Zirkonyum katkılanmış Bi-tabanlı süperiletken seramiklerin mekanik, yapısal ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi
Research on mechanical, structural and electrical properties of zirconium doped Bi-based superconducting ceramics
Yazar: EMRE ORHAN
Danışman: DOÇ. DR. RIFKI TERZİOĞLU ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞENOL KAYA
Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Difüzyon = Diffusion ; Seramikler = Ceramics ; Süper iletkenler = Superconductors ; Yapısal bozukluklar = Structural disorders

Özet:
Bu çalışma kapsamında Bi-tabanlı süperiletken seramiklerin temel özelliklerine yüzey safsızlık katkılamasının etkileri araştırılarak, elektriksel performanslarının geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda Zirkonyum metali Bi-2223 seramiklerinin üzerine buharlaştırma yöntemiyle kaplanmış ve 650 °C ile 840 °C arasında sıcaklıklarda tavlama yapılarak Zr difüzyonu gerçekleştirilmiştir. Zr difüzyonunun Bi-2223 seramiğinin yapısal, morfolojik, mekanik, elektriksel ve süperiletken özellikleri üzerindeki etkilerini sistematik olarak yorumlanarak çalışma sonlandırılmıştır. Yapılan analizlerde yapısal kusurlar ve geçiş sıcaklıkları arasındaki etkileşimlerde tartışılmıştır. Sonuç, Zr'nin Bi-seramiklerin daha derin seviyelerine kolayca yayılabileceğini ve yüksek termal enerjinin itici gücü nedeniyle olası Zr/Sr yer değiştirmesinin meydana geldiğini göstermiştir. Zr difüzyonu, Bi-2223 seramiğinin kristalografisini 800 °C tavlama sıcaklığına kadar iyileştirmiştir. Ek olarak, 800 °C'de tavlanmış numunelerin yüzey morfolojisinde daha iyi düzlem benzeri yapı ve taneler arası bağlantı gözlemlenmiştir. 800 °C tavlama işleminden sonra yüzeyine Zr kaplanmış Bi-2223 seramikleri için hem temel elektriksel özdirenç, boşluk (hol) taşıyıcı yoğunlukları hem de dar geçişli kritik sıcaklıklarda önemli bir gelişme elde edildi. Bu kritik özelliklerin elde edilen iyileştirmesi, süperiletken kümelerdeki bipolaron oluşumlarına, optimum eşleşme mekanizmasına, en iyi kristal yapı kalitesine ve ideal Cu-O2 ara katman birleştirme kuvvetlerine ve Zr yayılmış süperiletken taneler arasındaki etkileşime atfedilebilir. 800 °C'de Zr safsızlık difüzyonunun, süperiletken teknolojisinde gelecekteki uygulamalar için Bi-2223 sistemlerinin temel özelliklerinin iyileştirilmesi için umut verici olduğu sonucuna varılabilir. Bu tez çalışması, Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi bilimsel araştırma projeleri koordinatörlüğü 2022.09.03.1560 numaralı "Zirkonyum katkılanmış Bi-tabanlı süperiletken seramiklerin mekanik, yapısal ve elektriksel özelliklerinin incelenmesi" başlıklı proje tarafından desteklenmiştir.

Abstract:
The aim of this study is to investigate influences of the zirconium (Zr) diffusion on the structural, morphological, mechanical, electrical and superconducting features of the Bi-2223 ceramic. The present study also covers in-depth understanding of correlations between the disorders and transition temperatures. The Zr diffusion was carried out via annealing process between 650 °C and 840 °C. Result have depicted that the Zr can easily diffuse into the deeper level of the Bi-ceramics and possible Zr/Sr substitution have occurred due to the driving force of high thermal energy. The Zr diffusion improves the crystallography of the Bi-2223 ceramic up to 800 °C annealing process. In addition, better intergranular couplings with smoother plate-like structure have been observed in surface morphology for the samples annealed at 800 °C. A significant improvement on the both basic electrical resistivity, hole carrier densities and critical temperatures with narrow transition was also obtained for the Zr surface-layered Bi-2223 ceramics after 800 °C annealing process. The obtained refinement of these critical features can be attributed to the formations of bipolaron in the superconducting clusters, optimum pairing mechanism, best crystal structure quality and ideal Cu-O2 interlayer coupling strengths and interaction between Zr diffused superconducting grains. It can be concluded that the Zr impurity diffusion at 800 °C is promising for the improvement of basic features of the Bi-2223 systems for future applications in superconductor technology.