Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός υπεραγώγιμου υλικού τύπου BSCCO

Κοκκινόπουλος, Ιωάννης; Kokkinopoulos, Ioannis

dc.contributor.author	Κοκκινόπουλος, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Kokkinopoulos, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2018-02-08T10:02:01Z
dc.date.available	2018-02-08T10:02:01Z
dc.date.issued	2018-02-08
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46417
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14956
dc.rights	Default License
dc.subject	Υπεραγωγιμότητα	el
dc.subject	Φάση Bi-2212	el
dc.subject	Σύστημα Bi-Sr-Ca-Cu-O	el
dc.subject	Πυροσυσσωμάτωση	el
dc.subject	Μέθοδος δύο και τριών βημάτων	el
dc.subject	Superconductivity	en
dc.subject	Phase Bi-2212	en
dc.subject	Bi-Sr-Ca-Cu-O System	en
dc.subject	Sintering	en
dc.subject	Two and three step method	en
dc.title	Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός υπεραγώγιμου υλικού τύπου BSCCO	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υπεραγωγιμότητα	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-10-31
heal.abstract	Η εργασία αυτή ερευνά τους υπεραγωγούς υψηλών θερμοκρασιών της σειράς Bi2Sr2CaCu2Ο8+x. Ανάμεσα στους υπεραγωγούς υψηλών θερμοκρασιών, ιδιαίτερη θέση έχει η σειρά Bi2Sr2Can-1CunΟ2n+4, για n=l,2,3 λόγω της υψηλής θερμοκρασίας μετάβασης που εμφανίζει, Tc=85K για n=2 και Tc=110K για n=3. Η παρασκευή ωστόσο της σειράς αυτής έχει αποδειχθεί ιδιαίτερα δύσκολη, εφόσον μέχρι στιγμής δεν έχει παρασκευαστεί μονοφασική σκόνη της φάσης Βi-2212 (n=2). Πάντα συνυπάρχει η Βi-2201 φάση (n=1) ακόμα και σε μεγάλα ποσοστά, καθώς και άλλες ανεπιθύμητες προσμίξεις. Παρόλα τα προβλήματα όμως, η σειρά αυτή είναι σημαντική για τις εφαρμογές ισχύος, διότι η παρασκευή συρμάτων και ταινιών με τους υπεραγωγούς αυτούς μπορεί να επιτευχθεί σε μεγάλα μήκη και με αρκετά υψηλά κρίσιμα ρεύματα, ενώ δεν εμφανίζει τα προβλήματα των ασθενών συνδέσμων που παρουσιάζουν άλλοι υπεραγωγοί υψηλών θερμοκρασιών, όπως ο υπεραγωγός YBCO, υποβαθμίζοντας με αυτόν τον τρόπο τις υπεραγώγιμες ιδιότητες τους. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας, αποτελεί η βελτίωση της διαδικασίας για την παρασκευή μονοφασικών κόνεων μεγάλης καθαρότητας της υπεραγώγιμης φάσης Bi2Sr2CaCu2O8+x (Bi-2212) με τη μέθοδο της αντίδρασης στερεάς κατάστασης και ο χαρακτηρισμός αυτών. Ειδικότερα, η εργασία κινήθηκε σε τρεις βασικούς άξονες. Ο πρώτος ήταν η σύνθεση της υπεραγώγιμης φάσης 2212 με τους συνήθεις και διαδεδομένους τρόπους παρασκευής. Τον δεύτερο άξονα αποτέλεσε η βελτίωση της μεθόδου αντίδρασης στερεάς κατάστασης, μέσω της πραγματοποίησής της σε δύο και τρία βήματα, καθώς επίσης και η βελτίωση του θερμικού κύκλου-προφίλ παρασκευής της σκόνης ως προς την θερμοκρασία και τον χρόνο πυροσυσσωμάτωσης και ανόπτησης. Τέλος, τον τρίτο άξονα, αποτέλεσε η διερεύνηση της επίδρασης του MgO (οξειδίου του μαγνησίου) στην υπεραγώγιμη φάση Bi-2212, ως προς την κρίσιμη θερμοκρασία, την κρίσιμη πυκνότητα ρεύματος και την αύξηση της απόδοσης της αντίδρασης. Για την παρασκευή της σκόνης του υπεραγωγού χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος της αντίδρασης στερεάς κατάστασης, η οποία στηρίζεται στην ανάμιξη των πρώτων υλών (Bi2O3, SrCO3, CaCO3 και CuO) και στην κατάλληλη θερμική κατεργασία του μίγματος. Πιο συγκεκριμένα, η μέθοδος της αντίδρασης στερεάς κατάστασης βελτιώθηκε και πραγματοποιήθηκε σε δύο και τρία βήματα, αυξάνοντας με αυτόν τον τρόπο την απόδοση της αντίδρασης ως προς την παραγωγή της 2212 φάσης. Η διαδικασία παρασκευής της υπεραγώγιμης σκόνης Bi-2212 σε δύο και τρία βήματα, δεν αναφέρεται εκτενώς στη διεθνή βιβλιογραφία. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, πραγματοποιήθηκε επίσης βελτίωση του θερμικού κύκλου παρασκευής της σκόνης (θερμοκρασία και χρόνος πυροσυσσωμάτωσης) με αποτέλεσμα την παραγωγή σκόνης Bi2Sr2CaCu2O8+x, με πολύ καλές υπεραγώγιμες ιδιότητες. Βάση του κύκλου αυτού διαπιστώθηκε ότι για την παρασκευή της υπεραγώγιμης σκόνης, δεν είναι απαραίτητο το στάδιο της ανόπτησης της σκόνης σε περιβάλλον Ar ή Ο2. Οι παραγόμενες κόνεις χαρακτηρίστηκαν με διάφορες αναλυτικές μεθόδους, όπως ανάλυση με περίθλαση ακτινών X (XRD), για την διαπίστωση της κρυσταλλικής δομής, ομοιογένειας και καθαρότητας τους, ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) για την μελέτη της κοκκομετρίας τους, μετρήσεις μαγνητικής επιδεκτικότητας και ηλεκτρικής αντίστασης για την εύρεση των υπεραγώγιμων ιδιοτήτων τους. Επίσης, η εύρεση των βέλτιστων θερμικών κύκλων για την παρασκευή των κόνεων, έγινε με τη χρήση θερμικών μεθόδων ανάλυσης (DTA,TG). Τέλος, αναπτύχθηκε μια διάταξη επίδειξης μαγνητικής ανύψωσης με υγρό άζωτο για την παρατήρηση του φαινομένου Meissner και την ποιοτική διαπίστωση της υπεραγωγιμότητας των παραχθέντων δειγμάτων. Από τα συμπεράσματα της παρούσας εργασίας, προκύπτει ότι η μέθοδος της αντίδρασης στερεάς κατάστασης οδηγεί στην παρασκευή ομοιογενών υπεραγώγιμων κόνεων Bi2Sr2CaCu2O8+x, μεγάλης καθαρότητας και με πολύ καλές υπεραγώγιμες ιδιότητες, σύμφωνα με τη βελτίωση του θερμικού κύκλου παρασκευής και με τη μέθοδο των δύο και τριών βημάτων. Επίσης η προσθήκη MgO στην φάση 2212, φαίνεται πως έχει θετικές επιδράσεις σε ποικίλα μεγέθη.	el
heal.abstract	This thesis investigates the high temperature superconductors of the Bi2Sr2CaCu2O8+x series. Among the high temperature superconductors, the Bi2Sr2Can-1CunO2n+4 series, for n = 1,2,3 has a special position due to its high transition temperature, Tc = 85K for n=2 and Tc = 110K for n=3. However, the preparation of this series has proved to be particularly difficult since monophasic powder of the Bi-2212 (n=2) phase, has not been prepared so far. Always Bi-2201 phase (n=1) coexists even at high rates, as well as other undesirable impurities. Despite these problems, however, this series is important for power applications because the manufacture of wires and films with these superconductors can be achieved in long lengths and with sufficiently high critical currents and does not show the problems of weak links, that presenting other high temperature superconductors such as the YBCO superconductor, thereby degrading their superconducting properties. The aim of this diploma thesis is to improve the process for the production of high purity monophasic powders of Bi2Sr2CaCu2O8+x (Bi-2212) superconducting phase by solid state reaction method and their characterization. In particular, the study has been set on three main axes. The first was the synthesis of the superconducting phase 2212 with the usual and widespread manufacturing methods. The second axis was to improve the solid state reaction method by making it in two and three steps, as well as improving the thermal cycle-profile preparation of the powder, in terms of temperature and time of sintering and annealing. Finally, the third axis was the investigation of the effect of Magnesium Oxide, on Bi-2212 superconducting phase, on critical temperature, critical current density and increasing the reaction’s efficiency. For the preparation of the superconducting powder, the solid state reaction method was used, which was based on the mixing of the raw materials (Bi2O3, SrCO3, CaCO3 and CuO) and the appropriate heat treatment of the mixture. More specifically, the solid state reaction method was improved and performed in two and three steps, increasing thereby the efficiency of the reaction in the production of the 2212 phase. The Bi-2212 superconducting powder preparation in two and three steps is not extensively reported in the international literature. Moreover, in the context of the present study, an improvement of the thermal cycle preparation of powder achieved, (temperature and sintering time) and resulted in production of Bi2Sr2CaCu2O8+x powder, with very good superconducting properties. Based on this cycle it was found that for the preparation of the superconducting powder, the step of annealing the powder in an Ar or O2 environment is not necessary. The resulting powders were characterized by a variety of analytical methods, such as X-ray diffraction (XRD) analysis, to determine their crystalline structure, homogeneity and purity, scanning electron microscopy (SEM) to study their particle size, magnetic susceptibility and electrical resistance measurements to find their superconducting properties. Also, finding optimal thermal cycles for powder preparation, was done using thermal analysis methods (DTA, TG). Finally, a liquid nitrogen elevation display was developed to observe the Meissner effect and qualitatively detect the superconductivity of the samples produced. 8 From the conclusions of the present study, it results that the solid state reaction method leads to the production of homogeneous superconducting powders of Bi2Sr2CaCu2O8+x phase, with high purity and very good superconducting properties, according to the improvement of the thermal cycle of manufacture and by the method of two and three steps. Also, the addition of MgO in 2212 phase appears to have positive effects in various values. Keywords	en
heal.advisorName	Χριστοφόρου, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Ξανθάκης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Τσαμάκης, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Επικοινωνιών, Ηλεκτρονικής και Συστημάτων Πληροφορικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	306 σ.
heal.fullTextAvailability	true