Gd5Si2.05-xGe1.95-xSb2x sisteminin 2x=0, 0.01, 0.03, 0.05 ve 0.08 bileşikleri için yapısal ve manyetokalorik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of structural and magnetocaloric properties of Gd5Si2.05-xGe1.95-xSb2x system for 2x=0, 0.01, 0.03, 0.05 and 0.08 compounds
Yazar: SEMİH ENER
Danışman: PROF. DR. YALÇIN ELERMAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Malzeme bilimi = Material science ; Malzeme özellikleri = Material properties ; Manyetik ölçüm = Magnetic measurement ; Manyetizma = Magnetism

Özet:
?Gd5Si2.05-xGe1.95-xSb2x Sisteminin 2x = 0, 0.01, 0.03, 0.05 ve 0.08 Bileşikleri için Yapısal ve Manyetokalorik Özelliklerinin İncelenmesi? adlı tez çalışmasında amaç Gd5Si2Ge2 sisteminden ayılarak hazırlanan Gd5Si2.05Ge1.95 sistemine yapılan antimuan (Sb) katkılamasının sistemin manyetokalorik özelliklerine etkisini incelemektir. Sb katkılamasının etkisinin anlaşılabilmesi için öncelikle saf sistemin manyetik özellikleri incelenmiş daha sonra Gd5Si2.05-xGe1.95-xSb2x sistemi 2x = 0.01, 0.03, 0.05 ve 0.08 alaşımları için incelenmiştir.Üretilen tüm alaşımlarda ana faz olan monoklinik (P 1 1 21/A) Gd5Si2Ge2 fazının yanı sıra ortorombik (P n m a) Gd5Si4 fazı gözlemlenmektedir. Rietveld arıtımı sonuçlarından gözlemlenmiştir ki ana faz olan Gd5Si2Ge2 fazı tüm alaşımlar için yaklaşık % 80 oranındadır.Mıknatıslanma ölçümlerinden yola çıkılarak gerçekleştirilen manyetik entropi değişimi hesaplarından en yüksek manyetokalorik özellik gösteren malzemenin Gd5Si2.025Ge1.925Sb0.05 alaşımı olduğu belirlenmiştir. 5 T lık manyetik alan değişimi için saf sistemde gözlemlenen manyetik entropi değişimi 8.89 J kg-1 K-1 iken bu değer Gd5Si2.025Ge1.925Sb0.05 alaşımı için 12.67 J kg-1 K-1 dir. Antimuan katkılanan diğer tüm örnekler küçük manyetokalorik özellik sergilemişlerdir. Gd5Si2.025Ge1.925Sb0.05 alaşımı manyetik geçişin yanı sıra yapısal geçiş de sergilemektedir. Bu nedenle Gd5Si2.025Ge1.925Sb0.05 alaşımı sergilediği yapısal geçişten emin olabilmek için sıcaklığa bağlı zor ölçümleri zor ölçer yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Yapılan ölçümler göstermiştir ki alaşım sıfır alanda yaklaşık olarak 250 K yakınlarında yapısal geçiş sergilemektedir. Artan manyetik alan değeri ile malzemenin sergilediği bu geçiş sıcaklığı daha yüksek sıcaklıklara kaymaktadır. Ayrıca alaşımın sergilediği manyetokalorik özellik direkt ölçüm yöntemi ile ölçülmüştür. Bu ölçüm sonucunda 5 T lık manyetik alan değişimi için malzemede 7.6 K lik sıcaklık değişimi, 2 T lık ölçümde ise 3.2 K lik sıcaklık değişimi gözlemlenmiştir.Bu tez çalışmasına başlarken saf sisteme Sb katkılaması ile sistemin sahip olduğu manyetokalorik özelliği arttırılması ve geçiş sıcaklığının ayarlanması planlanmıştır. Deney sonuçları amaçlarımıza ulaştığımızı doğrulamıştır.Anahtar Kelimeler: Manyetokalorik Malzemeler, Manyetik Entropi Değişimi, Gd5Si2Ge2, Manyetik Ölçümler, Manyetik Soğutma, Landau Teorisi

Abstract:
This research titled as ?Investigation of Structural and Magnetocaloric Properties of Gd5Si2.05-xGe1.95-xSb2x System for 2x = 0, 0.01, 0.03, 0.05 and 0.08 Compounds? aims to investigate the effect of Sb doping on magnetocaloric properties of Gd5Si2.05Ge1.95 system which was prepared by shifting from stochiometric Gd5Si2Ge2 system. In order to determine the effect of Sb doping, first of all the magnetocaloric properties of initial pure system was investigated and the study continued by the investigation of the system, Gd5Si2.05-xGe1.95-xSb2x for 2x = 0.01, 0.03, 0.05 and 0.08 alloys.For all produced alloys, the main phase of investigated alloys is monoclinic (P 1 1 21/A) Gd5Si2Ge2 phase, indeed orthorhombic (P n m a) Gd5Si4 phase is also observed. The phase ration of the main phase Gd5Si2Ge2 was approximately 80% for all alloys revealed by Rietveld refinement.The magnetocaloric effect calculated by the magnetization measurements, Gd5Si2.025Ge1.925Sb0.05 has the highest magnetocaloric effect value among all studied alloys. The calculated magnetic entropy change of pure system is 8.89 J kg-1 K-1 at 5T magnetic field while the same value for Gd5Si2.025Ge1.925Sb0.05 alloy is 12.67 J kg-1 K-1. The temperature of structural transition and the magnetic transition are anticipated to be close for the Gd5Si2.025Ge1.925Sb0.05 alloy. To verify the structural transition temperature in Gd5Si2.025Ge1.925Sb0.05 alloy we also make the strain measurement by strain gauge method. It is clear from the strain measurements that the alloy is exhibiting a structural transition at 250 K at zero magnetic field. With increasing magnetic field values this transition temperature is shifting to higher temperatures.Beside the calculation form magnetization measurement data, the magnetocaloric effect was also measured by direct measurement method. From the direct measurement, it is observed that the temperature change on the sample for 5T magnetic field is changed the temperature of was 7.6 K and 3.2 K for 2T magnetic field change.At the beginning of this dissertation, we aim to that to increase the magnetocaloric effect and tuning the transition temperature by Sb doping on pure system. The experimental results confirm that we have achieved our purposes.Key Words: Magnetocaloric Materials, Magnetic Entropy Change, Gd5Si2Ge2, Magnetic Measurements, Magnetic Refrigeration, Landau Theory