Синтез високотемпературних надпровідних сполук та стабілізація їх властивостей

 

Тс = -12195, 88 – 1932, 161×r1 + 24265, 89×r3 – 117, 895×r12 + 1958, 135×r1×r3 – 12029, 04×r32.

 

Таким чином, аналіз по виявленню залежності між критичною температурою переходу в надпровідний стан та іонними радіусами r1 та r3 показав, що підвищення критичної температури для системи зразків (Pb1 yМy) Sr2 (RxCa1 x) Cu2O7- можна досягти шляхом зменшення іонних радіусів r1 та r3. 

Логічним постає питання, наскільки точно теоретична модель здатна описати експериментальні дані. Нами проведена перевірка одержаної теоретичної моделі на основі власних експериментальних даних. 

Як показали дослідження, значення критичних температур переходу в надпровідний стан, що одержані експериментально, дещо більші, ніж розраховані за теоретичною моделлю (рис. 8). 

Для уточнення теоретичної моделі нами був проведений аналогічний статистичний аналіз, але крім вихідних літературних даних були використані власні експериментальні дані. Результати уточненого статистичного аналізу представлені рівняннями: 

 

Тс = 521, 282 – 50, 765 × r1 – 400, 703 × r3;

Тс (пер) = 26, 302 + 0, 4895 × Тс (існ),

 

де Тс (пер) – передбачене значення Тс, Тс (існ) – існуюче значення Тс; 

 

Тс = 469, 99 – 389, 59 × r3;

Тс = 2943, 041 – 3874, 878×r1 – 2213, 043×r3 – 47, 54×r12 + 3648, 787×r1×r3 - 405, 325×r32.

 

Таким чином, використання статистичного аналізу дозволяє робити теоретичну оцінку залежності критичної температури переходу в надпровідний стан для зразків складу (Pb1-yМy) Sr2 (RxCa1-x) Cu2O7-. Використання теоретичного аналізу дає змогу суттєво зменшити час експериментальних досліджень, що є дуже важливим у науковій роботі. 

 

 

1. Для стабілізації надпровідних властивостей ВТНП зразків та створення в надпровідній матриці дефектів структури, які можуть бути центрами пінінгу магнітного потоку, запропоновано синтез композитних матеріалів на основі надпровідної кераміки. Синтезовано зразки YBa2Cu3O7-δ та Bi2Sr2CaCu2Oy надпровідної кераміки з композитними добавками Al2O3, ZrO2, Nb2O5 та Ta2O5. 

2. Досліджено вплив композитних добавок на властивості надпровідної кераміки YBa2Cu3O7-δ та Bi2Sr2CaCu2Oy. Показано, що введення композитних неорганічних добавок призводить до зменшення критичної температури переходу в надпровідний стан у випадку Bi2Sr2CaCu2Oy кераміки. Композитні добавки Al2O3, Nb2O5 та Ta2O5 не змінюють Тс кераміки на основі YBa2Cu3O7-δ, тоді як додавання ZrO2 призводить до її зменшення. 

3. Показано, що оксиди Al2O3, ZrO2, Nb2O5 та Ta2O5 взаємодіють як з 123, так і з 2212 фазами. Ідентифіковано продукти взаємодії цих оксидів із YBa2Cu3O7-δ та Bi2Sr2CaCu2Oy надпровідними фазами. Показано, що зразки 123 кераміки розкладаються з утворенням Y2BaCuO5, СuO, та фаз, які містять елементи легуючих добавок: Al2O3, BaZrO3, BaNb7O9 та Ba (Y0, 5Ta0, 5) O3. У випадку бісмутової кераміки іони Zr2+, Nb5+ та Ta5+ втілюються в структуру 2212 фази, а при додаванні Al2O3 утворюється композит складу Bi2Sr2CaCu2Ox, Bi2Sr2CuOx, Ca3AlO6, SrAl2O4 та Ca0, 5Sr0, 5O. 

4. Досліджено вплив композитних добавок на процеси хімічної деградації ВТНП кераміки під дією води та водяної пари. Показано, що введення оксидів Al2O3, ZrO2, Nb2O5 та Ta2O5 має різний вплив на стійкість керамічних зразків. Виявлено, що композитні добавки ZrO2, Nb2O5 та Ta2O5 підвищують стійкість надпровідних зразків ітрієвої кераміки. Для підвищення стійкості бісмутової кераміки слід використовувати добавки оксидів алюмінію та ніобію. 

5. Як метод стабілізації надпровідних властивостей, який спрямований на захист зразків від вологого повітря, запропоновано заповнення пор керамічних надпровідних зразків органічним полімером. Синтезовано полімер-керамічні композитні матеріали на основі надпровідної кераміки YBa2Cu3O7-δ та Bi2Sr2CaCu2Oy. Як композитну фазу запропоновано поліетиленгліколь-диметакрилат. 

6. Досліджено вплив полімерної фази на властивості ВТНП зразків. Показана відсутність взаємодії полімеру з надпровідною фазою. Встановлено підвищення стійкості полімер-керамічних зразків до дії води та водяної пари в порівнянні з чистою надпровідною керамікою. 

7. Синтезовано серію зразків Pb-1212 надпровідної фази складу (Pb0, 63Cu0, 27) Sr2 (Ln0, 79Ca0, 21) Cu2Oz, де Ln = Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb та Lu. Розглянуто вплив рідкісноземельних елементів на властивості надпровідної кераміки (Pb0, 63Cu0, 27) Sr2 (Ln0, 79Ca0, 21) Cu2Oz. Показано, що при збільшенні іонного радіуса РЗЕ спостерігається зниження критичної температури переходу в надпровідний стан. 

8. На основі власних та літературних даних проведено статистичний аналіз по виявленню залежності критичної температури переходу в надпровідний стан від двох незалежних параметрів (іонних радіусів катіонів – r1 та r3 в кристалографічних позиціях 1d та 1a) для зразків структурного типу 1212 і складу (Pb1 yМy) Sr2 (RxCa1 x) Cu2O7-. Показано, що для підвищення критичної температури переходу в надпровідний стан сполук потрібно зменшити іонні радіуси в кристалографічних позиціях 1d та 1a. 

9. Проведено порівняння теоретичних та практичних результатів для зразків надпровідної кераміки складу (Pb1-yМy) Sr2 (RxCa1-x) Cu2O7-. Показано, що теоретична модель досить добре описує практичні результати, тому може бути використана для прогнозування критичної температури переходу в надпровідний стан в залежності від хімічного складу зразків Pb-1212 фази. 

 

 

Nedilko S. A., Bykov S. V., Galagan Yu. A. Some problems of preparation of HTSC ceramics/polymer composites