YBa2Cu3O7−Y SERAMİK MATRİSİNDE HOMOVALENT Er/Y KISMİ DEĞİŞİMİ İLE TEMEL KARAKTERİSTİK ÖZELLİKLERİN İNCELENMESİ

Abstract

BAZI YENİ TİP HTSC SÜPERİLETKENLERİN YAPISAL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Amaç: Katı YBa2Cu3O7-y (YBCO) kristal sistemindeki Y-yerlerinin yerine Er-yerlerinin kısmi ikamesinin temel süperiletkenlik, elektriksel, kristallik ve yapısal morfoloji özelliklerine etkisini incelemek. Metod: Toz X-ışını kırınımı (XRD), sıcaklığa bağlı elektrik özdirenci (ρ-T), taramalı elektron mikroskobu (SEM), elektron dağılımlı X-ışını (EDX) incelemeleri ile karakterizasyon işlemleri yapılmıştır. Bulgular: Tüm deneysel test sonuçları, EDX ve ρ-T ölçüm sonuçlarıyla hassas bir şekilde doğrulanan toplu Y-123 kristal sistemindeki itriyum bölgeleri tarafından erbiyum safsızlıklarının başarılı bir şekilde ikame edildiğini göstermektedir. Ayrıca, tüm temel karakteristik niceliklerin, Er/Y kısmi ikame seviyesindeki artışla, x=0.03 değerine kadar arttığı ve bunun ötesinde özelliklerin dramatik olarak bozulma eğiliminde olduğu bulunmuştur. XRD sonuçları, optimum erbiyum içeriğinin, Y-123 kristal yapısının temel kristalografik özelliklerini (kafes gerilimi, kafes hücre sabitleri, kristalit boyut dağılımı, dislokasyon yoğunluk oranı, birim hücrelerdeki oksijen konsantrasyonları) ciddi şekilde geliştirmeyi sağladığını göstermektedir. Bununla birlikte, aşırı Er/Y ikamesi, YBCO kristal yapısında sistematik yapısal sorunları ve yapısal kusurlardan oluşan homojen olmayan dağılımını önemli ölçüde artırır. Böylece ortorombikten tetragonal (yapısal O-T geçişi) kristal yapıya faz geçişi gözlenmiştir. Aslında, XRD sonucu, üç değerlikli Er3+ parçacıklarının, x=0.03 kritik ikame seviyesinden sonra yığın Y-123 kristal yapısındaki iki değerli Cu2+ konak atomlarla kısmen değiştirilebileceğini gösterir. Optimum Er konsantrasyonu, indüklenen polaronik etki nedeniyle yollardaki homojen süperiletken küme yüzdelerinde termodinamik olarak daha aktif süper elektronların oluşmasına neden olur ve buna bağlı olarak Y-123 seramik sisteminin içsel aşırı katkılı yapısı optimal katkılı duruma geçer. Benzer şekilde, erbiyum iyonları, süper iletken tanelerin oksidasyon durumunda hareketli hole taşıyıcı konsantrasyonunu ve homojenliklerini arttırmayı sağlar. Yani, çift dalga fonksiyonunun genliği (Ψ= Ψ0e-iφ), polarize edilebilir kafeslerde bipolaronlar oluşturmaya ve elektronik durum yoğunluklarını (DOS) Fermi seviyesinde lokalize etmeye yetecek kadar güçlüdür. SEM araştırmaları, yüzey morfolojisi görünümünün ve kristallik kalitesinin, örneğin en iyi tane hizalama yönelimlerini, en yoğun ve en pürüzsüz yüzey morfolojisini en düşük kombinasyonla sergilediği x=0.03 kritik katkı düzeyine kadar erbiyum içeriğindeki artışla önemli ölçüde geliştiğini göstermektedir. Gözenekli ve en büyük parçacık dağılımları birbiriyle iyi bağlantılıdır. Sonuç: Sonuç olarak, tip II süper iletken malzeme YBa2Cu3O7-y seramik matrisi boyunca Er/Y kısmi değiştirme mekanizmasının analizine dayanan bu kapsamlı çalışma, ileri mühendislik, ağır sanayi teknolojisi ve büyük ölçekli uygulamalar için yeni ve uygulanabilir bir alan açabilecektir.

BAZI YENİ TİP HTSC SÜPERİLETKENLERİN YAPISAL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Amaç: Katı YBa2Cu3O7-y (YBCO) kristal sistemindeki Y-yerlerinin yerine Er-yerlerinin kısmi ikamesinin temel süperiletkenlik, elektriksel, kristallik ve yapısal morfoloji özelliklerine etkisini incelemek. Metod: Toz X-ışını kırınımı (XRD), sıcaklığa bağlı elektrik özdirenci (ρ-T), taramalı elektron mikroskobu (SEM), elektron dağılımlı X-ışını (EDX) incelemeleri ile karakterizasyon işlemleri yapılmıştır. Bulgular: Tüm deneysel test sonuçları, EDX ve ρ-T ölçüm sonuçlarıyla hassas bir şekilde doğrulanan toplu Y-123 kristal sistemindeki itriyum bölgeleri tarafından erbiyum safsızlıklarının başarılı bir şekilde ikame edildiğini göstermektedir. Ayrıca, tüm temel karakteristik niceliklerin, Er/Y kısmi ikame seviyesindeki artışla, x=0.03 değerine kadar arttığı ve bunun ötesinde özelliklerin dramatik olarak bozulma eğiliminde olduğu bulunmuştur. XRD sonuçları, optimum erbiyum içeriğinin, Y-123 kristal yapısının temel kristalografik özelliklerini (kafes gerilimi, kafes hücre sabitleri, kristalit boyut dağılımı, dislokasyon yoğunluk oranı, birim hücrelerdeki oksijen konsantrasyonları) ciddi şekilde geliştirmeyi sağladığını göstermektedir. Bununla birlikte, aşırı Er/Y ikamesi, YBCO kristal yapısında sistematik yapısal sorunları ve yapısal kusurlardan oluşan homojen olmayan dağılımını önemli ölçüde artırır. Böylece ortorombikten tetragonal (yapısal O-T geçişi) kristal yapıya faz geçişi gözlenmiştir. Aslında, XRD sonucu, üç değerlikli Er3+ parçacıklarının, x=0.03 kritik ikame seviyesinden sonra yığın Y-123 kristal yapısındaki iki değerli Cu2+ konak atomlarla kısmen değiştirilebileceğini gösterir. Optimum Er konsantrasyonu, indüklenen polaronik etki nedeniyle yollardaki homojen süperiletken küme yüzdelerinde termodinamik olarak daha aktif süper elektronların oluşmasına neden olur ve buna bağlı olarak Y-123 seramik sisteminin içsel aşırı katkılı yapısı optimal katkılı duruma geçer. Benzer şekilde, erbiyum iyonları, süper iletken tanelerin oksidasyon durumunda hareketli hole taşıyıcı konsantrasyonunu ve homojenliklerini arttırmayı sağlar. Yani, çift dalga fonksiyonunun genliği (Ψ= Ψ0e-iφ), polarize edilebilir kafeslerde bipolaronlar oluşturmaya ve elektronik durum yoğunluklarını (DOS) Fermi seviyesinde lokalize etmeye yetecek kadar güçlüdür. SEM araştırmaları, yüzey morfolojisi görünümünün ve kristallik kalitesinin, örneğin en iyi tane hizalama yönelimlerini, en yoğun ve en pürüzsüz yüzey morfolojisini en düşük kombinasyonla sergilediği x=0.03 kritik katkı düzeyine kadar erbiyum içeriğindeki artışla önemli ölçüde geliştiğini göstermektedir. Gözenekli ve en büyük parçacık dağılımları birbiriyle iyi bağlantılıdır. Sonuç: Sonuç olarak, tip II süper iletken malzeme YBa2Cu3O7-y seramik matrisi boyunca Er/Y kısmi değiştirme mekanizmasının analizine dayanan bu kapsamlı çalışma, ileri mühendislik, ağır sanayi teknolojisi ve büyük ölçekli uygulamalar için yeni ve uygulanabilir bir alan açabilecektir.