(Bi, Pb) – 2223 seramik süperiletkenlerin yapısal ve süperiletkenlik özellikleri üzerine Sb – Ag birlikte katkılanmasının etkisi

Abstract

Amaç: Bu çalışmamızda, Pb katkılı-Bizmut tabanlı Yüksek Sıcaklık Süperiletken Malzemelerin ((Bi, Pb) – 2223) farklı bölgelerine kısmi Sb ve Ag birlikte katkılanmasının yapısal etkilerini araştırdık. Materyal ve Yöntem: Katı-Hal Reaksiyon yöntemini kullanarak Pb bölgesinde Sb ve Cu bölgesinde Ag kısmi yerdeğiştirmelerini x=0.00, 0.05, 0.10, 0.15 ve 0.20 oranlarında gerçekleştirdik. Elde ettiğimiz yeni örneklerin yapısal karakterizasyonu için XRD, SEM, EDAX analizleri alınarak; katkılanan elementlerin, katkılama bölgesinin ve katkılama miktarının süperiletken yapıya etkisi incelenmiştir. Bulgular: XRD verileri kullanılarak hazırlanan malzemelerin örgü parametreleri hesaplanmış ve malzemelerin kristal yapıları belirlenmiştir. Bunun dışında örneklerin hacimsel kesirleri, tanecik boyutları hesaplanmıştır. Sonuç: Hesaplamalardan elde ettiğimiz örgü parametrelerine göre, tetragonal fazdaki yüksek sıcaklık kristal yapılarının hazırladığımız yeni örneklerde daha baskın olduğu görülmüştür. Ayrıca bu örneklerde; katkı miktarı ile tanecik boyutları ve yüksek sıcaklık Bi-2223 fazının hacim kesri artarken düşük-sıcaklık Bi-2212 fazının hacim kesrinde düşüş gözlenmiştir. Yani katkılamalar ile birlikte malzemelerde; düşük sıcaklık fazından yüksek sıcaklık fazına geçiş olduğu ve düşük ve yüksek sıcaklık fazlarının oluşumunun etkilendiği gözlenmiştir. Bu etkilenme, malzemede yapısal değişikliklerin var olduğunu ve süperiletkenlik özelliklerini pozitif yönde değiştirdiğini ortaya koymaktadır. Yapılan çalışmaların genel sonucunda katkılamanın, örneklerin fazları, tanecik boyutları, bağlanabilirliği ve yüzey morfolojisi üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu söylenebilir.

Objective: In this study, we investigate the structural effects of partial Sb and Ag co-substitution on different regions of Pb-doped-Bismuth-based High Temperature Superconducting Materials ((Bi, Pb) – 2223). Material and Methods: We perform partial substitutions of Sb in the Pb region and Ag in the Cu region at the ratios of x=0.00, 0.05, 0.10, 0.15 and 0.20, by using the Solid-State Reaction method. We have investigated the crystal structure of the new samples by XRD, SEM, EDAX characterizations. Results: The effects of the doping elements, doping region and the amount of doping on the superconducting structure have been investigated. The lattice parameters of the materials, the volumetric fractions and particle sizes of the samples are calculated by using XRD data. The crystal structures of the materials are also determined according to the lattice parameters. Conclusion: It has been seen that the high temperature crystal structures in the tetragonal phases are more dominant in the new samples. Additionally, in these samples it is observed that the grain size and the volume fraction of the high temperature Bi-2223 phase increase, while the volume fraction of the low-temperature Bi-2212 phase decrease with the substitutions. That is, it is observed that there is a transition from the low temperature phase to the high temperature phase in the materials with the substitutions and the formation of low and high temperature phases is affected. These effects reveals that there are structural changes in the material and positively changes its superconductivity properties. As a general result of this study, it can be say that these substitutions have significant effects on the phases, particle sizes, connectivity and surface morphology of the samples.