Synthesis and characterization of some conducting oxides and sulficles
Bazı iletken oksit ve kükürtlü bileşiklerin sentezlenmesi ve karakterizasyonu
- Tez No: 56515
- Danışmanlar: PROF. DR. MERAL KIZILYALLI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Kükürtlü bileşiklerin sentezi (tekli, ikili, üçlü sistemler), Süperiletken bileşik olan YBa2Cu307-y, nın oksijenin kükürtle yer değiştirmesi, Kükürtlü bileşiklerin iletkenlik ölçümleri, Kükürtlü bileşiklerin x-ışınlan toz difraksiyonu desenleri, Kükürtleme reaksiyonları, Synthesis of sulfur compounds (single, binary, and ternary types), sulfur substitution of superconductor compounds YBazCusCVy, with the oxygen atom, Resistance measurements of sulfur compounds, X-ray powder diffraction data of sulfur compounds, Sulfidizing reactions. VI
- Yıl: 1996
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 145
Özet
ÖZ BAZI İLETKEN OKSİT VE KÜKÜRTLÜ BİLEŞİKLERİN SENTEZLENMESİ VE KARAKTERİZASYONU Güler, Halil Doktora, Kimya Bölümü Tez Yöneticisi: Prof.Dr. Meral Kızüyallı Mart 1996, 145 pages Metalik, yarı iletken ve süperiletken gibi bazı anorganik iletkenlerin gelişimi son yıllarda yapılan kimyasal araştırmalar ve temel teknolojilere önemli ölçüde tesir etmiştir. Diğer taraftan kritik sıcaklığı daha yüksek olan anorganik süperiletkenleri elde etmek için birçok araştırmacı Y-Ba-Cu-0 sisteminde bakın geçiş metalleri ve baryumu da, kalsiyum, stronsiyum ile değiştirerek çalışmaya devam etmişlerdir. Aynı zamanda oksijenin, kükürt veya diğer grup elementleri ile değiştirilmesi de düşünülmüştür. Bu çalışmada bütün oksijenlerin kükürtle değiştirilmesi sırasında bazı diğer değişimler de çalışılmıştır. Bazı araştırmacılar çalışmalarında bir veya birden fazla kükürt atomunun değiştirilmesi problemi ile kapsamlı olarak çalışmışlar fakat çok az araştırmacı bütün oksijenlerin kükürt ile değiştirilmesi ile uğraşmış, bunun sonuncunda da, amorf veya birden fazla faz elde etmişlerdir. Bu araştırmada YBa2Cu307.y ve yeni sülfürleme metodu ile itriyumun La, Gd, Dy; baryumun, Sr, Ca, Mg; bakırın Fe, ve toplam oksijenin ise kükürt ile yer viideğiştirilmesinden elde edilen RM2M3'S6-y (R=La, Gd ve Dy; M=Ba, Sr, Ca ve Mg; M' = Cu ve Fe) kristalin bileşik yapılan ve iletkenlik davranışları incelenmiştir. RMaNfe'Se-y veya RM2M3'SX hesaplı formülünde olduğu tahmin edilen bileşikler uygun oranlarda R2O3, BaCC>3, (veya CaO, SrCCh, MgO), CuO (veya Fe203) tozlarını karıştırarak, porselen kayıkçıklarda, 600-1350°C de, laboratuvanmızda elde edilen sülfürleyici gaz karışımında (COS, CS2, S2, CO, CO2), 4 saat ısıtılarak elde edilmiştir. Bileşikler oda sıcaklığına soğutulduktan sonra ezilip x-ışınlan toz difraksiyonu, Infrared, kimyasal ve EDX analizleri yapılmıştır. Uygun görülenler sıkıştırılarak, elde edilen diskler 600, 1000, 1300 °C de tekrar ısıl işleme tabi tutulduktan sonra soğutulmuş ve bunların iletkenlik ve SEM ölçümleri yapılmıştır. Direnç ölçümleri laboratuvarda kurulan standart iletkenlik ölçme cihazı ile 78-300 K arasındaki sıcaklıklarda gerçekleştirilmişlerdir. Bu bileşiklerin x-ışınlan desenlerinin daha iyi değerlendirilmesi için reaksiyona sokulan bütün ön maddeler de aynı sistemde ve aynı şartlarda (Y2O3, Gd203, Dy203, Fe203, BaCÖ3, CuO) sülfürlenmiştir. Bu çalışmalar sonunda hekzagonal yapıda Y202S, Gd202S ve DV2O2S bileşikleri, çalışmalarımızda kullandığımız yeni sülfurleme metodu ile ilk defa elde edilmiştir. BaC03, CuO ve Fe203 in sülfürlenmesinden saf BaS, Cu2S, Cu2-xS (kalkosit ve digenit) ve Feı.xS (pirohotit 4c ve lc) bileşiklerinin oluştuğu gözlenmiştir. Bu çalışmada ayrıca, Fe0.678S formülünde yeni bir monoklinik yapı da elde edilmiştir. La203 sülfürlenmesinden literatürde La2S3 formülü ile verilen fakat indekslenmemiş bir yapıda sülfür bileşiği elde edilmiş, bu bileşiğin formülünün hesaplanmasından La2S3-xOx kompozisyonunda olduğu görülmüştür. Daha sonra YBa2Cu307.y bileşiği havada 1/2 Y203 + 2BaC03 + 3CuO karışımının (Y:Ba:Cu=l:2:3) 900 °C de ısıtılması ile hazırlanmıştır. 930 °C ısıl işleme tabi tutulan bileşik, birim hücre boyudan a=3.828, b=3.873 ve c=l 1.720 Â olan (uzay grubu, Pmmm) süperiletken bir yapı göstermiştir. 1/2 Y2O3 + 2BaC03 + 3CuO kanşımımn 600, 700, 800, 1000 ve 1250 °C de sülfurlenmesi ve elde edilen bileşiklerin x-ışınlan desenlerinden Y202S, BaS ve bilinmiyen bir faz bulunmuştur. 1300 °C de ise yeni bir tek fazlı bileşik elde edilmiştir. Bu maddenin, hesapla YBa2Cu306-y (YBa2Cu305.o) formülünde olduğu ve a=l 0.174, viiib=12.282 ve c=13.394 Â (uzay grubu=Pmmm) birim hücre boyutlanyla ile ortorombik sistemde indekslendiği ispatlanmıştır. Bu boyutların a ve b parametrelerinin oksit bileşiğine nazaran yaklaşık 3 kat olduğu görülmüştür. Bu bileşik ölçümlerde yaniletkenlik özelliği göstermiştir. Baryumun, stronsiyum ve kalsiyum ile değiştirildiği bileşiklerde yine YSr2Cu3S6-x ( YSr2Cu3Ss^5) ve YCa2Cu3Sx tipinde tek fazlı sistemler elde edilmiştir. Sr bileşiği birim hücre boyutları a=10.200, b=l 1.814 ve c=12.978 A olan ortorombik yapıdadır ve uzay grubu Pnnn'dir. Kalsiyum bileşiğinin birim hücre boyudan da stronsiyum ile hemen hemen aynıdır, ancak uzay grubu P212ı21 olarak bulunmuştur. Bu bileşiğin az miktarda ikinci bir faz içerdiği gözlenmiştir. Bu da belki hesaplamalarda uzay grubunu bozulmasına neden olmaktadır. Her iki bileşik de direnç ölçümlerinde metalik özellik göstermişlerdir. Ancak sıvı azot sıcaklığı altına imlemediği için bu maddelerin süperiletken özelliği gözlenememiştir. Magnezyumla denemede aynı yapıda bir bileşik elde edilememiştir. Bakırın demirle değiştirildiği deneylerde 1300°C YBa2Fe3Ss.42 formülünde ortorombik bir bileşik elde edilmiştir. Birim hücre boyutları a=12.342, b=13.343 ve c=14.715 Â olarak hesaplanmıştır. Uzay grubunun Pnnn olduğu görülmüştür. Sistemde bazı“d”değerlerinin indekslenemediği görülmüştür. Bu da az miktarda ikinci bir fazın varlığını ortaya koymuştur.Bileşik yan iletken özelliği göstermiştir. Demirli bileşiklerde baryumun stronsiyum ve kalsiyum ile değiştirilmesi ile yeni bir bileşik elde edilememiştir. itriyumun, lantan ile değiştirildiği deneyde LaBa2Cu3S6-y, formülünde yine ortorombik bir bileşik elde edilmiş ancak indekslemelerde pek çok kayma görülmüştür.Bu malzemenin iletkenlik ölçümünde de yaniletkenlik özellik gösterdiği gözlenmiştir. Gd ve Dy ile yapılan deneylerde ise, RBa2Cu3S6-y formülünde bir bileşik gözlenememiştir. Ancak bu sistemlerde Gd202S ve DV2O2S yanında BaCu2S2 bileşiği bulunmuştur. Baryum, stronsiyum ve kalsiyumla değiştirildiğinde, La2Ca2S4 ve La2Sr2S4 tipinde bileşikler oluşmuştur. La2Ca2S4 bileşiğinin, gece görüş sistemlerinde kullanıldığı bilinmektedir. Bazı bileşiklerin EDX, SEM ve kimyasal analizleri yapılmış ve analiz sonuçlan x- ışınlan toz difraksiyonu ve ER metodan ile elde edilen sonuçlarla uygunluk göstermiştir. ixBazı hallerde, sublimasyon nedeniyle kimyasal analiz ve hesapla bulunan kükürt sonuçlarının beklenenden daha az olduğu görülmüştür.
Özet (Çeviri)
ABSTRACT SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF SOME CONDUCTING OXIDES AND SULFIDES Güler, Halil Ph.D., Department of Chemistry Supervisor: Prof. Dr. Meral Kızılyallı March 1996, 145 pages The advent of inorganic conductors which are metallic, semiconductor or superconductors had very profound influences on recent chemical research and basic technologies. On the other hand, in order to obtain inorganic superconductors with high T0, a number of research workers have continued to study Y-Ba-Cu-O system, where Y:Ba:Cu=l:2:3, with substitution of copper with some transition metals, and barium with calcium and strontium. It may also be of interest to study the effect of the substitution of oxygen by sulfur (or other chalcogens). In this thesis, we studied some possible combinations of complete oxygen substitution by S atoms. The substitution of one oxygen or several oxygens were studied extensively by other research workers, but total substitution was reported by few others where the results were not very promising since amorphous or mixed phase compounds were obtained. In this work we reported the crystal structures and conduction behaviors IIIof YBa2Cu3S6.y and R substituted (R=La, Gd, for Y), M substituted (M=Sr, La, Mg for Ba) and Fe(M') substituted (for Cu) compounds which have been prepared for the first time in our laboratory by our sulfidizing method. Samples of nominal composition RM2M3'S6-y or RM2M3'SX were prepared by throughly mixing appropriate amounts of R2O3, BaC03, (or CaO, SrCOs), CuO (or Fe2C>3) powders. The mixed powders were placed in a porcelain boats and heated at 600- 1350 °C in a sulfidizing gas mixture which we produced in our laboratory (COS, CS2, S2, CO, CO2) for 4 h. The samples were then cooled to ambient temperature, grounded and subjected to x-ray powder diffraction, IR, chemical and EDX analysis. Some others were pressed into pellets and annealed at 600°, 1000°, 1300 °C in sulfidizing atmosphere and cooled slowly for bulk conductance and SEM measurements. Resistance measurements were carried out with a standard four probe technique designed in our laboratory on a sample cut from the sintered pellet as a function of temperature in the range of liquid nitrogen temperature (78K) -300K. In this work the sulfidizing of the initial reactants, Y2O3, Gd203, Dy203, Fe203> BaCÖ3, CuO were also studied under the same conditions for comparison purposes. The following results were obtained: Y202S, Gd202S, Dy202S, hexagonal form crystal structures were obtained. In the present work the compounds were synthesized by a new sulfidizing method. Sulfidizing of BaC03, CuO and Fe203, gave pure BaS, Cu2S, Cu2.xS (which have chalcocite and digenite structures) and Fei.xS (pyrohotite 4c and lc) compounds. A new compound with die formula Feo.67sS and which has a monoclinic structure was found for the first time in this work. Sulfidizing of La2Û3 gave an x-ray diffraction pattern similar to La2S3 given in the literature with an unindexed pattern but the calculated formula of this compound was found to be La2S3.xOx. YBa2Cu307-y superconducting material was prepared from Y203, BaC03 and CuO mixture in the atomic ratio of 1:2:3 (Y:Ba:Cu) at 900 °C. The product sintered at 930 °C shows the superconducting orthorhombic structure with a=3.828, b=3.873 and c=l 1.720 Â and the space group is Pmmm. IVBy sulfidizing of 1/2 Y203 + 2BaC03 + 3CuO mixture at 600, 700, 800, 1000 and 1250 °C, Y2O2S, BaS and an unidentified compound was observed. At 1300 °C a new one phase compound YBa2Cu3S6-y (YBa2Cu3Ss.i2) was obtained which was indexed in the orthorhombic system with a=10.174, b=12.282 and c=13.394 Â and the space group is Pmmm. These values revealed that a and b unit cell dimensions are about three times larger than that of the oxygen compound. In our measurements the material showed semiconducting behavior. The material containing strontium had an orthorhombic structure with a= 10.200, b=l 1.814 and c=12.978 Â and the space group was Pnnn, but the one containing calcium although it had about the same unit cell dimensions and had a space group of P2ı2ı2ı, the product seems to contain minor amount of another phase which distorted the system from Pnnn symmetry. Both compounds showed metallic behavior in the temperature range studied but they could be potential superconductors. Changing barium with magnesium did not produce any compound of the type YMg2Cu3Sx, only Y202S and MgS were identified. When Cu was replaced by Fe at 1300 °C YBa2Fe3S5.42, a one phase product seems to be obtained. This material was also found to have orthorhombic structure with a=12.342, b=13.343 and c=14.715 Â with space group of Pnnn but 4 lines could not be indexed. This shows the presence of a second phase. The material showed a semiconducting behavior. Changing Ba with Sr and Ca did not give any product of the type mentioned above. From the reactions, in which yttrium was substituted with La, a compound with the formula LaBa2Cu3S6-y, which was indexed in the orthorhombic pattern but with lots of distortions was obtained. This compound also showed semiconducting behavior between 300K-78K. Gd and Dy replacements resulted Gd202S, Dy202S, and BaCu2S2 type compounds. Changing Ba with Sr and Ca gave La2Ca2S4 and La2Sr2S4 compounds, together with individual sulfides. La2Ca2S4 compound is used as window material in the Thermal Cameras.EDX, SEM and chemical analysis of some of the materials were found to be in good agreement with the x-ray and IR results, but in other cases due to sublimation, the experimental S content might be found less than the usual amount
Benzer Tezler
- Synthesis and characterization of some lead containing and
Bazı kurşun içeren ve ilgili sülfürlerin sentezi ve karakterizasyonu
BANU KEŞANLI
Yüksek Lisans
İngilizce
1997
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. H. ÖNDER PAMUK
- Tekstil atıksularındaki boyar maddelerin fotokatalitik oksidasyon ile giderimi için zno bazlı katalizörlerin geliştirilmesi
Development of zno based catalysts for photocatalytic degradation of dyes in textile wastewater
BEYZA DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELEK TÜTER
PROF. DR. ŞEYMA AYDINOĞLU
- Synthesis and characterization of super-conducting Y-Ba-Cu-O thick films
Başlık çevirisi yok
MUSTAFA YAVUZ
- Tiyenotiyofen ve bor içeren floresans materyallerin sentez ve karakterizasyonları
Thienothiophene and boron containing fluorescence materials syntesis and characterization
SEBAHAT TOPAL
- The growth of doped ZnO thin films by the silar method and investigation of structural, optical and electrical properties
Büyütülen katkılı ZnO filmlerin sılar yöntemiyle ve yapısal, optik ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi
DHEYAALDAIN MOHAMMED HUSSEIN ALHASANI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiÇankırı Karatekin ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKER KARA