Geri Dön

Demir difüze edilmiş mgb2 süperiletken malzemesinin değişen manyetik alan altında süperiletken özelliklerinin incelenmesi

Investigation of the superconductive properties of iron-diffused mgb2 superconductor material under magnetic fields

PDF İndir

  1. Tez No: 1017859
  2. Yazar: EMİR ÜSTÜN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ASAF TOLGA ÜLGEN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Manyetik malzemeler, Süper iletkenlik, Teknoloji difüzyonu, Magnetic materials, Superconductivity, Technology diffusion
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Şırnak Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Enerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu tez çalışmasında, teknolojik uygulamalar açısından stratejik bir öneme sahip olan magnezyum diborür (MgB2) süperiletken matrisi içerisine demir (Fe) atomlarının difüzyonunun, malzemenin manyetik alan altındaki performansı üzerindeki etkileri sistematik bir yaklaşımla araştırılmıştır. Çalışma kapsamında ex-situ yöntemi kullanılarak %99,95 saflıktaki tozlar ile sentezlenen süperiletken külçe MgB2 numunelerin bir yüzeyi yaklaşık 50 µm kalınlığında Fe tabakası kaplanmış ardından Fe atomlarının yapı içerisine nüfuz etmesini sağlamak amacıyla 650oC ile 850oC aralığında değişen beş farklı tavlama sıcaklığında 1 saat süreyle ısıl işlemleri yapılmıştır. Karakterizasyon çalışmaları kapsamında süperiletken numunelerin yapısal, morfolojik ve elementel özellikleri XRD, SEM ve EDS teknikleriyle ölçülmüş, süperiletkenlik ve manyeto-özdirenç davranışları ise 0–7 Tesla dış manyetik alan altında özdirenç-sıcaklık (ρ-T) ölçümleriyle analiz edilmiştir. XRD analizleri sonucunda, tüm numunelerin baskın hekzagonal MgB2 faz yapısını koruduğu doğrulanmış, ancak artan tavlama sıcaklığına bağlı olarak pik şiddetlerinde belirgin bir yükselme ve FWHM değerlerinde azalma gözlemlenmiştir. Böylece ısıl işlemin numunelerin kristal kalitesini iyileştirdiğini ve tane boyutunu 277,25 Å değerinden 298,65 Å değerine yükselttiğini kanıtlamaktadır. Özellikle 750oC ve üzeri sıcaklıklarda Fe atomlarının bor ile etkileşime girerek FeB/Fe2B ikincil fazını oluşturmaya başladığı saptanmıştır. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri, ısıl işlem sıcaklığı arttıkça tane sınırlarının daha iyi kenetlendiğini ve daha homojen bir morfolojik yapı oluştuğunu kanıtlamıştır. EDS analizleri ise Fe içeriğinin sıcaklığa bağlı olarak MgB2 matrisine nüfuz etme oranını sayısal olarak doğrulamıştır. Süperiletkenlik özelliklerinin belirlenmesi için yapılan elektriksel özdirenç (ρ-T) ölçümleri, numunelerin oda sıcaklığından itibaren metalik davranış sergilediğini ortaya koymuştur. Fe difüzyonunun, saf MgB2 numunesine (Tc=37,02 K) kıyasla kritik geçiş sıcaklığında iyileşme sağladığı gözlemlenmiştir. En yüksek Tc değeri, 37,61 K ile 850oC'de tavlanan Fe-850 numunesinde elde edilmiştir. Manyeto-özdirenç ölçümleri kapsamında 0 Tesla ile 7 Tesla arasındaki dış manyetik alanlar altında yapılan analizler, artan alan şiddetiyle birlikte süperiletken geçiş aralığının (ΔTc) genişlediğini ve kritik sıcaklığın kademeli olarak düştüğünü göstermiştir. Ancak, Fe difüze edilmiş numunelerin yüksek manyetik alanlar altında dahi süperiletkenlik fazını korumadaki başarısı, malzemenin MRI ve MAGLEV gibi yüksek alan uygulamaları için potansiyelini artırmaktadır. Sonuç olarak uygun tavlama sıcaklığı ve Fe difüzyonu ile ex-situ MgB2 süperiletkenlerinin hem yapısal hem de elektriksel taşıma özelliklerinin optimize edilebileceği deneysel olarak kanıtlanmıştır. Özellikle 800oC ve 850oC tavlama sıcaklıklarının yüksek manyetik alanlardaki performans kaybını minimize etmek için en ideal parametreler olduğunu bilimsel verilerle ortaya konmuştur. Bu çalışma, yerli bor kaynaklarının katma değeri yüksek ileri teknoloji ürünlerine dönüştürülmesi sürecine akademik ve teknik açıdan önemli bir katkı sunmaktadır.

Özet (Çeviri)

In this thesis study, the effects of iron (Fe) atom diffusion into the magnesium diboride (MgB2) superconducting matrix, which holds strategic importance for technological applications, on the material's performance under magnetic fields were systematically investigated. Within the scope of the research, bulk MgB2 samples synthesized from 99.95% purity powders via the ex-situ method were coated with an approximately 50 µm thick Fe layer on one surface. Subsequently, heat treatments were performed at five different annealing temperatures ranging from 650oC to 850oC for a duration of 1 hour to facilitate the penetration of Fe atoms into the structure. The structural, morphological, and elemental characteristics of the samples were characterized using XRD, SEM, and EDS techniques. Superconducting and magneto- resistivity behaviors were analyzed through resistivity-temperature (ρ-T) measurements under external magnetic fields ranging from 0 to 7 Tesla. XRD analysis confirmed that all samples maintained the dominant hexagonal MgB2 phase structure. However, a significant increase in peak intensities and a decrease in FWHM values were observed with increasing annealing temperatures. These results indicate that the heat treatment improved the crystallinity of the samples and increased the average crystallite size from 277.25 to 298.65 Å. Specifically, at temperatures of 750oC and above, it was determined that Fe atoms interacted with boron to form the FeB/Fe2B secondary phase. Scanning electron microscopy (SEM) images proved that as the heat treatment temperature increased, grain boundaries bonded more effectively, leading to a more homogeneous morphological structure. EDS analyses quantitatively verified the penetration rate of Fe content into the MgB2 matrix as a function of temperature. Electrical resistivity (-T) measurements conducted to determine superconducting properties revealed that the samples exhibit metallic behavior from room temperature onwards. It was observed that Fe diffusion provided an improvement in the critical transition temperature compared to the pure MgB2 sample (Tc=37.02 K). The highest Tc value of 37.61 K was obtained in the Fe-850 sample annealed at 850oC. Analyses performed under external magnetic fields between 0 and 7 Tesla within the scope of magneto-resistivity measurements showed that the superconducting transition width (ΔTc) broadened and the critical temperature gradually decreased with increasing field intensity. However, the success of Fe-diffused samples in maintaining the superconducting phase even under high magnetic fields increases the material's potential for high-field applications such as MRI and MAGLEV. In conclusion, it has been experimentally proven that both the structural and electrical transport properties of ex-situ MgB2 superconductors can be optimized through appropriate annealing temperatures and Fe diffusion. Scientific data demonstrated that annealing temperatures of 800oC and 850oC are the most ideal parameters for minimizing performance loss in high magnetic fields. This study offers a significant academic and technical contribution to the process of transforming domestic boron resources into high value-added advanced technology products.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    458887

    Structural investigations of thin lustre layers developed by ion-exchange mechanism on lead alkali glazes

    Kurşun alkali sırlar üzerinde iyon yer değişim mekanizması ile geliştirilen ince luster tabakalarının yapısal incelenmesi

    CEREN İMER

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA LUTFİ ÖVEÇOĞLU

    DR. ESİN GÜNAY

  2. Tez No

    510477

    Vites dişli çeliğinin KRTD-bor yöntemi ile borlanması

    Boriding of transmission gear steel via CRTD-bor

    ALAADDİN CEM OK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÜLDEM KARTAL ŞİRELİ

  3. Tez No

    820974

    Bioprospection of antagonistic yeasts for biocontrolling postharvest pathogenic fungi and physicochemical characterization of a yeast exopolysaccharide

    Patojenik küflerin hasat sonrasi biyolojik kontrolünde antagonistik mayalarin biyoprospeksiyonu ve bir maya ekzopolisakkaritinin fizikokimyasal karakterizasyonu

    SEBAHAT ÖZTEKİN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HATİCE FUNDA KARBANCIOĞLU GÜLER

  4. Tez No

    465252

    2-(5-bromo-2-piridilazo)-5-(dietilamino) fenol katkılanmış silika partiküllerin hazırlanması ve Zn(II) iyonlarının adsorpsiyonu ve kolorimetrik tayini için kullanımı

    Preparation of 2-(5-bromo-2-pyridylazo)-5-(diethylamino) phenol doped silica particles and their uses for Zn(II) ions adsorption and colorimetric detection

    SELDA DEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    KimyaHacettepe Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NURAY ŞATIROĞLU

  5. Tez No

    392428

    Functionalized magnetic nanoparticles

    İşlevselleştirilmiş manyetik nanoparçacıklar

    AYŞE DEMİR KORKMAZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    KimyaFatih Üniversitesi

    Kimya Bölümü

    PROF. DR. ABDULHADİ BAYKAL

    DOÇ. DR. HÜSEYİN KAVAS

Geri Dön