Nano katkılı bizmut tabanlı süperiletken malzemelerin manyetik ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the magnetic and mechanical properties of nano doped bismuth based superconductor materials
Yazar: EMİNE BURCU CEVİZCİ
Danışman: PROF. DR. KEMAL KOCABAŞ
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bi- tabanlı süperiletken seramik sisteminin kritik sıcaklık, kritik manyetik alan ve kritik akım taşıma kapasitesinin iyileştirilmesi uygulamalar için oldukça önemlidir. Bu çalışmada iki farklı nanoparçacık (İtriyum oksit ve Antimon trioksit) bizmut tabanlı yüksek sıcaklık süperiletken seramiklerine dört farklı ağırlık yüzdesi ile eklendi. Yapılan katkılamaların katıhal reaksiyon yöntemi ile hazırlanan sistemin süperiletkenlik, yapısal, manyetik ve mekanik özellikleri üzerindeki etkilerinin araştırılması ve karşılaştırılması amaçlandı. Örneklerin karakterizasyonları Titreşimli örnek ölçümü, Taramalı elektron mikroskobu, Enerji Dağıtıcı X-Ray Analizi, DC özdirenç-sıcaklık ölçümü, X-ışını kırınımı ve Vickers mikrosertlik ölçümü ile yapıldı. X-ışını kırınımı analizi tüm örneklerin ortorombik kristal yapıya sahip olduğunu, yüksek sıcaklık ve düşük sıcaklık fazlarına ait piklerin bir arada bulunduğunu gösterdi. Manyetizasyon ölçümlerine göre nano-Antimon trioksit katkı miktarı arttıkça manyetizasyon eğrilerinin alanının arttığı görüldü. Nano-İtriyumoksit katkılı örneklerinde x= %0.4 değerinden itibaren manyetizasyon eğrilerinin alanlarının azaldığı görüldü. Bean modeli kullanılarak kritik akım yoğunlukları hesaplandı. Nano-antimon trioksit katkılı örneklerin kritik akım yoğunluğu değerleri nano-itriyum oksit katkılı örneklere göre daha yüksek bulundu. Direnç sıcaklık ölçümlerinde nano-antimon trioksit katkısı örneklerin kritik sıcaklık değerini arttırdığı nano-itriyum oksit katkılı örneklerin azalttığı görülmüştür. Sertlik ölçümleri nano-itriyum oksit katkılı örneklerin, nano-antimon trioksit ilaveli örneklere göre daha yüksek sertlik değerlerine sahip olduğunu gösterdi. Her iki katkı maddesi de sistemin mekanik sertliğini artırmıştır. Tüm örneklerin sertlik değerleri dört farklı mekaniksel model kullanılarak hesaplandı. Deneysel sonuçlara en yakın değerler girinti kaynaklı çatlama modeli tarafından verildiği görüldü.

Abstract:
Improving critical temperature, critical magnetic field and critical current carrying capacity of Bi-based superconducting ceramic system is very important for applications. In this study, two different nanoparticles (Yttrium oxide and Antimony trioxide) have been added to Bismuth-based superconducting ceramics with four different weight percentages. It has been aimed to investigate and compare effects of doping on superconductivity, structural, magnetic and mechanical properties of the system. Characterizations of samples have been made by Vibrating sample measurement, Scanning electron microscopy, Energy dispersion X-ray spectroscopy, DC resistivity-temperature measurement, X-ray diffraction and Vickers microhardness measurement. X-ray diffraction analysis has been showed that all samples have orthorhombic crystal structure, high temperature and low temperature phases have been found together. It was observed that the area of magnetization curves increased with increasing nano-Antimone trioxide amount. In nano-yttrium doped samples, the areas of magnetization curves decreased from x = 0.4% value. Critical current densities have been calculated using Bean model. The critical current density values of nano-antimony trioxide added samples has been found higher. It has been seen that critical temperature value of nano-antimony trioxide added samples increased, while nano-yttrium oxide added samples decreased. Hardness measurements have been showed that nano-yttrium oxide added samples had higher hardness values than nano-antimony trioxide added samples. Both addition has been increased hardness of the system. The hardness values of all samples were calculated using four different mechanical models. It was seen that the closest values to the experimental results were given by the indentation cracking model.