCO методом инфильтрации
В настоящее время текстурированные материалы Y-123 могут обрабатываться воспроизводимо, но формирование материалов после обработки без появления трещин или дефектов является одной из задач, которые необходимо решить, чтобы иметь возможность использов...
Открыть главуЭлектрофизические свойства
Зависимость сопротивления от температуры полученной монодоменной керамики показана на рисунке 8. Сопротивление равно нулю при температуре Tc ∼90 K с резким переходом с Tc ≈ 1 K. Этот сверхпроводящий переход может быть коррелирован с зависимостью охла...
Открыть главуЗаключение
Сверхпроводник YBa2Cu3O7-δ изготовлений с использованием метода инфильтрации обладает плотностями тока намного выше, чем YBa2Cu3O7-δ полученными другими методами. Микроструктура полученных продуктов очень однородна, параметры обработки, такие как давление прессования, приложенное к преформе Y-211, а также температура и продолжительность спекания, оказывают значительное влияние на конечные микроструктуры и значение Jc (H). Отметим, что эффективные поры спеченной преформы Y-211 контролируют количество поступающей жидкой фазы во время процесса инфильтрации, и это, в свою очередь, определяет содержание Y-211 в конечном продукте. Небольшой размер частиц Y-211, полученных без добавления примесей, несомненно, является одним из преимуществ метода инфильтрации и выращивания зерен сверху. Простота изготовления монодоменной керамики по данному методу является ключевым моментов при промышленном производстве.
Список литературы
1. J. G. Bednorz, K. A. Muller, Possible High-Tc Superconductivity in the Ba-La-Cu-O System. Zeitschrift fur Physik B-Condensed Matter 64, 189-193 (1986). 2. M. K. Wu et al., Superconductivity at 93-K in A New Mixed-Phase Y-Ba-Cu-O Compound System at Ambient Pressure. Physical Review Letters 58, 908-910 (1987). 3. B. Leridon and J.-P. Contour, Supraconducteurs à haute température critique et applications, Technique d’Ingénieur, E 1 110, 10 February 1999. 4. T.L. Aselage and K. Keefer, Liquidus relations in Y-Ba-Cu oxides, J. Mater. Res., 3(6) (1988), 1279–91. 5. K.G. Frase and D.R Clarke, Phase compatibilities in the system Y2O3-BaO-CuO. In: Ceramic Superconductors, special issue of Adv. Ceram. Mater., 2(3B) (1987), 295–302. 6. H.J. Scheel and F. Licci, Phase diagram and crystal growth of oxide superconductors, Thermochim. Acta, 174 (1991), 115–30. 7. T.L. Aselage, Occurrence of free CuO in YBa2Cu3O6+𝛿 and its effects on melting and solidification, Physica C, 233 (1994), 292–300. 8. L. Pawłowski, A. Gross, and R. McPherson, Microstructure of plasma-sprayed YBa2Cu3Ox high-temperatute supeconductors, J. Mater. Sci., 26 (1991), 3903–8. 9. Jin, S., Tiefel, T. H., Sherwood, R. C., Davis, M. E., Van Dover, R. B., Kamlott, G. W. et al., Appl. Phys. Lett., 1988, 52, 2352. 10. Morita, M., Takebayashi, S., Tanaka, M., Kimura, K., Miyamoto, K. and Sawano K, Adv. Supercond., 1991, 3, 733. 11. Reddy, E. S. and Rajasekharan, T., J. Mater. Res., 1998, 13, 3389. 12. Hari Babu, N., Kambara, M., Smith, P. J., Cardwell, D. A. and Shi, Y., J. Mater. Res, 2000, 15, 1235. 13. Sudhakar Reddy E and Rajasekharan T 1998 J. Mater. Res. 13 3389. 14. Harnois C 2002 Supercond. Sci. Technol. 15 864. 15. Giovannelli F and Monot-Laffez I 2002 Supercond. Sci. Technol. 15 1193. 16. Prozorov R, Tsameret A, Yeshurun Y, Koren G, KonczykowskiMand Bouffard S 1994 Physica C 235 3063. 17. Gyorgy E M, Van Dover R B, Jackon K A, Schneemeyer L F andWaszczack J V 1989 Appl. Phys. Lett. 55 283. 18. Giovannelli F and Monot-Laffez I 2002 Supercond. Sci. Technol. 15 1193. 19. E.S. Reddy, T. Rajasekharan, Fabrication of textured REBa2Cu3O7/RE2BaCuO5 (RE = Y, Gd) composites by infiltration and growth of RE2BaCuO5 performs by liquid phases, Supercond. Sci. Technol. 11 (1998) 523–534. 20. R. Cloots, T. Koutzarova, J.P. Mathieu, M. Ausloos, From RE-211 to RE-123. How to control the final microstructure of superconducting single-domains, Supercond. Sci. Technol. 18 (2005) R9–R23. 21. E. Sudhakar Reddy, T. Rajasekharan, Shape forming simultaneous with Jc enhancement in REBa2Cu3O7 superconductors, J. Mater.Res.13 (1998) 2472–2475. 22. N. Hari Babu, M. Kambara, P.J. Smith, D.A. Cardwell, Y. Shi, Fabrication of large single-grain Y–Ba–Cu–O through infiltration and seeded growth processing, J. Mater. Res. 15 (2000) 1235–1238. 23. E.S. Reddy, T. Rajasekharan, Fabrication of textured REBa2Cu3O7/RE2BaCuO5 (RE = Y, Gd) composites by infiltration and growth of RE2BaCuO5 performs by liquid phases, Supercond. Sci. Technol. 11 (1998) 523–534. 24. E. Sudhakar Reddy, G.J. Schmitz, Superconducting foams, Supercond. Sci. Technol. 15 (2002) L21–L24. 25. E. Sudhakar Reddy, J.G. Noudem, M. Tarka, G.J. Schmitz, Mono-domain YBa2Cu3Oy superconductor fabrics prepared by an infiltration process, Supercond. Sci. Technol. 13 (2000) 716–721. 26. E. Sudhakar Reddy, G.J. Schmitz, Recent developments in processing and properties of large grain superconducting YBCO fabrics, Supercond. Sci. Technol. 15 (2002) 727–734. 27. A. Mahmood, B.H. Jun, H.W. Park, C.J. Kim, Pre-sintering effects on the critical current density of YBCO bulk prepared by infiltration method, Physica C 468 (2008) 1350–1354. 28. W.K. Yeoh, S.K. Pathak, Y.H. Shi, A.R. Dennis, D.A. Cardwell, N. Hari Babu, K. Iida, M. Strasik, Control of Y2BaCuO5 particle formation in bulk, single grain Y–Ba–Cu–O, Supercond. Sci. Technol. 22 (2009) 065011. 29. N.V.N. Viswanath, T. Rajasekharan, N. Harish Kumar, L. Menon, S.K. Malik, Infiltration–growth processing of SmBa2Cu3Oy superconductor, Supercond. Sci. Technol. 11 (1998) 420–425. 30. S. Meslin, J.G. Noudem, Infiltration and top seeded grown mono-domain YBa2Cu3O7-x bulk superconductor, Supercond. Sci. Technol. 17 (2004) 1324–1328. 31. S. Meslin, K. Iida, N. Hari Babu, D.A. Cardwell, J.G. Noudem, The effect of Y-211 precursor particle size on the microstructure and properties of Y–Ba–Cu–O bulk superconductors fabricated by seeded infiltration and growth, Supercond. Sci. Technol. 19 (2006) 711–718. 32. S.Y. Chen, Y.S. Hsiao, C.L. Chen, D.C. Yan, I.G. Chen, M.K. Wu, Remarkable peak effect in Jc(H, T) of Y–Ba–Cu–O bulk by using infiltration growth (IG) method, Mater. Sci. Eng. B 151 (2008) 31–35. 33. D.A. Cardwell, N. Hari Babu, Processing and properties of single grain (RE)–Ba–Cu–O bulk superconductors, Physica C 445–448 (2006) 1–7. 34. K. Iida, N. Hari Babu, Y. Shi, D.A. Cardwell, Seeded infiltration and growth of large, single domain Y–Ba–Cu–O bulk superconductors with very high critical current densities, Supercond. Sci. Technol. 18 (2005) 1421–1427. 35. Y.L. Jiao, L. Xiao, H.T. Ren, M.H. Zheng, Y.X. Chen, Jc–B characteristics for bulk single domain YBCO superconductors, Physica C 386 (2003) 266–270. 36. K. Iida, N. Hari Babu, T.D. Withnell, Y. Shi, S. Haindl, H.W. Weber, D.A. Cardwell, High performance single grain Y–Ba–Cu–O bulk superconductor fabricated by seeded infiltration and growth, Physica C 445–448 (2006) 277–281. 37. S. Nariki, N. Sakai, M. Murakami, I. Hirabayashi, Design of microstructure in melt-textured bulk superconductors with the employment of granules containing ultra-fine Y2BaCuO5 particles, Physica C 426–431 (2005) 532–536. 38. T. Saitoh, K. Segawa, K. Kamada, N. Sakai, T. Segawa, S.I. Yoo, M. Murakami, Microstructures and superconducting properties of melt-processed (RE, RE0)– Ba–Cu–O, Physica C 288 (1997) 141–147. 39. A. Mahmood, B.H. Jun, H.W. Park, C.J. Kim, Pre-sintering effects on the critical current density of YBCO bulk prepared by infiltration method, Physica C 468 (2008) 1350–1354. 40. N. D. Kumar, T. Rajasekharan, V. Seshubai, Preform optimization in infiltration growth process: An efficient method to improve the superconducting properties of YBa2Cu3O7-δ, Physica C 495 (2013) 55–65. 41. N. Devendra Kumar, T. Rajasekharan, K. Muraleedharan, A. Banerjee, V. Seshubai, Unprecedented current density to high fields in YBa2Cu3O7-δ superconductor through nano-defects generated by preform optimization in infiltration growth process, Supercond. Sci. Technol. 23 (2010) 105020.
