АНОМАЛЬНАЯ РЕЛАКСАЦИЯ КИСЛОРОДА В СТРУКТУРЕ КУПРАТА БАРИЯ-ИТТРИЯ С ЧАСТИЧНЫМ ЗАМЕЩЕНИЕМ БАРИЯ И МЕДИ
В.В.Приседский, И.А.Удодов, Е.И.Волкова, Т.В. Чумакова (ДонНТУ)
Збірка доповідей V Міжнародної наукової конференції аспірантів та студентів "Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів". Т.1 - Донецьк: ДонНТУ, ДонНУ, 2005. - 236 с.-с.14-18
Одной из ключевых задач в области практического применения оксидных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) является получение керамических образцов с высокой плотностью. Наиболее перспективными высокотемпературными материалами для практического применения являются сверхпроводники на основе YBa2Cu3Oх. Синтез новых ВТСП на основе оксидов меди с температурой перехода выше температуры кипения жидкого азота связан с поисками различных вариантов катионных замен в уже известных материалах. Основное направление поиска новых ВТСП - это конструирование оригинальных усложненных систем сетей (CuO2) с различной конфигурацией слоёв, их числом, характером чередования в блоке и связи между слоями. Естественный путь реализации этого направления - подбор новых комбинаций двух-, трех- и четырехвалентных катионов и подбор новых стехиометрических составов. Были сделаны попытки частично заменить медь и барий на их изоэлектронные аналоги в подходящих валентных состояниях (серебро, золото, металлы VII группы, цинк, кадмий).
В настоящее время ведется активный поиск перспективных композиций при одновременной замене обоих элементов.
В данной работе исследованы керамические свойства купрата бария - иттрия с частично замещенными барием и медью.
Высокотемпературная сверхпроводящая керамика состава YBa2-хSmхCu2,995Li0.005Оz (х=0 0,12; шаг - 0,02) была синтезирована по обычной керамической технологии. Исходные вещества, взятые в стехиометрическом соотношении, тщательно измельчали в агатовой ступке под слоем этилового спирта. Синтез образцов проводили при температуре 9300C в течение 20 часов с двумя промежуточными перетираниями. Образцы в виде дисков диаметром 15 мм спекали при температуре 9400C на воздухе. По данным рентгенофазового анализа количество примесных фаз в полученных образцах составляло не более 2%.
Расчеты параметров кристаллической решетки показали немонотонную зависимость величин а, b и с от содержания самария в структуре керамики (табл.1).
Таблица 1
Зависимость параметров кристаллической структуры керамики состава YBa2-хSmхCu2,995Li0.005Оz от содержания Sm
| Параметры кристаллической решётки | Содержание Sm в структуре YBa2-хSmхCu2,995Li0.005Оz, мол.% | ||||
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
|
a, A |
3,822 |
3,825 |
3,825 |
3,830 |
3,831 |
b, A |
3,880 |
3,885 |
3,893 |
3,893 |
3,888 |
c, A |
11,640 |
11,665 |
11,680 |
11,680 |
11,665 |
V, A3 |
172,64 |
173,23 |
173,96 |
174,18 |
173,73 |
Образцы (1) в виде дисков с общей массой 3-4 г подвешивали на платиновой нити (2) внутри вертикального кварцевого реактора (3) со шлифами на концах. Шлиф в нижней части предназначен для крепления Pt-PtRh термопары (4) и подвода газовых смесей. Шлиф в верхней части предназначен для уменьшения выходного сечения реактора до 2 мм. Обогрев реактора осуществляли печью (5). Температуру поддерживали с помощью тиристорного регулятора ВРТ-3 (6) и регистрировали цифровым вольтметром В7-21 (7).
В результате гравиметрических исследований содержания кислорода в YBa2-хSmхCu2,995Li0.005Оz (х=0; 0,02 и 0,08) была обнаружена аномальная релаксация кислорода в циклах нагрев-охлаждение (рис.2-4). Установлено, что в предполагаемой области перехода тетрагональной в ромбическую фазу для самарий - содержащих образцов наблюдаются чётко выраженные гистерезисы. Для состава YBa2Cu2,995Li0.005Оz гистерезис не наблюдается. При движении из области низких в область высоких температур содержание кислорода в образцах оказывается всегда выше, чем при движении из области высоких в область низких температур. Увеличение содержания самария приводит к увеличению площади гистерезиса. Результаты гравиметрических исследований в пределах погрешности эксперимента воспроизводятся при многократном термоциклировании образцов.
Таким образом, исследования керамических свойств, рентгеновские и гравиметрические исследования свидетельствуют об аномальном изменении свойств купратов состава YBa2-хSmхCu2,995Li0.005Оz.
Следует отметить, что подобный характер зависимости содержания кислорода в циклах нагрев-охлаждение для купратов со структурой "123" наблюдается впервые.
Полученные результаты являются предварительными и пока не позволяют сделать однозначных выводов о причинах наблюдаемых аномалий. Однако, по мнению авторов настоящей работы, полученные результаты могут вызвать значительный интерес специалистов в области физико-химии твердого тела.