Синтез високотемпературних надпровідних сполук та стабілізація їх властивостей

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

 

ГАЛАГАН ЮЛІЯ ОЛЕКСАНДРІВНА

 

УДК 546. 641’41’817’562

 

Синтез високотемпературних надпровідних сполук та стабілізація їх властивостей

 

02. 00. 01 – неорганічна хімія

 

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук

 

Київ – 2002

 

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Київському національному університеті і мені Тараса Шевченка на кафедрі неорганічної хімії.

Науковий керівник: доктор хімічних наук, професор Неділько Сергій Андрійович, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, професор кафедри неорганічної хімії.

Офіційні опоненти: член-кореспондент НАН України, доктор хімічних наук, професор Присяжний Віталій Дем’янович, Міжвідомче відділення електрохімічної енергетики НАН України, директор кандидат хімічних наук, старший науковий співробітник В’юнов Олег Іванович, Інститут загальної та неорганічної хімії НАН України.

Провідна установа: Донецький національний університет, кафедра неорганічної хімії, м. Донецьк.

Захист дисертації відбудеться 28 жовтня 2002 року о14 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26. 001. 03 Київського національного університету імені Тараса Шевченка (01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 64, хімічний факультет, Велика хімічна аудиторія).

 

 

 

Актуальність теми. Відкриття явища високотемпературної надпровідності (ВТНП) викликало велику кількість досліджень як з метою вивчення природи ВТНП, так і у сфері її практичного використання. Вже на початку досліджень була відома невисока стійкість ВТНП зразків до дії різних хімічних факторів, особливо води, але вивченню цього явища спочатку не приділяли особливої уваги. Лише в останні часи, коли центр тяжіння проведених досліджень поступово зміщується в область практичного застосування, спостерігається деяка активізація в проведенні робіт по вивченню деградації ВТНП матеріалів, способів її уповільнення та стабілізації надпровідних властивостей. 

Погіршення надпровідних властивостей відбувається як наслідок хімічної взаємодії надпровідників із навколишнім середовищем (вуглекислий газ, вода та водяна пара). Для попередження явища деградації необхідна стабілізація надпровідних властивостей ВТНП сполук. 

Здійснюються спроби покращити якість надпровідних оксидів шляхом уведення легуючих добавок. Так, наприклад, введення невеликої кількості цирконію в ітрієву кераміку підвищує її стійкість у вологій атмосфері, а добавка плюмбуму в бісмутову кераміку збільшує об’ємну частку фази з вищою критичною температурою. 

Однак, головною перепоною на шляху створення технічних надпровідників на основі кераміки є низька струмонесуча здатність об’ємних зразків. Підвищити критичну густину струму можна шляхом створення ефективних центрів пінінгу, якими може бути композитна фаза. 

Таким чином, технічні надпровідники повинні мати високі критичні параметри (температура, магнітне поле, струмонесуча здатність), необхідні механічні властивості, високу корозійну стійкість. Крім того, технічні ВТНП матеріали повинні бути стійкими до циклічної зміни температури, опромінення, та інших сторонніх дій. В силу цього технічні надпровідники повинні бути композитними системами. 

Дослідження композитних систем може викликати певну зацікавленість і з іншого боку. Вважають, що найбільш перспективна галузь застосування ВТНП – мікроелектроніка, де як основний процес при виготовленні мікросхем та мікроприладів використовують технологію тонких плівок. Надпровідні характеристики тонких плівок значною мірою визначаються взаємодією ВТНП з підкладкою. Тому дуже важливо підібрати таку пару матеріалів, взаємна дифузія яких не мала б суттєвого впливу на надпровідні властивості. 

Створення композитних матеріалів є не єдиним способом стабілізації надпровідних властивостей ВТНП сполук. Найбільших досліджень вимагають способи захисту від зовнішніх дій. Так, проникнення води у глиб кераміки відбувається через пори, тому одним із способів захисту може бути їх заповнення. Як заповнювач прошарків між зернами, можна запропонувати використання полімерних органічних матеріалів. 

Висока хімічна активність ітрієвої кераміки обумовлена наявністю в ній іонів Ва2+. Тому потрібно вести пошук та розробку таких ВТНП матеріалів, які б не містили хімічноактивного елементу (Ва2+), але мали б високі критичні параметри. 

Таким чином, питання стабілізації надпровідних властивостей ВТНП сполук на сьогоднішній день є недостатньо дослідженим. Практичне застосування надпровідників вимагає вирішення цієї проблеми. Саме тому актуальність цього питання не викликає сумнівів. 

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано в рамках наукового напрямку кафедри неорганічної хімії Київського національного університету імені Тараса Шевченка відповідно до координаційного плану у відповідності з програмами досліджень по держбюджетній тематиці “Хімічні енергозберігаючі методи синтезу оксидних сполук з заданими надпровідними та сегнетоелектричними властивостями” (№ 197U003109), “Оксидні матеріали з особливими електрофізичними властивостями” (№ 0101U001160) та темі Державного фонду фундаментальних досліджень Міністерства України з питань науки та технології “Оптимізація умов синтезу складних оксидних композицій” (4. 4/614). 

Мета та задачі дослідження. Головною метою нашої роботи є розробка методів стабілізації надпровідних властивостей ВТНП. Вирішення проблеми полягає в створенні композитних матеріалів. Для вивчення цього питання нами поставлено такі задачі: 

а) синтезувати композитні зразки на основі надпровідної кераміки YBa2Cu3O7-δ та Bi2Sr2CaCu2Ox; 

б) дослідити вплив композитних добавок на властивості надпровідної кераміки; 

в) оцінити можливість взаємодії композитних домішок із надпровідною фазою; 

г) дослідити вплив композитних добавок на процеси хімічної деградації надпровідної кераміки. 

Для пошуку нових ВТНП матеріалів нами здійснено розв’язання таких задач: 

а) синтез серії зразків складу (Pb0, 63Cu0, 27) Sr2 (Ca0, 21Ln0, 79) Cu2O7-; 

б) дослідження ВТНП властивостей синтезованих зразків; 

в) проведення теоретичного статистичного аналізу для виявлення взаємозв’язку між хімічним складом зразків