In this paper, the possibility is shown to synthesize yttrium-barium cuprates using a high-speed electro discharge plasma jet. The synthesized products were charactirezed by X-Ray diffractometry, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy

Гуков, М. И.

Циммерман, А. И.

Шаненкова, Юлия Леонидовна

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

XIII ɆȿɀȾɍɇАɊɈȾɇАə ɄɈɇɎȿɊȿɇɐɂə ɋɌɍȾȿɇɌɈВ, АɋɉɂɊАɇɌɈВ ɂ ɆɈɅɈȾɕɏ ɍɑȿɇɕɏ «ɉȿɊɋɉȿɄɌɂВɕ ɊАɁВɂɌɂə ɎɍɇȾАɆȿɇɌАɅɖɇɕɏ ɇАɍɄ» 476  Ɋɨɫɫия, Ɍɨɦɫɤ, 26-29 ɚɩɪеɥя 2016 г. Ɍɨɦ 2. ɏиɦия  О ВОЗМОЖНОСТИ СИНТЕЗА ИТРРИЙ-БАРИЕВЫХ КУПРАТОВ В ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОЙ ПЛАЗМЕННОЙ СТРУЕ А.И. Циммерман, Ю.Л. Шаненкова, М.И. Гуков Научный руководитель: профессор, д.т.н. А.А. Сивков Национальный исследовательский Томский политехнический университет,   Россия,  г.Томск,  пр. Ленина, 30, 634050 E-mail: alextsimmer@yandex.ru  ON POSSIBILITY OF SYNTHESIS OF YTTRIUM-BARIUM CUPRATES IN ELECTRO DISCHARGE PLASMA JET A.I. Tsimmerman, Yu.L. Shanenkova, M.I. Gukov Scientific Supervisor: Prof., Dr. A.A. Sivkov Tomsk Polytechnic University, Russia, Tomsk, Lenin str., 30, 634050 E-mail: alextsimmer@yandex.ru  Abstract. In this paper, the possibility is shown to synthesize yttrium-barium cuprates using a high-speed electro discharge plasma jet. The synthesized products were charactirezed by X-Ray diffractometry, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy.  Высокотемпературные сверхпроводники находят широкое применение в различных областях науки и техники. Например, их используют в сверхпроводящих обмотках, в системах сверхпроводящих маховиков и в поездах на магнитных подушках [1]. Также применение высокотемпературных сверхпроводников потенциально полезно в двигателях и генераторах [2]. Соединение элементов иттрия, бария, меди и кислорода на данный момент являются наиболее перспективными материалами в области сверхпроводников, так как имеют высокое значение критической температуры перехода в сверхпроводящее состояние вплоть до 90 К [3].  Основным методом получения иттрий-бариевых купратов на сегодняшний день является отжиг смеси оксида иттрия, углекислого бария и оксида меди в атмосферной печи. Данный способ отличается большими временными издержками.  В данной работе рассматривается новый метод получения нанодисперсного иттрий-бариевого купрата. В основе предложенного метода лежит использование импульсного коаксиального магнитоплазменного ускорителя с медными электродами. Преимуществами данного метода являются: быстродействие, простота получения и экологичность технологии [4]. В исходном состоянии в канал формирования плазменной структуры закладываются следующие прекурсоры: оксид иттрия, углекислый барий и медь в необходимом соотношении. Инициированием загорания дугового плазменного разряда осуществляется при помощи электровзрывающихся медных проводников. Получаемая многокомпонентная плазма истекает в пространство рабочей камеры, заполненной кислородом. В результате плазмохимической реакции синтезируется нанопорошок, сбор которого осуществляется через час после окончания рабочего цикла, продолжительность которого составляет ~500 мкс.  XIII ɆȿɀȾɍɇАɊɈȾɇАə ɄɈɇɎȿɊȿɇɐɂə ɋɌɍȾȿɇɌɈВ, АɋɉɂɊАɇɌɈВ ɂ ɆɈɅɈȾɕɏ ɍɑȿɇɕɏ «ɉȿɊɋɉȿɄɌɂВɕ ɊАɁВɂɌɂə ɎɍɇȾАɆȿɇɌАɅɖɇɕɏ ɇАɍɄ» 477  Ɋɨɫɫия, Ɍɨɦɫɤ, 26-29 ɚɩɪеɥя 2016 г. Ɍɨɦ 2. ɏиɦия  Анализ синтезированного порошка осуществлялся с помощью рентгеновской дифрактометрии (Shimadzu XRD7000), сканирующей электронной микроскопии (Magellan 400) с приставкой энергодисперсионного анализа и просвечивающей электронной микроскопии (Jeol JEM 2200F). На рисунке 1 представлена рентгеновская дифрактограмма полученного образца. Фазовый анализ продукта проведен с помощью программы Search-Match и базы структурных данных PDF 2. В результате расшифровки были идентифицированы следующие фазы: YBa2Cu4O8 (80-1459), YBa2Cu3O6,5 (48-891), BaCO3 (78-2057), CuO (80-1917), а также Y2O3 (20-1412). Наиболее интенсивные максимумы, присутствующие на дифрактограмме, являются отражениями от фаз CuO и YBa2Cu3O6,5, что свидетельствует об их доминирующем присутствии в продукте.  Рис. 1.Рентгеновская дифрактограмма синтезированного материала  Результаты рентгеноструктурного анализа полученного материала подтверждаются данными просвечивающей электронной микроскопии. На рисунке 2 представлены светлопольные рисунки при разных увеличениях (x80k и x600k), а также дифракционная картина синтезированного продукта. Как видно, размер частиц данного продукта не превышает 150 нм. Большинство частиц-кристаллитов имеют шарообразную форму. Электронная дифракция с выделенной области (SAED) в большинстве своем имеет точечно-кольцевой характер. Расшифровка ее результатов позволяет подтвердить синтез указанных выше фаз. Наиболее яркие отражения точечных рефлексов, которые хорошо заметны на SAED-картине относятся к фазам YBa2Cu3O6,5, YBa2Cu4O8 и CuO.  Рис. 2. TEM-снимки синтезированного материала XIII ɆȿɀȾɍɇАɊɈȾɇАə ɄɈɇɎȿɊȿɇɐɂə ɋɌɍȾȿɇɌɈВ, АɋɉɂɊАɇɌɈВ ɂ ɆɈɅɈȾɕɏ ɍɑȿɇɕɏ «ɉȿɊɋɉȿɄɌɂВɕ ɊАɁВɂɌɂə ɎɍɇȾАɆȿɇɌАɅɖɇɕɏ ɇАɍɄ» 478  Ɋɨɫɫия, Ɍɨɦɫɤ, 26-29 ɚɩɪеɥя 2016 г. Ɍɨɦ 2. ɏиɦия  На рисунке 3 представлены SEM-снимки полученного образца. Из рисунков 3а и 3б видно, что полученный порошок является наноразмерным. Максимальный размер частиц составляет ~140 нм, средний размер частиц варьируется в диапазоне 70‒75 нм. Также с полученного порошка снят EDS в области, указанной на рисунке 3в. Результат EDS, представленный на рисунке 3г, подтверждает наличие всех ранее перечисленных химических элементов в данном образце.   Рис. 3. а‒б) SEM-снимки синтезированного материала; в-г) EDS анализ  В работе была экспериментально показана возможность синтеза нанодисперсных иттрий-бариевых купратов в системе, основанной на использовании импульсного коаксиального магнитоплазменного ускорителя с медными электродами. Проведенные анализы позволили доказать, что полученный продукт содержит фазы иттрий-бариевых купратов. Размеры частиц полученного материала свидетельствуют об его нанодисперсности.  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ  1. Seki, H., Wongsatanawarid, A., Kobayashi, S., Ikeda, Y., Murakami, M. (2010). Effects of binder addition on the mechanical properties of bulk Y–Ba–Cu–O superconductors. Physica C, no. 470, pp. 1177–1180. 2. Namburi, D. K., Shi, Y., Palmer, K. G., Dennis, A. R., Durrell, J. H., Cardwell, D. A. (2016). An improved top seeded infiltration growth method for thefabrication of Y–Ba–Cu–O bulk superconductors. Journal of the European Ceramic Society, no. 36, pp. 615–624. 3. Noudem, J. G., Reddy, E. S., Tarka, M., Goodilin, E. A., Noe, M., Zeisberger, M., Schmitz, G. J. (2002). Electrical performance of single domain YBa2Cu3Oy fabric. Physica C, no. 366, pp. 93–101. 4. Пат. 137443 РФ. МПК7 H05H 11/00. Коаксиальный магнитоплазменный ускоритель / А.А Сивков, А.С. Сайгаш, Ю.Л. Колганова. Заявлено 24.09.2013; Опубл. 10.02.2014, Бюл. № 4. – 6 с. 

On possibility of synthesis of yttrium-barium cuprates in electro discharge plasma jet

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University