تأثیر نانوذرات PbO بر خواص ساختاری و ریزساختاری ترکیب ابررسانای Bi2-xPbxSr2Ca2Cu4Oy

نویسندگان

دانشگاه شهید چمران اهواز

چکیده

در این مقاله، نانوذرات اکسید سرب (β-PbO) با استفاده از تابش میکروموج تهیه و سپس نانوذرات PbO با مقادیر
 6/0 و 4/0، 2/0، 0/0=x در ترکیب ابررسانای Bi2-xPbxSr2Ca2Cu4Oy، به روش واکنش حالت جامد با زمان­های پخت 30، 60، 90 و 150 ساعت آلایش شدند. خواص ساختاری، ریزساختاری و ریخت­شناسی نمونه‌ها با XRD، SEM و EDX مورد بررسی قرار گرفتند. چگالی جریان بحرانی و دمای بحرانی به روش چهارسوزنی اندازه­گیری شدند. نتایج حاصل از اندازه­گیری چگالی جریان بحرانی نشان می­دهند که چگالی جریان بحرانی با افزایش نانوذرات اکسید سرب افزایش می­یابد، به‌طوری‌که بیشترین چگالی جریان بحرانی به نمونه‌ی Bi2-xPbxSr2Ca2Cu4Oy با 4/0=x و زمان پخت 60 ساعت وابسته بوده­اند. بررسی تغییرات دمای بحرانی در نمونه‌های آلایش  شده با نانوذارت اکسید سرب نشان می­دهد که با جانشینی سرب به جای بیسموت، دمای بحرانی نسبت به نمونه‌ی خالص افزایش قابل ملاحظه‌ای می‌یابد. در بررسی الگوی پراش مشاهده شد که حجم سلول واحد نمونه‌ی آلایش شده نسبت به نمونه‌ی آلایش نیافته افزایش یافته است که بیانگر جانشینی 2+Pb در جایگاه 3+Bi است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effect of PbO nanoparticles on structural and microstructure of Bi2-xPbxSr2Ca2Cu4Oy superconductor composition

چکیده [English]

In this paper, β-PbO nanoparticles were prepared by microwave irradiation. Then, the PbO nanoparticles with size of 32 nm were doped in the Bi2-xPbxSr2Ca2Cu4Oy superconductor with x = 0.0, 0.2, 0.4 and 0.6. The samples were synthesized by the standard solid state reaction method. The structural properties, microstructure and morphology of the samples have been studied by XRD and SEM. After synthesizing the samples and observing the Meissner effect, the study of the critical current density (Jc), critical temperature (Tc) and thermogravimetry-differential thermal analysis shows that samples have been down. The results of the critical current density measurements show that the sample with x = 0.4 and an annealing time 60 h has the maximum Jc. Substitution of PbO nanoparticles for Bi reveal that remarkable increases in the critical temperature. The volume of the unit cell of doped samples were increased with respect to that of the undoped samples, which is shown Bi+3 substituted by Pb+2.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanoparticles of PbO
  • superconductivity
  • critical current density
  • structural and microstructure
[1] Chavira E., Escudero R., Rios-Jara D., Leno L. M., “Influence of lead on the formation of the 110 K superconducting phase in the Bi-Sr-Ca-Cu-O compounds”, Phys. Rev. B 38 (1988) 9272.

[2] Hamadeeh I., Agil A., Yahya A. K., H. Shaari A., “Superconducting properties of bulk Bi1.6Pb0.4Sr2Ca2-xCdxCu3O10 system prepared via conventional solid state and co precipitation methods”, Physica C 463 (2007) 207.

[3] Giannini E., Gladyshevskii R., Clayton N., Musolino N., Garnier V., Piriou A., Flukiger R., “Growth structure and physical properties of single crystals of pure and Pb-doped Bi-based high Tc superconductors”, Current Applied Physica 8 (2008) 115.

[4] Michel C., Herrieu M., Borel M. M., Grandin A., Deslandes F., Provost J., Baveau B., “Superconductivity in the Bi-Sr-Cu-O system”, Z. Phys. B 68 (1987) 421.

[5] Sastry P. V. P. S. S., Gopalakrishnan I. K., Sequeire A., Rajagopal H., Gangadharran K., Phatak G. M., Iyer R. M., “On the preparation and structure of the 81 K single phase superconductor in the Bi-Sr-Ca-Cu-O system”, Physica C 156 (1988) 230.

[6] Sunshnine S. A., Siegrist T., Schneemeyer L. F., Murphy D. W., Cava R. J., Batlogg B., Van Dover R. B., Fleming R. M., “Structure and physical properties of single crystals of the 84 K superconductor Bi2.2Sr2Ca9.8Cu2O8+”, Phys. Rev. B 38 (1988) 893.

[7] Takano M., Takada J., Oda K., Kitaguchi H., Miura Y., Ikeda Y., Tomii Y., Mazaki H., “High Tc phase promoted and stabilized in the Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O system”, Jpn. J. Appl. Phys. 27 (1988) L1041.

[8] Zargar Shoushtari M., Kashian M. R., Yazdani H., “Study on the properties of Bi1.6Pb0.4Sr2Ca2C2+xOy superconductors”, Physica B 321 (2002) 305.

[9] اخوان م.، یمنی ز. س.، "پیشترفت‌های ابررسانایی دمای بالا"، چاپ اول، انتشارات دانشگاه صنعتی شریف، 1381.

[10] موسوی قهفرخی س. ا.، زرگرشوشتری م.، "ساخت و بررسی تأثیر نانوذرات Sb2O3 بر ابررسانای 2223- Bi‌"، مجله بلورشناسی و کانی شناسی ایران، سال هیجدهم، شماره 2، تابستان 1389، ص 278 تا 300.

[11] Chen C. H., Werder D. J., Espinosa G. P., Cooper A. S., “ Incommensurate super lattices in the Pb substituted Bi-Sr-Ca-Cu-O superconductors”, Phys. Rev. B 39 (1989) 4686.

[12] Azzouz F. B., Mchirgui A., Slimen N. N., Salem M. B., “Effect of substantial addition of PbO on liquid phase conversion during the final processing of (Bi,Pb)-2223 superconductors”, Physica C 416 (2004) 115.

[13] Zhu W., Kuo C. K., Nicholson P. S., “Kinetics and formation of the 110 K phase in the Bismuth –Lead-Strontium-Calcium-Copper-Oxygen system”, Journal of the American Ceramic Society 80 (1997) 1975.

[14] Mousavi Ghahfarokhi S. E., Zargar Shoushtari M., “Structural and physical properties of Cd-doped Bi1.64Pb0.36Sr2Ca2-xCdxCu3Oy superconductor”, Physica B 405 (2010) 4643.

[15] زرگر شوشتری م.، موسوی قهفرخی س. ا.، کلانتر هرمزی ر.، "ساخت و بررسی نانوذرات Au بر چگالی جریان بحرانی و ریزساختار ابررسانای "Bi1.6Pb0.4Sr2Ca2Cu3Oy، مجله بلورشناسی و کانی‌شناسی ایران، سال بیستم، شماره 1، بهار 1391، ص 187 تا 196.

[16] Guo Y. C., Jin J. X., Liu H. K., Tanaka Y., S. X. Dou, “Long lengths of silver-clad Bi2223 superconducting tapes with high current-carrying capacity”, Applied Superconductivity 2 (1997) 163.

[17] Mousavi Ghahfarokhi S. E., Zargar Shoushtari M., ” The effect of Sb and Pb doping on the critical temperature of the Bi1.6PbxSbySr2Ca2Cu3Oz superconductor”, J. Supercond. Nov. Magn. 27 (2014) 1153-1157.

[18] زرگر شوشتری م.، رضایی ب.، "بررسی تأثیر سرب و زمان پخت بر روی خواص ابررسانایی سرامیکی Bi-Sr-Ca-Cu-O"، مجله پژوهش فیزیک ایران، جلد دوم، شماره 2، اسفندماه 1378، ص 131 تا 137.

[19] Halim S. A., Khawalheh S. A., Mohamed S. B., Azhan H., “Superconducting properties of Bi2-xPbx Sr2Ca2Cu3Oy system derived via sol-gel and solid state routes”, Materials Chemistry and Physics 61 (1999) 251.

[20] Dou S. X., Liu H. K., Bourdillon A. J., Kviz M., Tan N. X., Sorrell C. C., “Stability of superconducting phases in Bi-Sr-Ca-Cu-O and the role of Pb doping”, Physical Rev. B 49 (1989) 5266.

[21] Sarkar A. K., Maartense I., Kumar B., Peterson T. L., “ Effect of sintering temperature of the superconductive properties of Bi(Pb)-Sr-Ca-Cu-O ceramic”, Supercnd. Sci. Technol. 3 (1990) 199.

[22] Konstantinov K., Karbanov S., Souleva A., Kovacheva D., “Effect of the annealing time on the Pb concentration and phase composition of samples from the Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O system”, Supercond. Sci. Techonl. 3 (1990) 391.