Investigation of structural, superconducting and magnetic properties of bi1.6-xlaxpb0.5sr2.0-yeuyca1.1cu2.1o8+& ceramics by experimental and theoretical approaches
Bi1.6-xlaxpb0.5sr2.0-yeuyca1.1cu2.1o8+& seramiklerinin yapısal, süperiletkenlik ve manyetik özelliklerinin deneysel ve teorik yaklaşımlarla incelenmesi
- Tez No: 382915
- Danışmanlar: PROF. DR. OSMAN GÖRÜR, PROF. DR. CABİR TERZİOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Abant İzzet Baysal Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Bölümü
- Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 156
Özet
Bu kapsamlı çalışmanın ana amacı Bi-2212 süperiletken seramiklerine La, Eu ve (La+Eu ikili) yer değiştirme etkilerini mikroyapısal, elektriksel ve süperiletkenlik karakteristikleri üzerinde kütle yoğunluğu, X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), elektron dağılımlı X-ışını (EDX), DC özdirenç (ρ-T) ve taşıma kritik akım yoğunluğu (Jc) deneysel metodları yardımıyla belirlemektir. İlk olarak, en iyi süperiletkenlik performansına, en yüksek kritik akım yoğunluğuna, en büyük tanecik boyutuna, en iyi kristallenmeye ve süperiletken tanecik arasındaki bağlantısına sahip saf örneğin üretimi için en uygun ortam (zaman ve sıcaklık açısından) belirlendi. Bu çalışmada üretilen numuneler geleneksel katıhal reaksiyon yöntemiyle 5°C'lik ısıtma ve soğutma hızıyla 840°C sabit sıcaklıkta 60 saat tavlama süresinde hazırlandı. Elde edilen tüm deneysel kanıtlar mikroyapısal, elektriksel ve süperiletkenlik özelliklerinin Bi-2212 ve Bi(Sr,Eu)-2212 süperiletken seramiklerine La katkılama seviyesinin sırasıyla x=0.20 ve x=0.30'a kadar artmasıyla kötüleştiğini bundan sonra da hem Bi-2212 tabakaları ve tanecik bağlantıları arasındaki deformasyonun yanı sıra hem de kristal yapıdaki düzensizlik ve oyuk lokalizasyon probleminden dolayı önemli özelliklerin hızlıca bozulduğunu açıkça ortaya koydu. Dahası, mikroyapısal, süperiletkenlik ve elektriksel karakteristikleri açısından Bi-2212 ve Bi(Sr,Eu)-2212'nin Bi konumuna La yerdeğiştirmesinde bahsedilen benzer trend Eu yerdeğiştirme işlemlerinde gözlemlendi. Ancak, deneysel bulgular açıkça gösterdi ki Bi-2212 ve (Bi,La)-2212 sistemlerinde Eu yerdeğiştirmesinin artmasıyla mikroyapısal, elektriksel ve süperiletkenlik özelliklerinin sırasıyla y=0.1 ve y=0.05 optimum değerlere kadar geliştiği bu değerlerden sonra ise Eu katkılamasının artmasıyla özelliklerin hızlıca bozulur. Bu durum Sr konumuna aşırı Eu nüfuz etmesinin malzemenin temel özelliklerini bozduğu gerçeğini basitçe ifade eder. Bununla birlikte, tezin son iki bölümünde Bi-2212 sistemine uygulanan ikili katkılama için optimum La/Eu stokiyometrisinin belirlenmesine çalışıldı. Daha önceden Bi-2212 sistemine ayrı ayrı en uygun La ve Eu sitokiyometrisi belirlendiğinden dolayı ikili katkılamada kullanılan elementlerin herhangi birinin sitokiyometrisi sabit tutularak diğerinin sitokiyometrisi 0'dan 0.5'e artan miktarda değiştirildi.Dahası, optimum Eu ve değişen La stokiyometri durumu için, temel özelliklerin Bi(Sr,Eu)-2212'ye Bi konumuna La yerdeğiştirmesinin artmasıyla azaldığı bulundu. Öte yandan, açıkça ortaya koyuldu ki y=0.05 değerine kadar (Bi,La)-2212'ye Eu yer değiştirmesinin artmasıyla temel özellikler gelişir, bu değerden sonra ise konsantrasyon seviyesinin artmasına bağlı olarak sistematik olarak azalır. Sonuç olarak, Bi-2212 süperiletken sistemine uygulanan ikili katkılama mekanizması süperiletkenlik ve mikroyapısal özellikler açısından en uygun sonuçları La konsantrasyonu için x=0.05 ve Eu konsantrasyonu için y=0.05 durumunda gerçekleşir.
Özet (Çeviri)
The main scope of this comprehensive study is to determine the effects of La, Eu and (La+Eu) co-doping substituted Bi-2212 superconducting ceramics on the microstructural, electrical and superconducting characteristics of ceramic superconductors by means of bulk density, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), electron dispersive X-ray (EDX), DC resistivity (ρ-T) and transport critical current density (Jc) experimental methods. First of all, the best ambient (in terms of time and temperature) is determined for the fabrication of the bulk pure sample having the greatest superconducting performance, highest critical current density, largest grain size, best crystallinity and connectivity between superconducting grains.The samples produced in this work are prepared by the conventional solid state reaction technique at the constant temperature of 840°C for the annealing duration of 60 h with heating and cooling rate of 5°C/min. All the experimental evidences obtained clearly indicate that the microstructural, electrical and superconducting properties suppress with the increment of the La dopant level in the Bi-2212 and Bi(Sr,Eu)-2212 superconducting ceramics up to x=0.20 and x=0.30, respectively, beyond which the crucial characteristics are diminished rapidly due to not only the deformation between the Bi-2212 layers and grain boundaries but also the disorder and hole localization (filling) problem in the crystal structure. Also, a similar trend mentioned in the Bi-site La substituted Bi-2212 and Bi(Sr,Eu)-2212 in terms of the microstructural, superconducting and electrical characteristics is observed for Eu substitution processes. However, the experimental findings obviously display that the microstructural, electrical and superconducting properties enhance with the increment in the Eu substitution for Bi-2212 and (Bi,La)-2212 systems until a optimum values of y=0.1 and y=0.05, respectively, beyond which the these important characteristics quickly deteriorate with the increment of Eu inclusions. In addition, this statement simply illustrate the fact that excess Eu penetration on the Sr-sites damages the basic characteristics of the material. Moreover, at the last two part of this dissertation, it is studied to be determined the optimum La/Eu stoichiometry for co-doping process applied Bi-2212 matrix. Due to the fact that optimum La and Eu stoichiometry is separately determined as before, while the stoichiometry of anyone element used in the co-doping process is kept constant while the stoichiometry of another is changed at increment rate ranging from 0 to 0.5. Besides, for optimum Eu and variable La stoichiometry condition, it is found that the fundamental parameters decrease with the enhancement of La substitution Bi-site in the Bi(Sr,Eu)-2212. Conversely, the results are clearly manifested that crucial characteristics ascend with the increment of Eu substitution into (Bi,La)-2212 up to the level of y=0.05, after then these are systematically descend depending on the increment of concentration level. The long and short of it is that co-doping mechanism applied into Bi-2212 superconducting matrix yields the accomplished results in the statement of the La concentration level of x=0.05 and Eu concentration level of y=0.05 in the way of superconducting and microstructural characteristics.
Benzer Tezler
- Gd katkılı Bi-tabanlı yüksek sıcaklık süperiletkenlerinin yapısal, elektriksel ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
The investigation of structural, electrical, and mechanical properties of gd doped Bi-based high temperature superconductors
HÜSEYİN AYDIN
Doktora
Türkçe
2015
Fizik ve Fizik MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ARİF BABANLI
PROF. DR. CABİR TERZİOĞLU
- Manyetik alınganlık ölçümleri ile bizmut tabanlı seramik süperiletkenlerin karakterizasyonu
The characterization of bi-based ceramic superconductors by magnetic susceptibility measurements
ÖZLEM BİLGİLİ
Doktora
Türkçe
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEMAL KOCABAŞ
- Properties of grain boundaries and Ag-ceramic interface in bismuth based superconductors
Bizmut tabanlı süperiletkenlerde tanecik sinirlari ve Ag-seramik arayüzün özellikleri
MUSTAFA AKDOĞAN
Doktora
İngilizce
2009
Fizik ve Fizik MühendisliğiAbant İzzet Baysal ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CABİR TERZİOĞLU
PROF. DR. İBRAHİM BELENLİ
- Bi-2223 süperiletken bobin/şerit tasarımı, yapımı ve AA karaterizasyonu: Manyetik enerji depolama kapasitesinin incelenmesi
Bi-2223 superconductor coil/tapes, design, construction and characterisation: Investigation of magnetic energy storage capacity
EBRU ŞİMŞEK KILIÇARSLAN
Doktora
Türkçe
2018
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ GENÇER
- Hacim merkezli tetragonal yapılarda süperiletkenliğin yoğunluk fonksiyonel teorisi kullanılarak incelenmesi
Investigating superconductivity in body centered tetragonal structures using density functional theory
ERTUĞRUL KARACA
Doktora
Türkçe
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN MURAT TÜTÜNCÜ