Yüksek performanslı MgB2 üretimi için karbon katkılanmış bor sentezi

Abstract

MgB2, süper iletken özelliği yalnızca 2001 yılında keşfedilmesine rağmen neredeyse on yıllardan beri bilinmektedir. O zamandan beri, süper iletken kablolarda kullanım, bobinler ve mıknatıslar, kolaylık ve uygun maliyetli kullanılabilirliği nedeniyle oldukça yaygın hale gelmiştir. MgB2, düşük sıcaklık (LT) süper iletkenleri (örneğin NbTi, 9K) ile düşük sıcaklık (LT) süper iletkenleri (örneğin NbTi, 9K) ve yüksek sıcaklık BSCCO (Bismuth stronsiyum kalsiyum bakır oksit) arasındaki ortadaki yer olan kritik bir sıcaklığa geldiğinde benzersiz bir süper iletkendir. 108 K.Süper iletkenlerin verimli çalışması için bu kritik sıcaklıklara ulaşması gerekir. MgB2, önemli bir maliyet farkında kolayca bulunabilen sıvı hidrojen veya katı hal nitrojen / kriyo soğutucu kullanımıyla kolayca soğutulabilir.Bu çalışmada, MgB2'nin süper iletkenlik özelliklerini, toplam karbon içeriklerinin % 3/6/9'u arasında değişen ve karbon içerikli farklı karbon içeren kaynaklarla (şeker ve malik asit) katkılanarak, kritik akım yoğunluğunu ve sıcaklığını geliştirmeyi amaçladık. Ön deneylerde, termogravimetrik koşullar (DTG, Ar) altında malik asit ve şeker ayrıştırıldı ve ağırlık değişiklikleri, ayrışma sıcaklığı ve saf karbon oluşumu (yaklaşık 400 ° C) belirlendi. Mg'nin bu aşamada eklenmesi, öncül malik asit ve şekerin ayrışması sırasında oluşan suyun varlığından dolayı uygun olmadı. Numunelerin faz saflığı, X-Ray difraksiyon yöntemi ile analiz edildi. Her bir örnekte hücre sabitlerinin(lattice constant) belirlenmesi için Rietveld analizi yapılmıştır. XRD'den sayısal bir terkip elde etmek için ölçülen yansımalar Si standardı eklenerek ile kalibre edildi. Sonuçlar, hücre parametrelerinde a ve c eksenlerinde saf MgB2'ye göre beklenen kaymaları göstermektedir. Çok tipik olarak, katkılı örnekteki MgB2'nin hücrelerinde C yerleştirme miktarıyla orantılı olarak c / a oranının artmasıdır. Aynı nominal karbon içeriklerinden başlayarak, şekerle doping, malik asidin C katkılayıcı olarak kullanılmasından daha etkilidir. Bunun, genel süreçte reaktanların ve özellikle de karbonun homojenliği ile doğrudan ilgili olduğuna inanıyoruz

MgB2 has been known almost six decades although its superconductive property is discovered only in 2001. Since then the usage in superconductive wires, coils and magnets became quite common due to its convenience and cost-effective availability. MgB2 is a unique superconductor when it comes to critical temperature (Tc = 39 K) occupying middle place between the so called low temperature (LT) superconductors (e.g. NbTi, 9K) and the high temperature BSCCO (Bismuth strontium calcium copper oxide) which is 108 K.Superconductors need to reach these critical temperatures in order to work efficiently. MgB2 can be easily cooled by the usage of liquid hydrogen or solid state nitrogen/cryocooler that is readily available at a significant cost difference.In this study we aimed to improve the superconductivity properties of MgB2 by doping with different carbon containing sources (sugar and malic acid) at mass percentages of 3, 6 and 9. In the preliminary experiments, malic acid and sugar were decomposed under thermogravimetric conditions (DTG, Ar) and the weight changes, the temperature of decomposition and formation of pure carbon (ca. 400 C) were determined. The addition of Mg at this stage is not favorable due to presence of the water which forms during the decomposition of the precursor's malic acid and sugar. The phase purity of the samples was analyzed by X-Ray diffraction method. For the determination of the lattice constants in each sample Rietveld analysis performed. To obtain numerical precession from the XRD the measured reflections were calibrated with the well-known Si standard. The results show the expected shifts in the lattice parameters a and c axes with respect to the pure MgB2. Very typical hereby is the increase of the c/a ratio in the doped specimen proportional to the amount of C insertion into the lattice of MgB2. Starting from the same nominal carbon contents, the doping with sugar is more effective than when malic acid was employed as C-precursor. We believe that this is directly related to the homogeneity of the reactants - and particularly to that of carbon - in the overall process.