ihcoedu.uobaghdad.edu.iq...قارﻌﻟا ﺔﯾروﮭﻣﺟ. ﻲﻣﻠﻌﻟا ثﺣﺑﻟاو...

العراق جمھوریة العلمي والبحث العالي التعلیم وزارة الھیثم أبن / الصرفة للعلوم التربیة كلیة / بغداد جامعة الفیزیاء قسم

فـائقة التوصيل Y-Ba-Cu-Oمركبات تحضير

ودراسة خصائصها التركيبية والكهربائية

الى مقدمة رسالة دبغدا جامعة -الھیثم بنا / الصرفة للعلوم التربیة كلیة مجلس

في الماجستیر درجة نیل متطلبات من جزء وھي الفیزیاء علوم

الطالبة من قبل

مروة وليد عبد الرحمن

بإشراف

فـاروق ابراهيم حسين .. د م . أ

م 2019 ھـ1440

$ # " !

z y } | { ~ ے ¡ ¢ ( ® ¬ « ª © ¨ § ¦ ¥ ¤ £

¹ ¸ ¶ µ ´ ³ ² ± ° ¯ Æ Å Ä Ã Â Á À ¿ ¾ ½ ¼ » º

Ñ Ð Ï Î Í Ì Ë Ê É È ÇÓ Ò (

صدق ا العظيم

}35سورة النور أية {

اهداء

اىل حبيبي الذي مل يغادرني يوما اىل رمز الرجولة والتضحية اىل من دفعني اىل العلم وبه

)أبي احلبيب ... (أزداد افتخارا

)امي احلبيبة...(اىل من ركع العطاء أمام قدميها والشمعة التي تنري ظلمة حياتي

)احلبيبأخي ...(اىل رفيق دربي وسندي ومعك سرت الدرب خطوة خبطوة

)أخواتي احلبيبات...(اىل من هم اقرب ايل من روحي وبهم استمد عزتي واصراري

والوفاء وبرفقتهم يف دروب احلياة سرت باإلخاءاىل مجيع زميالتي وزمالئي الذين حتلوا

من أحببتهم ومجعوا بني سعادتي وحزني .و وجعلهم اهللا اخواتي واخوتي يف اهللا

التي تدعو يل بالنجاح والتوفيقاىل كل القلوب املخلصة

مروة

شكر وتقدير

بعد شكر هللا ،متنانھا ہلل على إحسانھ و الشكر لھ على توفیقھ والحمد ھذا البحث أتقدم بجزیل الشكر إلى سبحانھ و تعالى على توفیقھ لنا إلتمام

في مسیرة االستمرارالوالدین العزیزین الذین أعانوني و شجعوني على كما أتوجھ بالشكر الجزیل إلى دراستي الماجستیر،كمال و االعلم و النجاح،

بحثي الدكتور " فاروق ابراھیم حسین" مشروعمن شرفني بإشرافھ على إلیفـائھ حقھ بصبره الكبیر علي المشروع الذي لن تكفي حروف ھذا

تمام و ثمن و التي ساھمت بشكل كبیر في اولتوجیھاتھ العلمیة التي ال تقدر بلجزیل الى عمادة كلیة التربیة للعلوم واتقدم بالشكر ا ھذا العمل، استكمال

دراستي إلكمال لي التاحتھا الفرصة جامعة بغداد /الصرفة (ابن الھیثم)كل أساتذة و رئیس قسم الفیزیاء إلى الماجستیر، وكذلك شكري وتقدیري

والدكتور محمد عبد النبي جاسم دكتور كریم عليال( السیما قسم الفیزیاء دكتور حاتم عبد الرزاق طھالو الصرافرحیم والدكتور عبد الحمید ثجیل

مدة من مساعدة علمیة طوال لما أبدوه )كاظم والدكتور عادل اسماعیلقسم الكیمیاء في كلیة كما أتوجھ بخالص شكري و تقدیري إلى عملي ،

التربیة ابن الھیثم على تعاونھم ومنحھم الفرصة لي على اكمال مشروع البحث في مختبرات القسم وایضا اتوجھ بالشكر الجزیل لدائرة التعلیم

في دیوان الوقف السني في حصولي على الدیني والدراسات االسالمیةكل من واخیرا اشكر االجازة الدراسیة لغرض اكمال دراستي الماجستیر،

زمالئي وزمیالتي في كلیة التربیة ابن الھیثم على تعاونھم ساعدني منتمام ھذا العمل وكانوا رفقاء الرحلة بكل ما على انجاز و ا الالمحدود معي

.فیھا من مشقة وعناء وفرح وسرور

ةــالصـــــــــالخ

، الفائقة التوصیل Y3Ba5Cu8O18-δ)و( )YBa2Cu3O7-δ( المركبات تحضیر كل من تم

ذات ) sol - gel( جل –) والسول solid state reactionبطریقتي تفاعل الحالة الصلبة (

وكذلك لمركبین ، ل ودراسة مدى تحسن الخصائص التركیبیة والكھربائیة ،االحتراق التلقائي

) للمركب Cu( ) والنحاسPb( الرصاص ي) بعنصرYاالیتریوم ( دراسة تأثیر استبدال عنصر

)(Y3Ba5Cu8O18-δ للحصول على المركب الخصائص التركیبیة والكھربائیة في

Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) ( جل -بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة والسولبتحضیره وذلك

ذات االحتراق التلقائي .

) وذلك من خالل solid state reactionالعینات بطریقة تفاعل الحالة الصلبة ( تم تحضیر

الطاحونة باستعمالتم خلط ھذه المساحیق اذاوزان مناسبة من أكاسید المساحیق ، استعمال

حملالمكبس الھیدرولیكي تحت باستعمالولمدة ساعتین ،ثم تم كبس خلیط المسحوق الیدویة

)7ton ( وبوزنثالث دقائق لمدة )2g (,تم تلبید العینات بدرجة حرارة اذ)850oC) 24) ولمدة

hr) 5) وبمعدل تسخینoC/min( وذلك لضمان عملیة االنتشار وللحصول على مادة مترابطة ،

. نفسھ معدل التسخینبثم تبرید العینات من و

جل ذات االحتراق التلقائي -بطریقة السول أعاله أما المرحلة الثانیة فتم تحضیر عینات المركبات

ونترات كل من الرصاص والنحاس وحامض النتریك اوكسید االیتریوم استعمال،اذ تم

اذ تم الحصول على حامض الستریك بنسب وزنیة مناسبة ،وكذلك والكالسیوم والباریوم

ت فیما بعد تم وزن الذي تم حرقھ لمدة اربع ساعاالنانوي الناتج من عملیة الحرق المسحوق

تم تلبید العینات اذ.) 2g( وبوزنولمدة ثالث دقائق ) 7ton( حملوكبس المسحوق الناتج تحت

بعد اضافة كمیة مناسبة من مسحوق اوكسید الزئبق )hr 48) ولمدة (850oC(بدرجة حرارة

HgO لكل من المركبین )YBa2Cu3O7-δ( )و(Y3Ba5Cu8O18-δ وترتیب الضافةوذلك

االوكسجین داخل التركیب .

نوع التركیب كل من تحدیدتم اذ) XRDتم تحلیل نتائج فحوصات حیود االشعة السینیة (

شیرر دیباي بطریقتي البلوريحجم ال) وحجم وحدة الخلیة ومعرفة a,b,cومعامالت الشبیكة (

)Debye Scherer( ھول –) وویلیامسونWilliamson- Hall( تشیر النتائج الى ان اذ

) Orthorhombic) یمتلكان التركیب المعیني القائم (Y358) و (Y123( اتالمركب

) فانھ یمتلك التركیب الرباعي القائم Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δأما المركب ( ،وبالطریقتین

)tetragonalمعادلة باعتمادرة المحسوبة وان حجم البلووجد ایضا ،) والمحضر بالطریقتین

معادلة شیرر باعتمادأكبر قلیال من حجمھا المحسوب Williamson-Hall)ھول ( -ولیامسون

)Debye-Schererالماسح جھازمن خالل فحص سطح العیناتتم و .) ولكال الطریقتین

والمحضرة بطریقة Y3Ba5Cu8O18-δ)و( )YBa2Cu3O7-δ( للمركبات )SEMااللكتروني (

تم قیاس المقاومیة . بضعة مایكرون الحبیبيحجم ال كان اذ جل ذات االحتراق التلقائي –السول

ة الكھربائیة عندھا اي یالكھربائیة وتحدید درجة حرارة االنتقال الحرجة التي تنعدم المقاوم

)=0ρ (اذ ) بینت النتائج ان المركبPb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ یمتلك اعلى درجة حرارة (

، Y123اما المركبات جل ذات االحتراق التلقائي -والمحضر بطریقة السول )122kحرجة (

Y358 ) 95فیمتلكان درجات حرارة حرجةk ،105kعلى التوالي والمحضرة بطریقة السول (-

التي تشمل ( ولى نتائج فحوصات الخواص العزلیة ، وتم الحصول عجل ذات االحتراق التلقائي

والتوصیلیة )tan δ( وظل الفقد العزلي )″ε( الخیاليثابت العزل و )έ( ثابت العزل الحقیقي

عند درجة حرارة الغرفة )LCR-Meterفحصھا بجھاز (من خالل وذلك ) )σac( المتناوبة

بینت النتائج ان كل من اذ ھذه الخواص فيوتأثیر االستبدال )5KHz – 1MHzوبمدى تردد (

تقل مع زیادة التي تم تحضیرھا ثابت العزل الحقیقي والخیالي وظل فقد العزل لجمیع المركبات

لمركبات المحضرةلتزداد مع ازدیاد التردد فإنھاالطریقتین أما التوصیلیة المتناوبة ولكلتاالتردد

االوكسجین لكل من المركبات وأخیرا تم قیاس ومعرفة محتوى .الطریقتین ولكلتا نفسھا

نالحظ ان المركب اذ جل ذات االحتراق التلقائي -المحضرة بطریقة السول

)Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18( من المركبین االخریین وكانت یمتلك أعلى محتوى لالوكسجین

) Y123( ، اما المركبات جل ذات االحتراق التلقائي -والمحضر بطریقة السول )0.068548(

. التوالي على) 0.054857 ,0.011198( اوكسجین محتوى فیمتلكان) Y358( و

List Of Contentsقـائمة المحتويات

التسلسل Subject الموضوعSequence

رقم الصفحةPage No.

الفصل االول : المقدمة والدراسات السابقةChapter one: introduction and literature survey

1 1-1 المقدمة 5 1-2 الدراسات السابقة 7 1-3 الھدف من البحث

التوصیلیة الفائقة بدرجات الحرارة العالیةالفصل الثاني : Chapter two: high temperature superconductivity

8 1-2 المقدمة

8 2-2 خصائص المواد فائقة التوصیل 8 2-2-1 درجة الحرارة الحرجة

9 2-2-2 المجال المغناطیسي الحرج 9 2-2-3 التیار الحرج

10 2-3 المقاومیة الكھربائیة 11 2-4 تأثیر مازنر

12 2-5 أنواع الموصالت الفائقة 14 2-6 تأثیر جوزیفسون

14 2-7 المعامالت االساسیة للتوصیلیة الفائقة 14 2-7-1 أزواج كوبر

15 2-7-2 عمق االختراق 16 2-7-3 طول التشاكھ

16 2-7-4 كنزبرك النداو BCS 2-8 16نظریة

18 2-9 تأثیر النظائر 18 2-10 نظریات الموصالت الفائقة بدرجات حرارة عالیة

18 1-10-2 انموذج الطبقات البینیة 18 2-10-2 انموذج االكسایتون

19 3-10-2 انموذج ثالثي االبعاد 19 11-2 تركیب البیروفسكایت

YBCO( 2-12 20التركیب البلوري للنظام فائق التوصیل ( 22 13-2 طرائق تحضیر مركب فائق التوصیل

22 1-13-2 طریقة تفاعل الحالة الصلبة 23 2-13-2 تجمید –طریقة تجفیف

23 3-13-2 الطریقة الحراریة المائیة 24 4-13-2 جل -طریقة السول

24 5-13-2 جل ذات االحتراق التلقائي -السول طریقة 25 14-2 تطبیقات عن المواد فائقة التوصیل

الجزء العملي: الثالثالفصل Chapter two: Experimental work


26 2-3 تھیئة المواد االولیة 27 3-3 تحضیر العینات

27 3-3-1 طریقة تفاعل الحالة الصلبة 29 3-3-2 جل ذات االحتراق التلقائي -السول طریقة

34 3-4 االختبارات والقیاسات 34 3-4-1 اختبار حیود االشعة السینیة

35 3-4-2 قیاس المقاومیة كدالة لدرجة الحرارة 37 3-4-3 قیاسات ثابت العزل مع ترددات مختلفة

37 3-4-4 المجھر االلكتروني الماسح 38 3-4-5 قیاس محتوى االوكسجین

النتائج والمناقشات: الرابعالفصل Chapter four : Result and discussion


41 4-2 نتائج حیود االشعة السینیة 41 4-2-1 طریقة تفاعل الحالة الصلبة

44 4-2-2 جل -طریقة السولحساب الحجم الحبیبي حسب معادلة ولیامسون ھول

49 4-3 ودیباي شیرر

52 4-4 نتائج فحوصات المجھر االلكتروني الماسح 54 4-5 نتائج فحوصات المقاومیة بالنسبة لدرجة الحرارة

Y123المقاومیة ودرجة الحرارة الحرجة للمركب جل -والمحضر بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة والسول

ذات االحتراق التلقائي1-5-4 55

Y358المقاومیة ودرجة الحرارة الحرجة للمركب جل -والمحضر بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة والسول

ذات االحتراق التلقائي2-5-4 57

المقاومیة ودرجة الحرارة الحرجة للمركب Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18 والمحضر بطریقتي تفاعل

جل ذات االحتراق التلقائي -الحالة الصلبة والسول3-5-4 60

62 4-6 نتائج فحوصات الخواص العزلیة، YBa2Cu3O7للمركبات ثابت العزل الحقیقي فحوصات نتائج

Y3Ba5Cu8O18 ،Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18 1-6-4 62 ، YBa2Cu3O7للمركبات الخیاليثابت العزل فحوصات نتائج

Y3Ba5Cu8O18 ،Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18 2-6-4 65 ، YBa2Cu3O7للمركبات عامل ظل الفقد فحوصات نتائج

Y3Ba5Cu8O18 ،Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18 3-6-4 69 للمركبات التوصیلیة الكھربائیة المتناوبة فحوصات نتائج

YBa2Cu3O7 ،Y3Ba5Cu8O18 ،Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18 4-6-4 72 المركبات محتوى االوكسجین لكل مننتائج فحص قیاس

YBa2Cu3O7 ،Y3Ba5Cu8O18 ،Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18 7-4 76 78 4-8 االستنتاجات

79 4-9 الدراسات المستقبلیة

List of Symbols قـائمة الرموز

TERM

المعنى الفيزيائي الرمز

Critical temperature Tc درجة الحرارة الحرجة Magnetization M التمغنط Magnetic susceptibility χm المغناطیسیة القابلیة Internal magnetic flux density

Bint داخل المغناطیسي التدفق كثافة المادة

External magnetic flux density

Bext الخارجي المغناطیسي التدفق كثافة

Permeability of free space μₒ الفضاء الحر نفاذیة London penetration depth λ لندن اختراق عمق Ginzburg-landau parameter K كینزینبرك-النداو معامل Resistivity ρ الكھربائیة المقاومیة X-Ray diffraction XRD السینیة االشعة حیود Critical magnetic field strength Hc الحرج المغناطیسي المجال Critical Current Ic الحرج التیار External magnetic field H الخارجي المغناطیسي المجال The coherence length ξ التشاكھ طول Isotopic masses Mo النظیر كتلة Volume V الحجم High Temperature Superconductor HTSC الموصالت الفائقة عالیة درجة

الحرارة الحرجةLow Temperature Superconductor LTSC درجة منخفضةالموصالت الفائقة

الحرارة الحرجةYBaCuO YBCO النظام فائق التوصیل YBCO Lattice parameters a, b, c معامالت الشبیكة Miller index hkl معامالت ملر Avogadro's number NA افوكادرو عدد oxygen content δ االوكسجین محتوى the current passing through the sample I العینة خالل المار التیار the voltage drop across the electrodes V االقطاب عبر الفولتیة انخفاض thickness of the sample t العینة سمك length of the sample L العینة طول

width of the sample w العینة عرض onset of the transition temperature

T(onset) االبتدائیة التحول حرارة درجة offset of the transition temperature at the zero resistivity point

T(offset) درجة حرارة التحول النھائیة

(عندما المقاومیة = صفر)Real dielectric constant έ الحقیقي الكھربائي العزل ثابت Imaginary dielectric constant ε″ الخیالي الكھربائي العزل ثابت Loss tangent tanδ الفقد ظل Alternate electrical conductivity σa.c المتناوبة الكھربائیة التوصیلیة Solid state reaction SSR تفاعل الحالة الصلبة Scanning electron microscopy SEM جھاز الماسح االلكتروني Debye Scherer volume Dsh حجم دیباي شیرر Williamson- Hall volume DW-H ویلیامسون ھولحجم Full width half maximum F.W.H.M أقصى عرض عند منتصف القمة X-Ray Diffraction XRD حیود االشعة السینیة YBa2Cu3O7 Y123 المركب فائق التوصیل Y3Ba5Cu8O18 Y358 المركب فائق التوصیل Differential scanning calorimetry DSC التفاضلیةمسعریة الماسح

Introduction and Literatures

Survey

مقدمة في التوصيلية الفـائقة الفصل االول

ل األولــالفص قةـــلية الفـائيــوصتة في الــمقدم

Introduction -: المقدمة(1-1)

، في مختلف من الصفر ة الكھربائیةیالمقاوم باقترابلیة الفائقة یوصتالتتمیز ظاھرة

Criticalدرجة الحرارة الحرجةالمعادن والسبائك والمركبات ، عندما یتم تبریدھا تحت

temperature) ( )Tc من قبل العالم 1911). لوحظت ھذه الظاھرة ألول مرة في عام

انبوبة یالذي الحظ أن مقاوم ( Kamerlingh Onnes ) [1]یس الھولندي كامیرلنك أون

سائل الى الھلیومغاز تحول الزئبق المجمد انخفضت فجأة إلى الصفر عند تبریدھا إلى درجة

)4.2 Kیمكن الفائق ). ویعود الفضل ألونیس أیًضا في إدراك أن المادة في حالة التوصیل

قوي ذي لمجال مغناطیسي تعرضھامن خالل )لتوصیلل فائقةغیر (ادتھا إلى حالتھا القیاسیة إع

. لنتائجھ الھامة ، حصل أونیس على جائزة نوبل في هربرجة معینة أو تمریر تیار كبیر عِ قیمة ح

.المقاومة الكھربائیة للزئبق عند درجة حرارة منخفضة) 1-1،ویبین الشكل ( 1913الفیزیاء لعام

[2]. منخفضة ) المقاومة الكھربائیة للزئبق عند درجة حرارة1-1( الشكل

1


عند تبرید المادة بالھیلیوم او النتروجین السائل فان سلوك المقاومیة كدالة لدرجة الحرارة

.[3]) 2-1موضح بالشكل رقم (

[3] . ) سلوك المقاومیة كدالة لدرجة الحرارة2-1الشكل (

، [4] 1933في عام (Meissner and Ochsenfeld )اكتشف مایسنر وأوخسنفلد

غیر معتاد من الدایامغناطیسیة لیاً اد فائقة التوصیل أظھرت مستوى عاالموأن

(Diamagnetism) (القدرة على صد المجاالت المغناطیسیة تماًما). ویعرف اآلن باسم تأثیر

، وھذه الخاصیة من الموصالت الفائقة في كثیر من األحیان تظھر تجریبیا (Meissner)مایسنر

.وعدم مالمستھ لھ مغناطیس على مادة فائقة التوصیلال وضععن طریق ومالحظتھا

[5] 1934في عام and Gorter (GC) (Casimir( كاسیمیر وكورتر قدم كل من

یفترض ان اذ) والذي یفسر ظاھرة التوصیل الفائق، Tow-Fluid Modelانموذج المائعین ( ،

صف كمجموعة من (مائع طبیعي الممكن ان تة الفائقة التوصیل من المائع االلكتروني في الماد

مشابھة للخواص في النظام ومائع فائق التوصیل) . حیث ان الخواص للمكونات الطبیعیة

االلكتروني للمعادن الطبیعیة. اما المكونات فائقة التوصیل فتكون مسؤولة عن السلوك الفائق

التوصیل.

(Heinzمن قبل 1935في عام الفائقةلیة یوصتتشاف النظریة الظاھریة األولى للتم اك

(London و(Fritz London) ، التي تدعى نظریة لندنlondon theory)( تشرح .

معادالت لندن تأثیر مایسنر وتتنبأ بمدى اختراق المجال المغناطیسي الخارجي الثابت إلى موصل

].6فائق [

2


لقد عمل الفیزیائیون لسنوات عدیدة للعثور على نظریة تشرح الموصلیة الفائقة. في عام

Bardeen) and Cooper، Schrieffer( [7]كل من شریفر وكوبر وباردن ، نشر1957

تنبأ بأنھ في ظل ظروف معینة ، ت. وBCS)(عن الموصلیة الفائقة ، المعروفة باسم نظریة ةنظری

فإن التجاذب بین إلكترونین موصلین بسبب تعاقب تفاعالت الفونون یمكن أن یتجاوز قلیالً التنافر

مع الشحنات المتشابھة. الكولوميتفاعل الالذي تمارسھ بشكل مباشر على بعضھما البعض بسبب

(pairتشكیل ما یسمى زوج كوبرفإن اإللكترونین مرتبطان ببعضھما البعض بشكل ضعیف ل لذا

(Cooper .ھذا الزوج مسؤوال عن الموصلیة الفائقة. یعد

أنھ في حالة وضع فلزین فائق [8] 1962في عام )(Josephsonتوقع جوزیفسون

(مثل طبقة أكسید السطح بینھما التوصیل بجانب بعضھما البعض بفصل طبقة عازلة رقیقة

الخاصة بھما) ، سیتدفق تیار في غیاب أي جھد مطبق. ثم یمكن ألزواج اإللكترونات عبور

جوزیفسون التقاطع من موصل واحد فائق إلى اآلخر دون الفصل. ھذا ھو المعروف باسم تأثیر

(Josephson effect) ع من شأنھ ھذا التقاط على. وتوقع كذلك أن تطبیق جھد كھربائي صغیر

. ھاتان المیزتان لھما أھمیة كبیرة في ac أن ینتج تیاًرا متناوبًا صغیًرا ، وھو تأثیر جوزیفسون

مجال اإللكترونیات والصناعات الحاسوبیة.

) (23.3kكانت 1973أعلى درجة حرارة وجدت لبدایة الموصلیة الفائقة حتى عام

) ، وظل ھذا حتى Nb3Geالنیوبیوم والجرمانیوم (. كان ھذا المركب عبارة عن مركب من [9]

النتائج التي )Bednorz and Muller( قدم كل من بیدنورز ومولر عندما 1986عام

الباریوم والنحاس عند درجة حرارة ، توصلوا إلیھا عن الموصلیة الفائقة في أكسید الالنثانیوم

(30k) [10].

الممكن رفع درجة الحرارة بشكل أكبر عن طریق اذ منسرعان ما طورت ھذه الفكرة

في عینة الطور المختلط (92k)استبدال المواد المختلفة. إن اكتشاف الموصلیة الفائقة بالقرب من

Chu'sالمحتویة على اإلیتریوم والباریوم والنحاس واألكسجین كانت من قبل مجموعة تشو(

group([11].

مكلف مثل الر غیالسائل باستعمالالتوصیل اآلن الحصول على التحوالت فائقة یمكن

زء من تكلفة التطبیقات التجاریة، وھذا المبرد ھو ج (77k) النیتروجین السائل بدرجة غلیان

تبدو اآلن أكثر واقعیة. وقد أدى اكتشاف ھذه المواد الجدیدة إلى تولید فئة جدیدة اذلھلیوم السائل ل

تماًما من الموصالت الفائقة ، والتي تمت اإلشارة إلیھا بشكل ال یوحي لھ كموصالت فائقة

الحرارة ذات درجة الحرارة العالیة. وقد تم تطویر العدید من أشكال نظام األكسید مع بلوغ

3


التي تم الحصول علیھا (تحت الضغط) للمركب القائم [12] (164k)رة االنتقالیة درجات الحرا

) التسلسل التاریخي لتطور درجة الحرارة الحرجة للمواد منذ 1-3ویبین الشكل ( على الزئبق.

اكتشافھا .

. [13]) التسلسل التأریخي لتطور درجة الحرارة الحرجة للمواد منذ اكتشافھا 1-3الشكل (

4


Literatures survey -الدراسات السابقة: (2-1)

من أغشیة) بتحضیر 2002وآخرون في عام ( D. Marguiller)قام الباحث (

مض اوجود حب( الخالتجل من أمالح -وذلك بطریقة السول (YBa2Cu3O7) المركب

على مادة معدنیة تغطیھا طبقة أكسید اإلیتریوم. الطالء بالتغطیس باستعمالاألسیتیك و األمونیا)

. لقد تم ترسیب طبقة عازلة من أوكسید اإلیتریوم 850C0)تمت المعالجة الحراریة للنظام عند (

من .كھربائیا على المادة المعدنیة من خلط المحالیل التي تحتوي على نترات اإلیتریوم -كیمیائیاً

) ، تم العثور على درجة عالیة من YBa2Cu3O7المالحظ في التركیب المجھري من المركب (

. [14]الطبقة العازلة من أوكسید اإلیتریوم الاستعمعندما تم اتالمستوی ترتیب وتوجیھ

بتحضیر المركب 2007)في عام (وآخرون (Gaoyang Zhao) الباحث قام

(YBCO) والتي أكدتھا تم الحصول على الفحص المجھري اإللكتروني ،الفائق التوصیل

)SEM بشكل متكرر من خالل عملیة (sol-gel .فحص حیود االشعة السینیة وXRD) 2θ (

ذات درجة حرارة YBCOكانت طبقات والمعدة كانت جیدة . YBCOیشیر الى ان طبقة

.[15]التي تم الحصول علیھا K 89) أعلى من TCانتقال فائقة التوصیل (

) بدراسة العینات فائقة التوصیل ذو الدرجة 2012في عام ( ) Kareem (قام الباحث

) مع درجات Hg0.8Cu0.15Sb0.05Ba2Ca2Cu3O8+-δللمركب () HTSCالحرارة العالیة (

(1113)) . فعند الدرجة 1153و K) ،1093 ،1113 ،1133 1073حرارة تلبید مختلفة من

(Tc(onset) = 121, 128K)، و (Tc (offset) = 107, 112 K)فان قیمة (K 1153)و

=Tc(onset))و (Tc (offset) = 121 K)فان (K 1133)على التوالي ،و في درجة حرارة

134K)ومع ذلك ، أظھرت العینات في .(1093 ,1073K) سلوك المعادن ألن قیمة Tc

(offset)] 16أقل من نقطة النیتروجین السائل.[

دراسة تأثیر إضافة ب )2012) في عام (M.Sahoo, D.Behera ان (قام الباحث

Al2O3 بحجم دون المیكرون على التركیب البلوري وخصائص التوصیل الفائق للسیرامیك

YBa2Cu3O7-δ .تم تحضیر سلسلة من عینات فقد بشكل منھجيYBa2Cu3O7 − δ + x Al2O3

(x = 0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5,0.6 wt.% ) .باستخدام طریقة تفاعل الحالة الصلبة

. لم یتم الحصول على أي تغییر في حالة Al2O3یال مع إضافة قل معامالت الشبیكةوانخفضت

تكشف عن االتجاه المتناقص SEM بجاز فحص الـ مجھریةالصورة وكانت الالتماثل الھیكلي.

5


) التي تحددھا Tcدرجات الحرارة االنتقالیة ( ولوحظ انخفاضفي حجم حبة العینات المركبة.

. [17] طریقة التحقیق األربعة القیاسیة وانخفضت بشكل حاد مع ارتفاع محتوى األلومینا

) بدراسة 2013في عام ( وآخرون )David A. Landínez قام الباحث (

اغشیة) كمادة ركیزة ممكنة إلنتاج BaZrO3 (BZO(( ـالخصائص التركیبیة والمغناطیسیة ل

) أن XRD. تُظھر تحلیالت حیود األشعة السینیة (YBa2Cu3O7-δ (YBCO)فائقة التوصیل

BZO یبلور كمجموعة بیروفسكایت مكعبة ، المجموعة الفضائیةPm3m) (# 221) تم .(

من خالل وصف YBCOو BZOفحص الثبات الكیمیائي واالقتران البلوري بین

YBCO/BZO (10, 30 YBCO, 50 vol%) وأجریت التحلیالت المورفولوجیة.

والتركیبیة من المركبات من خالل الماسح المجھر اإللكتروني، كشفت استجابة قیاسات المغنطة

) من مادة Tc = 90.2 Kال یؤثر على درجة حرارة االنتقال فائقة التوصیل ( BZOأن

YBCO و أثبتت النتائج أن.BZO ھو مرشح ممتاز لیكون الركیزة لتصنیعYBCO اغشیة

.[18]فائقة التوصیل

) بتحضیر المركب فائق 2014) وآخرون في عام (J. L. Pimentel Jrقام الباحث (

) x = 0.0597, 0.0625, 0.0925, 0.1225عندما ( Y3Ba5Cu8−xFexO18التوصیل

بطریقة تفاعل الحالة الصلبة ، وبواسطة فحص حیود االشعة السینیة تم تحدید معامالت الشبیكة

والطور المتكون للعینات المحضرة ، وتم فحص الخصائص المغناطیسیة للعینات متعددة التبلور

.K [19] 150،اذ تم الحصول على درجة االنتقال الحرجة للمركب وكانت مایقارب

التركیب البلوري ) بدراسة2014في عام ( Brent A. Howe)(باحث قام ال

≥ x ≥0.21 مع محتویات األكسجین YBa2Cu3O7-xوخصائص التوصیل الفائق لعینات

وجد والخصائص المغناطیسیة تتغیر مع محتوى األكسجین. لوحظ بأن التركیب البلوري . 0.67

تزداد بینما cو a اما ثوابت الشبیكة . تركیبھا البلوري معیني قائم یكون جمیع العینات ان

محتوى . یزداد حجم خلیة الوحدة مع انخفاضیقل مع نقصان محتوى االوكسجین bالمعامل

مع انخفاض محتوى األكسجین Tc)(درجة الحرارة الحرجة تم مالحظة نقصان . األكسجین

[20].

YBCOموصل فائق ) بتحضیر2015في عام ( ) toChandan Mahقام الباحث (

R المقاومیةو XRD فحص حیود االشعة السینیة قیاساتواجریت تفاعل الحالة الصلبة ةطریقب

، قمنا بتحدید تشكیل XRD. من الرسم البیاني Vمقابل الفولتیةIالتیار و T درجة الحرارة مقابل

الفائق ان درجة حرارة االنتقال الحرجة للمركب وجد Tمقابل Rالطور لعیناتنا ومن قیاس

6


، 35، 30عند درجات حرارة مختلفة ( اتأیًضا عینت . أخضعK 92.17 ) ( التوصیل بحدود

قادرة على معرفة كثافة التیار التي تكون ربعة وطریقة التحقیق األكلفن) من خالل 50، 45

.[21]الحرجة ووجدنا انخفاًضا في كثافة التیار الحرجة مع زیادة درجة الحرارة

فائق مسحوق بتحضیر )2016) وآخرون في عام ((MARIA COLIEقام الباحث

كان الغرض من ذلك ھو الحصول على بواسطة االحتراق التلقائي. YBa2Cu3O7-δ التوصیل

مع بلورات نانویة ، وذلك باستخدام كمیات من العناصر المتكافئة من أسیتات اإلیتریوم المركب

ھالم ال تحولفعل االحتراق التلقائي وبمع الباریوم ونترات النحاس دون إضافة الوقود العضوي.

واجراء عملیة الكلسنةإلى مسحوق بني داكن ، أثناء تفاعل طارد للحرارة شدید االشتعال ذاتیًا.

درجة مئویة. تم تحلیل المادة 510تم تلبید المسحوق األسود الناتج عند ودرجة مئویة ، 900عند

اذ تم ) SEM) ، مسح المیكروسكوب اإللكتروني (XRD( حیود االشعة السینیة النھائیة بواسطة

. K [22] 90.27الحصول على درجة حرارة حرجة مایقارب

Y358) بتحضیر المركب 2018في عام () İbrahim DÜZGÜNقام الباحث (

باستخدام تقنیة تفاعل الحالة الصلبة. أشارت أطیاف حیود األشعة السینیة إلى أن التركیب

، ولكن یوجد اختالف مع بعض قمم الشوائب. تم Y123البلوري كان مطابقًا تقریبًا للھیكل

فحص حیود االشعة السینیة وكان نتائج من خالل Y358تحدید الحجم البلوري للموصل الفائق

.Y123.[23]مرة أكبر من الموصل الفائق 1.125حوالي

Aim of Research -لبحث :) الهدف من ا3-1(

ةالفائقة التوصیل بطریق Y3Ba5Cu8O18-δ)) و ( YBa2Cu3O7-δتحضیر مركبات ( 1-

جل -السولتحضیرھا بطریقة ومن ثم (Solid state reaction) تفاعالت الحالة الصلبة

(Sol – Gel) الخصائصمدى تحسن دراسةو ذات االحتراق التلقائي.

بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة )( Pb 1.5Cu 1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ تحضیر المركب -2

(Solid state reaction) جل –وطریقة السول (Sol – Gel) من ذات االحتراق التلقائي

وادخال عنصر ) Pb,Cu( بمادتي الرصاص والنحاس ) Y( خالل استبدال عنصر االیتریوم

. الخصائص تأثیرھا على ودراسة للمركب )Caالكالسیوم (

التركیبیة والكھربائیة للمركبات أعاله . الخصائصدراسة -3

7

High Temperature

Superconductor

التوصيلية الفـائقة بدرجات الحرارة العالية الفصل الثاني

يـــل الثانــالفص ريـــزء النظــالج

Introduction -المقدمة :) 1-2(

.J.G ) عندما اكتشف كل من بدنورز ومولر 1986حدث تقدم مفاجئ في عام

Bednorz and K.A. Muller) لیة الفائقة مع یوصتال)onset(Tc ) الحرارة الحرجة درجة

سید النحاس السیرامیكي الذي رقما قیاسیا جدیدا في الطور المختلط ألوك (35K)) االبتدائیة

بتحضیر أكاسید المعادن 1987وبدایة عام 1986. تمیزت نھایة عام La2-xBaxCuO4 وجد فيی

) ، والذي تبلغ درجة حرارتھ الحرجة حوالي YBa2Cu3O7األرضیة النادرة باكتشاف المركب (

92K)( درجة حرارة شھد العالم ألول مرة وجود موصل فائق مع اذ. وكان ھذا إنجاًزا مھًما

.77K ([24] غلیانھالنیتروجین السائل (درجة أعلى من Tc)( حرجة

Superconductor properties -خصائص المواد فـائقة التوصيل :) 2-2(

: درجة الحرارة من خالل ثالثة عوامل مھمة ةالفائق التوصیلیة للتعرف على خصائص

عامل كل یعتمد ). Ic) ، كثافة التیار الحرجة (Hc) ، المجال المغناطیسي الحرج (Tcالحرجة (

خرین.اآل عاملینالالثالث بشدة على خصائص العواملمن

Tc(:- Critical Temperature( درجة الحرارة الحرجة) 1-2-2(

لیة الفائقة في اختفاء المقاومة الكھربائیة للعینة عند تبریدھا إلى یوصتظاھرة ال تتمیز

درجة حرارة معینة. فوق درجة الحرارة ھذه ، تكون المقاومة صغیرة ، ولكنھا محدودة ، في

الحرارة التي یحدث فیھا حین أن المقاومة تحت ھذه النقطة ھي في األساس صفر. تسمى درجة

. في Tc) [25](ویشار إلیھا ”Critical Temperature“ االنتقال "درجة الحرارة الحرجة"

طبیعیة إلى حالة التوصیل الفائقیفترض أن العینات تمر بمرحلة انتقال من الحالة ال ھذه الدرجة

لمواد فائقة Tcمن مادة إلى أخرى ، وینبغي اإلشارة إلى أن درجة الحرارة الحرجةختلف ت،

من ھذه المیزة تفقد جمیع المواد فائقة التوصیل اذالتوصیل تقل مع زیادة كثافة التیار المطبق ،

].26خاصیة تیار حرج معین لتلك المادة [ استعمالخالل

8


Magnetic Field -:(Hc) المجال المغناطيسي الحرج)2-2-2(

استعمالھ ان تدفق التیار الفائق التوصیل ال ینتج عنھ حرارة ، لذلك فإنھ من المغري جداً

المواد فائقة التوصیل ال یمكنھا إنشاء فانمغناطیسیة قویة. ومع ذلك ، مجاالتللحصول على

أقوى من المجال المغناطیسي الحرج. لذلك تم اكتشاف أن حالة التوصیل الفائق سیتم مجاالت

مجال مغناطیسي عندما تصبح كثافة التدفق أكبر من المجال المغناطیسي الحرج بوساطةتدمیرھا

]27.[

HC = HO [ 1- ( 𝑇𝑇𝐶

)2 ] …………….(2-1)

. ویمكن Tcھي أي درجة حرارة أقل من K( ،T 0(ھي قیمة المجال الحرج عند HO اذ

فوق المنحنى وفائقة التوصیل أسفل المنحنى. یتم تكون طبیعیةال في حالتھا مالحظة أن المادة

ئقة عند درجة حرارة الصفر لیة الفایوصالمغناطیسي الذي یدمر الت على أنھ المجال Hoتعریف

لى المادة ودرجة الحرارة ، لكن وتعتمد ع T = Tcتذھب إلى الصفر عند Hc. قیمة المطلق

].Hc ]26تقل كلما زاد المجال المغناطیسي الحرج Tcدرجة الحرارة Critical Current -: (Ic) التيار الحرج )3-2-2(

لیة الفائقة یوصحالة الت الحد األقصى للتیار الذي یمكن تمریره في عینة دون تدمیریسمى

].تختفي خصائص فائقیة التوصیل للمواد فائقة التوصیل عند مرور 28[ (Ic) كثافة التیار الحرجب

عندما یتدفق التیار من خالل موصل فائق التوصیل ، فإنھ وبما فیھ الكفایة عبرھا. تیار كثیف

لسبى سیقوم بانشاء المجال المغناطیسي الذي یمكنھ تدمیر حالة التوصیل الفائق. وفقًا لقاعدة سی

Silsbee’s rule ) (]29.[

Ic = 2πrHc…………………………( 2-2 )

ھو نصف قطر السلك . rھو المجال الحرج ، Hcھي التیار الحرج ، Ic اذ

عادة ما یوصف التوازن بین التوصیل الفائق والحاالت العادیة بثالث معامالت حرجة: درجة

-2( الشكلالحرارة الحرجة ، والمجال المغناطیسي الحرج وكثافة التیار الحرج. كما یظھر في

1] .(30[

9


. [30]) (TC , IC , HC) العالقة بین 1-2لشكل (ا

ρ:(- Electrical Resistanceالمقـاومية الكهربائية ()3-2(

ة الكھربائیة للموصالت الفائقة إلى الصفر عند درجة حرارة التحول. یتنخفض المقاوم

ة الصفریة تقریبًا والتوصیل الالنھائي في درجة حرارة أقل من یتمتلك الموصالت الفائقة المقاوم

الحرجة. یمكن قیاس مقاومة الموصالت الفائقة من خالل تدفق التیار في عینة على شكل حلقة

ومالحظة التیار كدالة للزمن. إذا كانت حلقة العینة في الحالة الطبیعیة ، فإن التیار ینخفض

ة صفریة ، فإن التیار سوف یتدفق دون یكانت الحلقة ذات مقاوم تھ ولكن إذایبسرعة بسبب مقاوم

) Tc]. درجة الحرارة الحرجة (31أي انخفاض في قیمتھ. تسمى ھذه الدوائر بالدوائر المستمرة [

ة الكھربائیة للمادة إلى الصفر یللموصالت الفائقة ھي درجة الحرارة التي تنخفض فیھا المقاوم

).2-2كما ھو موضح في الشكل (

10


≥ Tتوصیل عندما الفائقة للللمواد ) العالقة بین المقاومیة الكھربائیة ودرجة الحرارة2-2الشكل (Tc [31] .

Meissner Effect -:رــــــــــــر مازنـــــــــتأثي )4-2(

) في عام Meissner and Ochsenfeldنر وأوخسنفلد (زما المینالع كل من الحظ

خارجي على موصل فائق ، یتم طرد خطوط التدفق أن تسلیط مجال مغناطیسي 1933

المغناطیسي من الداخل للموصل الفائق عندما یتم تبرید الموصالت الفائقة تحت درجة الحرارة

]. یمكن فھم ھذا التأثیر على Meissner Effect( ]28نر(زتأثیر مابلیة. یسمى ھذا التأثیر االنتقا

إلى الحالة الطبیعیةحالة من المجال مغناطیسي خارجي) وجود تحویل (فيأساس أن عملیة ال

فائقة التوصیل تكون مصحوبة بتكوین سطوح تیارات لطرد المجال المغناطیسي من داخل

].32الموصل الفائق [

: بوساطة) Bintالمجال المغناطیسي داخل المادة في الحالة الطبیعیة ( كثافة عطىت

= μO H + μO M

= μO H + μO H Xm

= μO H (1+Xm) …………………(1-2)

نفاذیة المساحة الخالیة.: μO اذ

M : المغنطة

Xm : القابلیة المغناطیسیة

H : المجال المغناطیسي الخارجيشدة

11


في الحالة الفائقة التوصیل ، فإن الوسط ھو مادة دایامغناطیسیة Bint = 0بما أن

)Diamagnetic( المغناطیسیة مثالیة ألن القابلیة )Xm = -1 ، تأثیر مازنر ھو عملیة عكسیة .(

المغناطیسي فجأة إلى العینة وتعود المادة المجالیتدفق Tcأي عندما ترتفع درجة الحرارة فوق

(2-3). ، كما مبین في الشكل ]33إلى الحالة الطبیعیة [

.[25]سلوك خطوط المجال المغناطیسي في حالة المادة الطبیعیة والفائقة للتوصیل (2-3)الشكل

Types of Superconductors -أنواع الموصالت الفـائقة :)5-2(

ك نوعان من الموصالت الفائقة وھي النوع األول والنوع الثاني. لھنا

تصنف الموصالت الفائقة األولیة األصلیة مثل الزئبق واأللمنیوم والزنك -: النوع االول

درجة حرارة معینة كما ھو موضح في ةِ . ولدیھا مجال مغناطیسي واحد ألیأولكنوع

المغناطیسي المجال. وتختفي الموصلیة الفائقة فجأة عندما یكون a([34] 2-4الشكل (

الخارجي من المغناطیسي لذلك یمكن للحقل . Hcالخارجي أكبر من القیمة الحرجة

المواد من النوع األول ، تكون في حالة التوصیل الفائق ، من ].35اختراق الموصل [

سیتم استبعاد كل حقل مغناطیسي بمعنى ،تماماً (diamagnetic)النوع دایامغناطیسیة

.[24]ر)زنخارجي من جسم المادة (تأثیر ما

12


من الموصالت الفائقة لھ مجاالن مغناطیسیان كما ھو موضح في الشكل النوع الثاني

)4-2 b عندما یكون المجال المغناطیسي المسلط أضعف من الحقل المغناطیسي ، (

. إذا كان المجال المغناطیسي نفسھ االول النوعخصائص ) ، فإنھا تظھر Hc1األول (

) ، فإنھا تتصرف مثل المعادن العادیة. Hc2أعلى من المجال المغناطیسي الحرج الثاني (

ومع ذلك ، إذا كان المجال المغناطیسي لھ قیمة بین المجالین المغناطیسیین الحرجین ،

. النوع الثاني من للمادةاختراق جزئي فضال عنفعندئذ یكون لدیھم مقاومة صفریة

].34الموصالت الفائقة ھي سبائك ومركبات ، باستثناء نیوبیوم وفانادیوم [

عندما یكون المجال المغناطیسي بین المجالین المغناطیسیین الحرجین ، یقال أن النوع الثاني

من الموصالت الفائقة یكون في حالة الدوامة. توجد عدة نوى من المواد الطبیعیة محاطة بمادة

إلى أن فائق التوصیل. ومع زیادة المجال المغناطیسي ، تزداد الدوامات في الموصلیة الفائقة

)2-4ویبین الشكل ( ].36[ یتعذر إجراء المزید منھا ، ویعود الموصل الفائق إلى حالتھ الطبیعیة

)b( الثاني والنوع )a( االول النوع الفائقة للموصالت التمغنط منحني

.b( [37]( الثاني والنوع )a( االول النوع الفائقة للموصالت التمغنط ) منحني2-4الشكل (

a b

13


Josephson Effect تأثير جوزيفسون )6-2(

وصیل من خالل الحظ جوزیفسون بعض التأثیرات المرتبطة بنفق اإللكترونات الفائقة الت

. superconductors) محصور بین اثنین من الموصالت الفائقة nm 5-1عازل رقیق جداً (

وتشكل ھذه الطبقة العازلة حلقة ضعیفة بین الموصالت الفائقة التي یشار إلیھا باسم مفترق

. )2-5كما في الشكل ( جوزیفسون

عبر الوصلة دون أي تطبیق للجھد. dcجوزیفسون: تدفقات التیارdc تأثیر •

جوزیفسون: یمكن أن یؤدي تطبیق جھد إلى جانب جھد التیار المستمر إلى acتأثیر •

].38،25فق التیار المباشر عبر الوصلة [تد

.[39]مفترق جوزیفسون یوضح ) 2-5الشكل (

المعامالت االساسية للتوصيلية الفـائقة) 7-2(Fundamentals Parameters Of The Superconductivity

The Cooper Pairs أزواج كوبر ) 1-7-2(

عندما یتم تبرید مادة فائقة التوصیل تحت درجة الحرارة الحرجة ، یحول غاز اإللكترون

في الفضاء التبادلي. الحر من الحالة الطبیعیة إلى سائل كمي من أزواج اإللكترونات المتشاكھة

یتشكل كل زوج فردي عندما یتحد إلكترون واحد مع إلكترون آخر متعاكسین بالزخم والبرم ،

Cooperمما یعطي زخما صافیا قدره صفر. تسمى ھذه الناقالت للشحنة بأزواج كوبر

Pairs)( ]40.[

14


Penetration Depth :( λ )عمق االختراق )2-7-2(

أن الموصل الفائق یطرد المجال المغناطیسي أثناء دراسة تأثیر مازنر ، ٌذكرنا

فائق. وكشفت التجارب بصورة دقیقة أن المجال اللموصل اداخل من (الضعیف) من داخلھ ، أي

تطبیق یخترق الموصل الفائق داخل طبقة سطحیة رفیعة للغایة. عندما یتم الخارجي المغناطیسي

مع الحدود ، ال ینخفض المجال المطبق بشكل فجائي إلى الصفر المجال الخارجي بشكل متوازٍ

. [28]، لكنھ ینحل اسیا بموجب العالقة )2-6كما موضح في الشكل ( على سطح الموصل الفائق

𝒙𝛌 ) … … … … . ( 𝟐 − 𝟐) -H(X) = H (O) exp (

ھي صفة للطول تعرف بعمق λھي قیمة المجال المغناطیسي على السطح و H(O) اذ

. في معظم H(O) / eإلى H(O)من Hھي المسافة التي یسقط فیھا المجال xاالختراق ،

یعتمد على المادة وعلى درجة الحرارة ، ھذا . ) Å 500(ھو λ فانالموصالت الفائقة

-: [41]العالقة بوساطةاالختالف األخیر یعطى تقریبًا

λ= 𝛌 𝒐 � 𝟏 − ( 𝑻𝑻𝑪

)𝟒 � −𝟏/𝟐 … … … … . (𝟐 − 𝟑)

Å 500)( ھو عمق االختراق عند درجة حرارة صفریة لمواد معینة وعادة ما یكون العمق λO اذ

.

. [42]العالقة بین عمق االختراق وطول التشاكھ للنوعین االول والثاني ) :2-6الشكل (

15


The Coherence Length -:( ξ ) التشاكه طول) 3-7-2(

فإن حالة الموصلیة الفائقة تعتمد لذاطول التشاكھ ھو المسافة التي یبقى فیھا زوج كوبر معا ،

واكتشف أن .]43فكرة التشاكھ [ Pippad، اقترح )1953(بقوة على طول التشاكھ. في عام

كثافة مادة الموصل الفائق تتغیر مع تغیر طول التشاكھ. معظم معادن الموصالت الفائقة تقریبًا

سم). طول التشاكھ ھو مقیاس المسافة بین إلكترونین موصلین 4-10حوالي ( التشاكھلھا طول

:[42] االتیةفائقین كما ھو محدد في المعادلة

ζ= 𝒉 𝑽𝒇𝟐∆

… … … … … … … (2 − 4)

: m / s ،2Δ : سرعة اإللكترون عند مستوى فیرمي الذي یحتوي على وحدات من vf اذ

.evفجوة الطاقة التي تحتوي على وحدات

K: (- Ginzburg-Landau Parameterالنداو (كنزبرك )4-7-2(

. ξو λیعرف ھذا المعامل بأنھ النسبة بین خصائص الطول

K = λ / ξ …………… (2-5)

1فان المادة فائقة التوصیل من النوع K < 1 / √2 اذا كان

.[41,28] 2 فان المادة فائقة التوصیل من النوع K > 1 / √2اما اذا كان

-: BCSنظرية )8-2(

Bardeen, Cooper and Schrieffer ((BCS)كوبر وشریفر(، باردین كل من قدم

التي قدمت تفسیرا ُمرضیا لھذه میكروسكوبیة للموصلیة الفائقة ، نظریة ،1957في عام [1,9]

ھي تشكیل BCS. إحدى السمات األساسیة لنظریة BCSالظاھرة. تُعرف ھذه النظریة بنظریة

، تتكون من إلكترونین لھما زخم وبرم متساوي ومتعاكس. Cooper pairحالة ملزمة تسمى

ووفقًا للنظریة ، فإن أحد اإللكترونات سالبة الشحنة یمر بالقرب من األیونات المشحونة في شبیكة

ات التي تشكل تشوه الشبیكة. وھذا بدوره یؤدي إلى انبعاث الفونونالذي یؤدي الى الموصل الفائق

لكترون في الشبیكة وقبل عودتھا لكترون. قبل أن یمر األسحابة من الشحنات الموجبة حول األ

ل ھذه العملیة ، یوجد مثل لكترون ثان إلى السحابة. ومن خالأالطبیعي ، یتم سحب إلى وضعھا

مارسھا الفونونات القوى التي تتتغلب یجب أن یتنافر كل منھما اآلخر. ینلكترونین ، اللذألھذین ا

Cooperلكترونات التي تتكون منھا ازواج كوبر (فر اإللكترون. عندما یكون أحد األعلى تنا

16


pairsلكترون السالب البلوریة ، فإن االنجذاب بین األ ) ویمر بالقرب من أالیون في الشبكة

ترون اآلخر كلاألیون إلى األیون حتى یمتص األ یون الموجب یسبب اھتزاًزا بالمرور منواأل

یبعث الفونونات التي یتم امتصاصھا اَ واحد اَ كترونألھتزاز . التأثیر الصافي ھو أن للزوج اال

).2-7بسرعة كبیرة من قبل اآلخر كما ھو موضح في الشكل (

) وامتصاصھ بین الكتروني زوج كوبر في الموصل الفائق q) انبعاث الفونون (2-7الشكل ([43] .

االیونات الموجبة بوساطةفان حركة االلكترونات السالبة تكون (BCS)نظریة لوطبقا

. وھذا االضطراب سوف یسبب [44]فان الشبیكة ستضطرب لذا الفائقة التوصیل، في المادة

التي تشكل سحابة من الشحنات الموجبة حول االلكترونات ، انبعاثا للفونونات وبشكل مستمر

الشبیكة بسبب انجذاب االیونات الموجبة نحو االلكترون ) یوضح اضطراب 2-8والشكل (

المتحرك .

[45]. ) یوضح تشكیل أزواج كوبر واضطراب الشبیكة عند حركتھ2-8الشكل (

17


Isotope Effect تأثير النظائر )9-2(

. بسبب اعتماد ترددات BCSمن نظریة عدة سنواتتم اكتشاف تأثیر النظائر قبل

لھذه الموصالت الفائقة من Tc، فإن درجة الحرارة الحرجة Moالفونون على كتلة النظائر

Moالمتوقع أن تكون متناسبة مع Tc ≈ Mo-αبالنسبة للعدید من الفلزات البسیطة ، وجد أن ، 1/2-

غالباً ما تكون أصغر. α، في حین أن المعادن فائقة التوصیل االنتقالیة (0.5)قریب من αمع

.]BCS ]46تأثیر النظائر ھو دلیل تجریبي قوي لنموذج

: )HTSC( نظريات الموصالت الفـائقة بدرجات حرارة عالية )10-2(Theories of superconductor at high temperature

The Inter-layer Model بقـات البينية : انموذج الط (1-10-2)

عالیة من طبقات درجات حرجة لموصالت الفائقة ذاتلالبلوریة التراكیبوتتكون

وتسمى أحیانًا c)( العمودي ) والتي تكون متعامدة على المحورCuOوكسید النحاس (أ

مستویات التوصیل. یتم فصل ھذه المستویات عن طریق العناصر األخرى ، بما في ذلك

].47األكسجین [

لكترون یتحرك بحریة في افترضوا أن األ اذ، ]48[ واخرون lnoue اقترح ھذا النموذج

لكترونات البینیة من خالل التفاعل بین األ كلتا الطبقتین. ھذا النموذج یحدث االزدواجیة في الطبقة

ھذا التفاعل تشكیل كسید النحاس المتجاورة من خالل تبادل الفونونات ، وینتج عن ولمستویات أ

درجة الحرارة التي تؤدي دورا ھاما في استقرار حالة الموصلیة الفائقة ورفع قیمةأزواج كوبر ،

للموصالت الفائقة. Tc الحرجة

Exciton Model انموذج االكسايتون (2-10-2)

فریمان وآخرون ھذا النموذج كآلیة جدیدة لشرح سبب امتالك بعض الموصالت اقترح

إن التجاذب بین اإللكترونات ینتج من التوصیل الكھربائي ،عالیة الفائقة في درجات الحرارة ال

اكسایتونات]. ووفقاً لھذا النموذج ، توجد 49بدالً من تأثیر الفونونات [ تأثیر االكسایتونات خالل

18


لكترونات لھذه بین األ وحدوث تكرار التوصیلتسبب استقطابًا قویًا في بُعد واحد بین مستویات

خیرة االزدواجیة األ هحدث ھذتعن تكوین ظاھرة الموصلیة الفائقة. ةالمسؤولوھي المستویات

، وتقود ھذه المتھیجةلكترونات نات بین اإللكترونات الموصلة واألیتوامن خالل تبادل اإلكس

].24االزدواجیة لرفع قیمة درجة الحرارة الحرجة [

The Three Dimensional Model انموذج ثالثي االبعاد (3-10-2)

على درجة حرارة حرجة عالیة في الحصول انھ یمكن )geilikman( جیلیكمانالحظ

تبنیھا في شرح ذلك على تشكیل النطاقات المركبة ، تمتلك وتمبعض الموصالت الفائقة ،

مختلفة الدوال تكونموجة فضالَ عن ان] على الكتلة الفعالة ، A ،Bفي النطاقات [ االلكترونات

یمكن أن یمتلكان مستویات غیر مملوءة باإللكترونات مما یجعل A ،B النطاقین، أن كال

للحزمبین اإللكترونات الفرعیة الكولومیةتفاعالت الاإللكترونیة ممكنة الحدوث. التحوالت

المختلفة تؤدي إلى زیادة التكرار بین اإللكترونات في الموصالت الفائقة عندما تكون قوة

].35وبالتالي تزید درجة الحرارة الحرجة [ الكولومیةقوة الن التجاذب بین اإللكترونات أكبر م

Perovskite Structure (2-11) تركيب البيروفسكايت

(المواد الصلبة التي تجمع بین یةالسیرامیك المادة ) ھوPerovskitesالبیروفسكایت (

كسجین) التي لدیھا ترتیب ذري واأل یكون عنصر عادةو العناصر المعدنیة مع غیر المعادن

، تتكون من مكعبات ABX3 الصیغة العامة بوساطة والذي وصفمعین. في شكلھا المثالي ،

و A الذرات (1:1:3)نسبة موجودة في A , B , C) ( من ثالثة عناصر كیمیائیة ممیزة مكونة

B موجبة معدنیة ایوناتھي )metallic cations( و ذرات X سالبة غیر معدنیة ایوناتھي

)non-metallic anions ( . االیونات الموجبة A )A cation( تقع في التي من المعادن يوھ

جمیع الزوایا الثمانیة وتوضع B (B cations)االیونات الموجبة مركز كل مكعب ، وتحتل

كما [50] عشر للمكعب في منتصف النقاط في الحواف اإلثنا (X anions)االیونات السالبة

.)2-9موضح في الشكل (

19


. ABX3 [51] ) تركیب البیروفسكایت2-9الشكل (

(YBCO)البلوري للنظام فـائق التوصيل تركيبال)12-2(Crystal structure of (YBCO)

و النحاس وسالسل مستویاتبترتیب YBa2Cu3O7 (Y123)یتمیز الھیكل البلوري لـ

–CuO–BaOللبلورة cعلى طول المحور YBCOتسلسل طبقاتیكون ]. 55األكسجین [

CuO2–Y– CuO2–BaO [53] .

ذات تركیبیة بنیة YBCOدورا ھاما في الموصلیة الفائقة. لدى YBCO یؤدي تركیب

مع ذرات اإلیتریوم والباریوم في البنیة والنحاس األكسجین مستویاتطبقات تحتوي على

مع pervoskite)( البیروفسكایت بـ التابعالبلوریة باإلضافة إلى ذلك. یرتبط التركیب البلوري

یوضح )a,b 2-10( الشكلین. في YCuO3و BaCuO3خلیة وحدة تتضمن مكعب ثابت من

من مستویات اناثن ھنالك أن المالحظ منشكلت. ت للمستویات التيوالترتیب الكیمیائي التركیب

تحت وفوق ذرات اإلیتریوم تحتوي على ذرتین من المستویات. المختلفة النحاس واألكسجین

غلقھ بنحاس واحد لكل أكسجین.مستویات مإلیتریوم لاألكسجین لكل نحاس حیث یكون

أكسید النحاس ھذه ألنھا مشتركة مع اتطبقبیبدو أن التوصیل الفائق للنظام یرتفع

ذرات من اإلیتریوم ، على بوساطةن منفصال والمستویانالموصالت الفائقة ألكسید النحاس.

. المسافة بین ذرة النحاس في ھذه CuO2 مستویات. یمر التیار من خالل (3.2A)مسافة

. بین ھذه آخر مستوٍ إلى مستوٍ توقع بین األیونات من متجعل من السھل على الشحن ال المستویات

20


النحاس اإلضافي. ومع ذلك ، یدأكسوأزواج الباریوم واإلیتریوم یوجد كلطبقات التوصیل ھنا

دوًرا مھًما في الموصلیة تمثلالتیار من خالل المادة ، بل جریانفإن ھذه الطبقات ال یتم فیھا

.[21] الفائقة

تغییرات كبیرة في YBa2Cu3O7-xللمركب x ینتج عن تناقص محتوى األكسجین

والتركیب الخصائص الفیزیائیة. وقد أظھرت العدید من الدراسات أن درجة الحرارة الحرجة

-مستویات النحاس من داخل. ]54,55تتغیر مع محتوى األكسجین [ YBa2Cu3O7-x لـ البلوري

كذلك، YBa2Cu3O7−x لـ تنشأ الموصلیة الفائقة. مع انخفاض محتوى األكسجین االوكسجین

Tc عندما یكون محتوى األكسجین أقل وتختفي فائقیة التوصیل للمادة. تمر المادة بتغییر ھیكلي

.)6.3(من

. YBCO [21]) یبین تركیب a 2-10الشكل ( -حیث یمثل كل من :

عنصر الباریوم عنصر االیتریوم

عنصر االوكسجین عنصر النحاس

21


. [56] وترتیب وحدة الخلیة للمركب YBCO البلوري لـ تركیبال) یبین b 2-10(كل الش

فـائق التوصيل طرائق تحضير مركب) 13-2(

Synthesis Methods of superconductor

باستعمال طرائق متعددة ، إذ تتفاوت ھذه مركب فائق التوصیلیمكن تحضیر مسحوق

الطرائق من حیث األھمیة والكلفة ومنھا الفیزیائیة أو الكیمیائیة ، وفیما یأتي بعض منھا:

Solid State Reaction Method :طريقة تفـاعل الحالة الصلبة (1-13-2)

تكونبین المواد الذي یحدث أن التفاعل الكیمیائي بھا عنينھي طریقة شائعة االستعمال ، و

واسع في تحضیر المواد السیرامیكیة على نطاق ھذه الطریقة وتستعمل، في الحالة الصلبة

االكاسید او بصورة لتحضیر المركباختیار المواد األولیة یتم ھذه الطریقة وفيمتعددة التبلور،

إذ تخضع المواد األولیة لعملیات متعددة وھي ، BaCO3)(الكاربونات مثل كاربونات الباریوم

لتي تحدث وا ،)calcinationثم الكلسنة ( ، (milling) ھوطحن )(mixingالمسحوق خلط

في الحالة الصلبة یحتاج إلى درجات عندما یكون ألن التفاعلوذلك ؛ بدرجات حراریة عالیة

الحصول على المسحوق بالطور المطلوب، ومن محاسن ھذه وسوف یتم ،بغیاب المذیبات عالیة

22

التوصيلية الفـائقة بدرجات الحرارة العالية الفصل الثاني ھذه في الحصول علیھ تمكلفة، إالّ أن المسحوق الذي قلة الكذلك الخطوات و سھولةلطریقة ھي ا

(grain size)الحجم الحبیبي كذلك ، تكتل حبیبات المسحوق ھي، لھ مساوئ أیضاً فان الطریقة

وعلیھ ، فضالً عن وجود الشوائب عالیة لحدوث التفاعلة درجات حرار الكبیر لھا والحاجة إلى

جودة عالیة وحجم حبیبي يالحصول على مسحوق ذ في استعمال ھذه الطریقة من الصعب فانھ

]57[مثل الحجم النانوي. اَ صغیر یكون

Freeze Drying Method تجميد -طريقة تجفيف (2-13-2)

الحصول على بإمكانناالتي ، (wet-chemical)الكیمیائیة الرطبة قائالطر من وھي

تجمید محلول المواد یكون عملھا من خالللولھا، فھي عملیة تجفیف مح خالل مسحوق المادة من

للماء المتجمد في یسھلالتجمید یتم اختزال الضغط المحیط بالمادة لكي عملیة األولیة ، ثم بعد

لك وبذ، (sublimate)التسامي بالتحول مباشرة الى الحالة الغازیة اي حدوث عملیة المادة

حبیبيالحجم ال فانھذه الطریقة مزایامن ویتم الحصول على المادة الصلبة المطلوبة، سوف

زمنیة مدة وتحتاج إلى ذات كلفة عالیة جدا، ولكنھا طریقة (nm 20)قل من أ للمسحوق یكون

. ]58عملیة التجفیف.[ كي تكتملأنھا تحتاج إلى كمیات كبیرة من المواد األولیة لف كذلك طویلة

Hydrothermal Method الطريقة الحرارية المائية (3-13-2)

التبلور تحضیر المواد األحادیةفي والتي تستعملالكیمیائیة الرطبة قائإحدى الطر ھيو

تي الومواد األولیة المعدنیة لل (soluability)ذوبانیة الأو متعددة التبلور وذلك اعتماداً على

إناء خاص یدعى في ھذه الطریقة ویستعمل، تحت تأثیر ضغط عالٍ وفي الماء الساخن تستعمل

جراء التفاعالت الكیمیائیة تحت غرض اخاص یستعمل ل إناء ، وھو(autoclave)االوتوكالف

على ھذه الطریقة ھي الحصول استعمالدرجة حرارة معینة، ان فائدة وفي الضغط العالي

الحصول على فيتمكننا ھذه الطریقة اي مستقرة عند نقطة انصھارھا الاألطوار المتبلورة غیر

الحصول في تمكننا ھذه الطریقة وكذلك، عند نقطة انصھارھا للبخار ضغط العاليالالمواد ذات

وایضا یتم ، )calcination( راء عملیة الكلسنةإلى إجالحاجة متبلور دون حوقعلى مس

فانھا مساوئ ھذه الطریقة منو، (nm 100 <) تقریباالحصول على حجم حبیبي نانوي یصل

.]57[ عالیة ذات كلفة

23


Sol- gel Method جل -طريقة السول (4-13-2)

كذلكومن المواد كثیرتستعمل في تحضیر التي رطبة، الكیمیائیة ال قائطرال من ھيو

جل -طریقة السول استعمالیقتصر ، وال (BaTiO3)تیتانیت الباریوم مثل األكاسید المعدنیة

bio)المواد البایولوجیة أیضاً في تحضیر تستعمل بل، فقط في تحضیر المواد السیرامیكیة

materials) المواد العضویة و(organic materials) ،المحلول إعداد یتمالطریقة في ھذه

داخل في ھو عبارة عن شبكة متكاملة للمواد األولیةالذي (sol)بالسول المسمى ، الغروي

، ان المواد األولیة المطلوبة (gel)مادة الھالمیة ال لتشكلالطور االبتدائي یعدالمحلول كما انھ

، ) Chloridesالكلوریدات (، و (nitrates)النترات جل ھي -في طریقة السول للتحضیر

تفاعالت التفكك ل التي تخضع (Acetates)ت اتی، واالس (Alkoxides)االلكوكسیدات و

من مزایا ھذه ف، (poly condensation)التكثیف المتعدد كذلك و (hydrolysis)الكیمیائي

أو (nm 40) مایقارب حجم نانوي یصل إلى امسحوقاً ذ تنتجة، كما أنھا كلفنھا قلیلة الأ الطریقة

أو المساحیق (thin films)تسمح بتحضیر األغشیة الرقیقة وكذلك فانھا أقل من ذلك ،

(powders) ، مساوئ ھذه الطریقة من ا أنھا ال تحتاج إلى درجات حرارة عالیة ، أمّ وایضا ف

قبل إجراء الكلسنة لذا یحتاج، (agglomeration)عالي التكتل الناتج یكونھي أن المسحوق ف

.] 59، 60لحصول على الطور المطلوب [لكي یتم ا إلى إجراء عملیة الطحن البسیط

جل ذات االحتراق التلقـائي –طريقة السول (5-13-2) Sol-gel Auto Combustion Method

ق ائالطر منة االحتراق التلقائي من المحلول طریق وتعدجل -السول قائإحدى طر من وھي

، المواد متعددة التبلور كذلكفي تحضیر المواد أحادیة التبلور و الواسعة االستعمال والمفیدة

بین العوامل (Redox reaction)تفاعالت األكسدة واالختزال ھي ھذه الطریقة اساس عملو

عن وسط مائي ھو عبارة والذي في المحلول (fuel)والوقود (oxidant agents)المؤكسدة

(aqueous media) یحتوي على النترات الذي(nitrates) المائیة أو الالمائیة للمواد األولیة

ان ذإ، (chelating agent)الوقود والعناصر المرتبطة بالمعادن وجود فضالً عن للمركب

البیئة أو المحیط الحتراق الوقود، وبفعل التسخین بدوره یساعدعامل األكسدة الذي تمثل النترات

(dehydration solution)منزوع الماء والذي یكون المحلول كّونیُ واستمرار التفاعل

فان باستمرار التسخینو، في المرحلة النھائیة إلى تشكیل جل لزج تؤديتركیبة معقدة مع الوقود

24


في مما یؤدي (Nitrates decomposition)مع تفكك النترات (swell)ینتفخ ھذا الجل اللزج

من الوقود تستعمل في طریقة االحتراق كثیرةك أنواع لأن ھنا ومن المالحظإلى احتراقھ. النھایة

ھو یمكن تفسیرھا في ھذه الطریقة االحتراق التلقائي ظاھرةن إ : القول نایمكن ذلكالتلقائي، ك

قادرة التي تكون العالیة (Exothermic reaction)بسبب التفاعالت الكیمیائیة الباعثة للحرارة

التي تبدأ عند درجة حرارة االشتعال یكون لحرارة التفاعل الباعث ل ان بدایةنفسھا، إذ ادامةعلى

أیضاً إلى تطایر المؤدیةودرجة حرارة االحتراق الى ان تصل بالتزاید إلى قیمتھا العظمى

كبیرة نقاوة ذات مسحوق مما یزید الحصول على التي تكون نقطة غلیانھا منخفضة الشوائب

وبذلك ، ال تحتاج إلى درجات حراریة عالیة ھذه الطریقة أن ف كذلك، قصیرةة مدفي اَ ویكون جاف

المعقدة قائالحاجة إلى الطر وعدمالحصول على الطور المطلوب بخطوة واحدة سوف یتم

.] 61والمكلفة [

) تطبيقـات المواد فـائقة التوصيل14-2( Applications of superconductivity

أدى اكتشاف المواد فائقة التوصیل ذات درجات الحرارة العالیة إلى توسیع التطبیقات

التوصیل. سیتم سرد بعض التطبیقات الھامة للمواد فائقة التوصیل أدناه:للمواد فائقة

الذي أدى إلى إمكانیة حمل تیار كبیر في االسالك، بعدم فقدان الطاقة یتمیز الموصل الفائق1-

].62لذلك أصبح من الممكن تصنیع مغناطیس فائق التوصیل أصغر من المغناطیس المقاوم [

ظاھرة الفصل باستعمالمادة فائقة التوصیل في محطات تنقیة المیاه یمكن استغالل حجم ال2-

مرة من كفاءة التنقیة من كفاءة التقنیات 100یمكن الحصول على أكثر من اذالمغناطیسي ،

].63حالیاً [ المستعملة

الموصالت الفائقة أیًضا في تصمیم أنظمة التصویر الطبي ،أجھزة استشعار األشعة تستعمل 3-

].64لحمراء وأجھزة المیكروویف [تحت ا

تقاطع یستعملبسبب حساسیتھا العالیة للتیارات الكھربائیة والمجاالت المغناطیسیة ، 4-

].48في تصنیع موصل جید لتوظیفھ في الدماغ ونشاط كشف القلب [ Josephsonجوزفسون

خاللھا تلك دخول الموصالت الفائقة في صناعة القطارات ، سیوفر وسیلة تستطیع من 5-

التي یمكن من خاللھا نقل المسافرین بین المدن واء والتحرك بسرعة ھائلة القطارات الطفو في الھ

].65البعیدة في وقت أقل وأقل استھالك للطاقة [

25

Experimental work

الجزء العملي الفصل الثالث

الفصــل الثالث

ليـــالعمالجــزء

Introduction -) المقدمة :1-3(

، YBa2Cu3O7-δ (، )( Y3Ba5Cu8O18-δ(تحضیر المركبات یتضمن ھذا الفصل

(Pb1.5 Cu 1.5 Ba5 Ca5 Cu8 O18-δ ) تفاعالت الحالة الصلبة بطریقتيالفائقة التوصیل )solid

state reaction( جل -) والسولsol - gel( وقیاس مدى تحسن ، ذات االحتراق التلقائي

العامة ، وایضا یتضمن ھذا الفصل قیاسات وفحوصات یزیائیة ودراسة خصائصھمالخصائص الف

ربائیة كدالة لدرجة المقاومیة الكھ ) ، وX-Ray Diffractionتشمل كل من حیود االشعة السینیة (

scanning electron microscopy المجھر االلكتروني الماسح الحرارة الحرجة ،وفحوصات

)SEM ) وكذلك فحوصات ، (LCR-Meter( الكھربائیة .

مراحل وھي : علىوقد تم تقسیم الجزء العملي في البحث

. لكل طریقةتھیئة المواد االولیة 1.

لكل طریقة .تحضیر العینات 2.

اجراء الفحوصات للعینات لكل طریقة . 3.

تهيئة المواد االولية(2-3)

) وھي YBCOتمت تھیئة المواد االولیة على شكل أكاسید بحسب النظام فائق التوصیل (

)، وذلك في تحضیر المركبات ( Y2O3 ،BaO ،CuO ،PbO ،CaO( كل من

YBa2Cu3O7-δ ) ، ((Y3Ba5Cu8O18-δ وPb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) بطریقة تفاعالت (

، Y(NO3)3.6H2O ،Ba(NO3)2الحالة الصلبة ، وكذلك تھیئتھا على شكل نترات وھي كل من

Cu(NO3)2.3H2O ،Pb(NO3)2 ،Ca(NO3)2 ،C6H8O7 ،NH4OH لتحضیرھا بطریقة

. ذات االحتراق التلقائي جل -السول

26


تحضير العينات )(3-3

SSR( :- solid state reaction(عل الحالة الصلبة طريقة تفـا )(1-3-3

YBa2Cu3O7-δ ) ، ((Y3Ba5Cu8O18-δ ،(Pbتم تحضیر المركبات الفائقة التوصیل (

1.5 Cu 1.5 Ba5Ca5Cu8O18-δ ) وذلك من خالل اجراء عملیة وزن االكاسید لكل من المركبات

االوزان الجزیئیة .حسب المیزان الحساس باستعمال

( كل من المركبات المستخدمة لتحضیر ) تبین االوزان الذریة3-3) ، (3-2) ، (3-1والجداول (YBa2Cu3O7-δ ) ، ((Y3Ba5Cu8O18-δ ،(Pb 1.5 Cu 1.5 Ba5Ca5Cu8O18 ) .

. )YBa2Cu3O7-δ( لتحضیر المركب ن الذریة لالكاسید المستخدمة ) االوزا3-1الجدول (

المصنعة الشركة

المادة االوزان الذریة ( غرام/ مول ) النقاوة

Merck 99.9 0.5[ ( 88.9058 * 2) ] + (15.999 * 3)] = 112.9043

BDH 99.5 2[137.327 + 15.999] = 306.654

BDH 99.5 3[63.546 +15.999] = 238.6362 CuO

. Y3Ba5Cu8O18-δ)( لتحضیر المركب ) االوزان الذریة لالكاسید المستخدمة3-2الجدول (

المادة االوزان الذریة ( غرام/ مول )

3 * 0.5[ ( 88.9058 * 2) ] + (15.999 * 3)] = 338.7129

5 [137.327 + 15.999] = 766.63

8 [63.546 +15.999] = 636.36 CuO

27


Pb 1.5 Cu 1.5)لتحضیر المركب ) االوزان الذریة لالكاسید المستخدمة3-3الجدول (Ba5Ca5Cu8O18-δ ) .

الشركة المصنعة


BDH 99.9 1.5 * [ 207.2 + 15.999] = 334.79

BDH 99.5 1.5 * [ 63.546 + 15.999] =119.317

BDH 99.5 5 * [ 137.327 + 15.999 ] = 766.63 BaO

Alfa 99.0 5 * [ 40.078 + 15.999 ] = 280.385

BDH 99.5 8 * [ 63.546 + 15.999 ] = 636.36

YBa2Cu3O7- δ ) ، ((Y3Ba5Cu8O18-δ( باتللمرك خطوات تحضیر العینات)Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ( : ھي

ارقام لقیاس االوزان المناسبة .) 4یستعمل المیزان الحساس ( •

عملیة الواستغرقت الخلیط لتجانس الطاحونة الیدویة باستعمالالمساحیق معا خلط •

)120min(.

للعینة )2g(بوزن )(2mmوسمك )15mm( هشكل قرص قطر تم ضغط المسحوق على •

.دقائق ثالثلمدة (ton 7) حملتحت قالب معدني ومكبس ھیدرولیكي باستعمال

بمعدل )Carboliteفرن كھربائي ( باستعمال )24h() لمدة 0C 850التلبید عند ( عملیة •

والتبرید إلى درجة حرارة الغرفة بنفس معدل التسخین. (5oC/min)تسخین

28


- Sol – Gel auto:ذات االحتراق التلقـائي جل –طريقة السول (2-3-3)combustion method

Pb، و YBa2Cu3O7-δ ) ، ((Y3Ba5Cu8O18-δتم تحضیر المركبات الفائقة التوصیل (

1.5 Cu 1.5 Ba5 Ca5 Cu8 O18-δ ) لكل من المركبات كاسیدالنترات واال) وذلك من خالل وزن

) 3-5) ، (3-4وتبین الجداول ( المیزان الحساس حسب االوزان الجزیئیة . استعمال من خالل اعاله

كمیات المواد المستعملة في تحضیر االوزان الذریة الكاسید ونترات العناصر المستخدمة و

. جل ذات االحتراق التلقائي –بطریقة السول YBa2Cu3O7-δ ، ((Y3Ba5Cu8O18-δ)( المركبین

المستخدمة . ألوكسید ونترات العناصر) االوزان الذریة 3-4( الجدول



Merck 99.9 88.9058 *2 + 15.999 *3= 225.809

BDH 98.0

137.327 +2(14.0067

+15.999*3)=261.3368

BDH 99.0 63.546 +2(14.0067+15.999*3)

+3(1.0098*2+15.999) =241.6014 Cu(NO3)2.3H2O

) ، YBa2Cu3O7-δ( ) كمیات المواد المستعملة في تحضیر المركبین 3-5 جدول ((Y3Ba5Cu8O18-δ) جل ذات االحتراق التلقائي –بطریقة السول

المادة

Merck 99.9 4.4997 1 Y2O3 (g)

BDH 99.9 أضافة كمیة من الحامض حتى یتحول المحلول إلى لون شفاف HNO3 (ml)

BDH 98.0 5.6193 3.063 Ba(NO3)2 (g)

BDH 99.0 17.9627 8.981 Cu(NO3)2.3H2O (g)

Alfa 99.5 11.791 6.022 Fuel Citric acid C6H8O7 (g)

100 50 Distilled water(ml)

29


-بطریقة السول YBa2Cu3O7-δ ، ((Y3Ba5Cu8O18-δ)( للمركباتخطوات تحضیر العینات ھي : جل ذات االحتراق التلقائي

100ml)) ووضع (YBa2Cu3O7-δللمركب ( 50ml)تم وضع ماء مقطر بكمیة ( •

وتم وضعھ على جھاز التحریك المغناطیسي دورقفي Y3Ba5Cu8O18-δ)للمركب (

)Magnetic sterrier درجة مئویة . 50 – 60) وتم رفع درجة حرارة الماء من خاللھ

فیھ لیصبح لونھ ابیض ثم نضع قطعة المغناطیس الدوار Y2O3وضع كمیة من •

(Magnetic bar) یستمر بالدوران .داخل الدورق ل

لك لتكوین نترات ذحتى یصبح لون السائل االبیض شفاف و HNO3وضع قطرات من •

. 6H2O. (YNO3)االیتریوم

ان بسرعة مناسبة نضع كمیات النترات المتبقیة من الباریوم والنحاس المائیة ویستمر بالدور •

ثم نضیف الیھ الكمیة یتبقى راسب الى ان یمتزج ویذوب في المحلول بشكل تام بحیث ال

، وبعد ذلك اَ فیصبح لون المحلول ازرق صافی (C6H8O7)المحسوبة من حامض الستریك

80–100ثم رفع درجة الحرارة بعد ذلك ،باضافة االمونیاوذلك (7)الى PHیتم تنظیم ال

درجة مئویة .

یترك المحلول الى ان یصبح ھالم (جل) ثم نوقف عملیة الدوران الى ان یحترق بشكل •

.)3-1كما في الشكل ( الجھاز ونجمع المسحوق الذي تم تحضیره نطفئتلقائي عندئذ

ساعات. 4ولمدة ) oC 850(في فرن بدرجة حرارة یوضع المسحوق في بودقة سیرامیكیة •

Y3Ba5Cu8O18-δ)) ، ( YBa2Cu3O7-δ): مرحلة تحضیر المركبین ( 3-1الشكل (

جل ذات االحتراق التلقائي . –بطریقة السول

30


المتعلقة بتحضیر المركب الفائق للتوصیل و السابقة من المالحظ في العدید من البحوث

كانت تركز وبشكل اساسي على محتوى ووجود االوكسجین وترتیبھا في مواقعھا داخل المركب

في جزیئة المركب وذلك عن طریق زیادة مدة الحرق الى اَ مھم اَ دور تؤديالفائق للتوصیل لكونھا

، ولعدم توفر ) (oC 900ارة أعلى منوبدرجات حر (100h)ساعات طویلة قد تصل الى أكثر من

HgOمن اوكسید الزئبق (2g)كمیة بإضافة عن ھذه العملیة ھذه االمكانیة في كلیتنا تم ایجاد البدیل

850oC)(وحرقھ بدرجة Y3Ba5Cu8O18-δ)) ، ( YBa2Cu3O7-δ( ةالنانوی اتالمركب لكل من

بتخلیھ عن )(500oCان الزئبق یتبخر بدرجة [66]، حیث وجدنا في بحوث سابقة (h 48)ولمدة

وبھذه الطریقة تم االستفادة من اوكسید الزئبق )3-2كما في الشكل ( المركب وتركھاالوكسجین

) ، ( YBa2Cu3O7-δوالحصول على نسبة من االوكسجین داخل تركیب كل من المركبات (

(Y3Ba5Cu8O18-δ .

. ]66[ الزئبق) للمسحوق أوكسید DSC) یبین التحلیل الحراري (2-3الشكل (

ووضعھ في الفرن ولمدة ثالث دقائق )7ton( حملتحت )2g(یتم كبس المسحوق بوزن • .)oC 850تحت درجة حرارة ( ) ساعة48(لمدة

31


ھي : ) Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δخطوات تحضیر العینات للمركب (

وتم وضعھ على جھاز التحریك دورق) في ml 200تم وضع ماء مقطر بكمیة ( •

) 50 –60) وتم رفع درجة حرارة الماء من خاللھ ( Magnetic sterrierالمغناطیسي (

درجة مئویة .

نضع كمیات النترات من الرصاص والنحاس المائیة والباریوم والكالسیوم ویستمر بالدوران •

یتبقى راسب ثم بسرعة مناسبة الى ان یمتزج ویذوب في المحلول بشكل تام بحیث ال

فیصبح لون المحلول ازرق (C6H8O7)نضیف الیھ الكمیة المحسوبة من حامض الستریك

) باضافة االمونیا ، ثم رفع درجة الحرارة بعد 7الى ( PH، وبعد ذلك یتم تنظیم ال اَ صافی

) درجة مئویة . 80–100ذلك (

ان الى ان یحترق بشكل (جل) ثم نوقف عملیة الدور اَ یترك المحلول الى ان یصبح ھالم •

.)3-3كما في الشكل ( الجھاز ونجمع المسحوق الذي تم تحضیره نطفئتلقائي عندئذ

) ولمدة 8500Cیوضع المسحوق في بودقة سیرامیكیة ویوضع في فرن بدرجة حرارة ( •

اربع ساعات .

) ولمدة ثالث دقائق ووضعھ في الفرن 7ton( حمل) تحت 2g( بكتلةیتم كبس المسحوق •

).8500C) تحت درجة حرارة (24hلمدة (

) بطریقة Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ): مرحلة تحضیر المركب النانوي (3-3الشكل ( جل ذات االحتراق التلقائي . –السول

32


) االوزان الذریة لنترات العناصر المستخدمة وكمیاتھا لتحضیر 3-7) ، (3-6تبین الجداول ( . جل ذات االحتراق التلقائي –بطریقة السول )Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ(المركب

تحضیر المركب في المستخدمة لنترات العناصر) االوزان الذریة 3-6جدول ()Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ( جل ذات االحتراق التلقائي –بطریقة السول .



Alfa 98.0 207.2+(14.0067+15.999*3)

*2=331.2074

BDH 99.0 63.546 +2(14.0067+15.999*3)

+3(1.0098*2+15.999) =241.6014 Cu(NO3)2.3H2O

BDH 98.0 137.327 +2(14.0067

+15.999*3)=261.3368

Merck 99.9 40.078+(14.0067+15.999*3)*2=1

64.0854

بطریقة )Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ( ): كمیات المواد المستعملة في تحضیر 3-7 جدول ( جل ذات االحتراق التلقائي –السول

المادة

Alfa 98.0 1.5 Pb(NO3)2 (g)

BDH 99.0 21.7187 Cu(NO3)2.3H2O (g)

BDH 98.0 6.325 Ba(NO3)2 (g)

Merck 99.9 13.6072 Ca(NO3)2 (g)

Alfa 99.5 21.5754 Fuel Citric acid (C6H8O7) (g)

200 Distilled water (ml)

33


Tests and measurements االختبارات والقياسات : )(4-3

X-ray diffraction test اختبار حيود األشعة السينية: (1-4-3)

كان وتحلیل حیود األشعة السینیة للتحقیق في التركیب البلوري للعینة المصنعة استعمالتم

الھدف ذ انا الذي یوجد في كلیة التربیة ابن الھیثم، )Shimadzu 6000( المستعملالجھاز نوع

1.5406(والطول الموجي ، )mA 30(وبتیار، kv 40)(مجھز بفولتیة و )Cu-Kαمن النوع (

Ao ( 2وθ =20-70) ( من بیانات أخذت والتي في درجة حرارة الغرفةمدى زاویة الحیود

اطوار ) وتحدید hklمیلر ( معامالت قیم وذلك الیجادقیاسیة ال التي قورنت مع البیاناتالنتائج

: [39]براكقانون باستعمال dمسافة ال. تم حساب المركب

nλ=2d sinθ ……………………..(3-1)

التي : المسافةAO ( ،d: طول موجة المصدر (بوحدة االنكستروم λ: عدد صحیح ، n اذ

التي تقع بین حزمة السقوط : الزاویةAO ( ،θ(بوحدة االنكستروم البلوریة المستویاتتفصل بین

درجة).الوحدة ب( وحزمة الحیود

].67[ االتیةفقا للمعادلة cو a ، b معامالت الشبیكة حسابتم

1𝑑2 =

ℎ2

𝑎2 + 𝑘2

𝑏2 + 𝑙2

𝑐2 … … … … (3 − 2)

].68[ االتیةباستخدام المعادلة Vوتم حساب حجم وحدة الخلیة

V = abc ………………(3-3)

].69) من الطیف حیود األشعة السینیة [ρx-rayالعالقة التالیة ، تم حساب الكثافة النظریة ( باعتماد

x-ray = 𝑧 𝑀𝑤𝑡𝑁𝑎𝑉

… … … . (3 − 4)ρ

عدد افوكادرو. Naالكتلة المولیة و Mwtھو عدد الذرات في خلیة الوحدة ، و zأن اذ

. Debye Scherer( [70]معادلة دیباي شیرر( باعتماد البلورةتم حساب حجم و

34


𝐷𝑠ℎ =𝑘 𝜆

β cosƟ … … … . (3 − 5)

ھو أقصى عرض β، (1.54AO)ھو طول الموجة ویساوي λ، (0.9) ثابت حوالي k اذ

. )ھو زاویة سقوط األشعة السینیة ( درجة Ɵ ، ( rad) طةاسیتم قیاسھ بو (FWHM) القمة

-Williamson- Hall ((DW) (معادلة ولیامسون ھول باعتماد البلوريحجم الوكذلك تم حساب

H) 71كة البلوریة [یللشب الحجم المایكروي تقیسالتي.[

β cosƟ = 𝑘 𝜆/𝐷𝑊−𝐻 + [ 4ε sinƟ ] … … … . (3 − 6)

أقصى عرض في منتصف β، (nm) البلوريحجم الھو DW-H، االنفعال ھو εأن اذ

).0.9ھو ثابت تقریبا ( k، (deg)زاویة سقوط األشعة السینیة Ɵ، (rad)الجزء العلوي

درجة الحرارة :لة كدالة يقياس المقـاوم (2-4-3) Resistivity as a function of temperature measurement

األربعة لحساب المقاومة كدالة لدرجة الحرارة المطلقة وتحدید المجساتتقنیة استعمالتم

فیھا المقاومة إلى درجة الصفر التي عادة ما تدعى درجة الحرارة تنخفضدرجة الحرارة التي

المجسات. تتضمن ھذه التقنیة عدة أجزاء ، وتشمل (Tc)(critical temperature)الحرجة

الداخلیة تكون متصلة المجساتالخارجیة مباشرة بمزود التیار بینما المجساتتتصل اذاألربعة.

داخل ویتم تثبیتھا. صمغ الفضة األربعة تتالمس مع العینة عبروالمجسات بجھاز الفولتمیتر ،

توصیل جھاز التبرید ھذا بمضخة التوجیھ لجعل و، ائلطة النتروجین الساسة بوالمبرد الحجرة

K-النوع من المزدوج الحراري أیًضا إلى وتوصل) ، mbar 2-10×6الضغط داخلھا تقریبًا (

لتقنیة اختبار مخطط للدائرة الكھربائیة ) 4-3( یمثل الشكلالعینة ، و محیط لقیاس درجة حرارة

.المجسات االربعة

35


.[72]) مخطط الدائرة الكھربائیة لتقنیة المجسات االربعة 4-3الشكل (

وقیاس )K 77(تمت إضافة النیتروجین السائل إلى حجرة التبرید لتقلیل درجة حرارتھ إلى

من قیمة الفولتیة لكل درجة حرارة من العالقة الفولتیة كدالة لدرجة الحرارة. یتم حساب المقاومیة

].42[ االتیة

ρ= 𝑉𝐼

𝑊𝑡𝐿

… … … … … . (3 − 7)

).mAعلى طول العینة (التیار قیمة :I اذ

V :) الجھد المقاس بین األقطاب الكھربائیةmV.(

t :العینة سمك )cm.(

L :الطول المؤثر بین االقطاب )cm.(

W : العینةعرض )cm.(

من خالل عنھاعبرثابت وطول وعرض ، لذلك یمكن أن ن بما أن جمیع العینات لھا سمك محسوب

: االتیةالعالقة

ρ= 4.5324 𝑉𝐼

… … … … . . (3 − 8)

36


Measurements سات ثابت العزل مع ترددات مختلفة : ياق (3-4-3) of dielectric constant with different frequencies

(LCR meter)جھاز باستعمال الجراء الفحوصات الكھربائیة تم قیاس جمیع العینات

ند ع )KHz-1 MHz 5ترددات مختلفة تتراوح بین ( ضمن والذي یوجد في كلیة التربیة ابن الھیثم

. (5MHz, Taiwan, LRC-8105G(20))وھو من النوع درجة حرارة الغرفة

الفقد ظل زاویة) tan δ (، ثابت العزل الخیالي) ′′ε(، ثابت العزل الحقیقي (′ε)القیاسات وتشمل

)، σac( [73] االتیةالمعادالت باستخدام ،المتناوبة التوصیلیة الكھربائیة:

ε′ = Cd/A εo …………..(3-9)

tan δ = ε″/ ε′ ……………(3-10)

σac = εo ε″*2πf ………….(3-11)

سماحیة m2 ، (εoمساحة االقطاب m ، (A )سمك العینة Farad ، (d )سعة المتسعة ( C اذ

. )Hzالتردد F/m ، (f ) 12-10 * 8.85الفراغ (

Scanning Electron Microscope (SEM) المجهر اإللكتروني الماسح(4-4-3)

األجسام الدقیقة لرؤیةالمھمة االجھزةمن (SEM) یعد جھاز المجھر االلكتروني الماسح

اإللكتروناتحزمة من تسلیط عن طریق وذلك التي ال یمكن مشاھدتھا بالمجاھر االعتیادیة وجداً

باستعمالمن الھواء اَ الذي یكون مفرغداخل حجرة الجھاز التي توضعباتجاه العینة عالیة الطاقة

من سطح العینة ، محددااللكترونات على موضع حزمة وتركیز ، سلسلة من العدسات المغناطیسیة

لھا خصائص مختلفة لكل ذرة والتي أشعة تعكس فانھا فاعل االلكترونات مع ذرات العینةتت ماوعند

بمعلومات عن یزودنا ممااالسود ، االبیض ومكبرة باللونینمفصلة صورة ثالثیة األبعاد وتعطي

].74[ حجم الحبیبة وشكلھا

الموض�حة ص�ورتھ (Inspect S50)وعلیھ استعمل المجھ�ر اإللكترون�ي الماس�ح م�ن ن�وع

( ألخ��ذ ص��ور للعین��ات ، جامع��ة النھ��رین/ كلی��ة العل��وم ف��ي ال��ذي یوج��د (3-5)ف��ي الش��كل

YBa2Cu3O7-δ ) ، ((Y3Ba5Cu8O18-δ والمحضرة بطریقت�ي تف�اعالت الحال�ة الص�لبة)solid

state reaction ( جل ذات االحتراق التلقائي –والسول.

37


.)SEM) جھاز المجھر االلكتروني الماسح (3-5الشكل (

δ( : Estimation of oxygen( قياس محتوى االوكسجين (5-4-3) content

:[75] االتيبتنفیذ ھذه الطریقة على النحو المحضرةلعینات لكسجین وتم تقدیر محتوى األ

) من العینة وطحنھا في ھاون عقیق.mg 45خذ كمیة (نأ -1

من الماء المقطر.) ml 2.5() في KIمن یودید البوتاسیوم ( (3.17g)حل ن -2

) باإلضافة KIمن محلول یودید البوتاسیوم () ml 2.5(صب نمسحوق العینة في دورق وضع ن -3

، ثم امزج المسحوق مع 10)٪(بتركیز (HCL)من حمض الھیدروكلوریك (ml 1.25)إلى

ھذین المحلولین جیداً بوضع الكأس على محرك مغناطیسي ووضع قضیب مغناطیسي داخل الدورق

دلیل على إطالق الیود. وھذاي الداكن حتى یتحول إلى اللون البن

من الماء المقطر للحصول (ml 20)في (Na2S2O3) من ثیوسلفات الصودیوم (g 0.3)یذاب -4

ضاف تُ فوق الكأس ، ثم تثبت ةزجاجی سحاحة) ووضعھ في g/ml 0.015على تركیز تقریبًا (

الصودیوم إلى الدورق. حتى یتحول إلى اللون البني الفاتح. قطرات من محلول ثیوسلفات

) C6H10O5من الماء المقطر ثم یضاف محلول النشا ( (ml 100)من النشاء في )g 10(یذاب -5

الخلیط أزرق داكن. لون إلى الدورق حتى یصبح

إلى محلول ثیوسلفات الصودیوم مرة أخرى ولكن ببطء حتى یتحول المحلول قطرات إضافة -6

.انتھاء التفاعلاللون األصفر. ھذا دلیل على

38


) في V) من محلول ثیوسلفات الصودیوم المستخدم في التفاعل وإدراج قیمة (Vحساب حجم ( -7

:) δعلى محتوى األوكسجین ( الحصول، ومنھا یمكن المعادلة التالیة

δ = �𝑀𝐴𝑀𝐵

�−�3𝑚𝐴𝐶𝑉 �

�2𝑚𝐴𝐶𝑉 �−�𝑀0

𝑀𝐵�… … … … … . (3 − 12)

MA الوزن الجزیئي للمركب: ھي.

MB لثایوسلفات الصودیوم الوزن الجزیئي: ھيNa2S2O3.5H2O)= ( g/mol 248.18

M0 15.999كسجین = والوزن الذري لأل: ھو g/mol.

mA) = 45: ھو وزن العینة mg(

Cثایوسلفات الصودیوم محلول : ھو تركیز(Na2S2O3) ،x = 0.015g / ml

Vثایوسلفات الصودیوم : ھو حجم (Na2S2O3) في المعایرة. المستعملة

39

Result and Discussion

النتائج والمناقشة الفصل الرابع

عـــــل الرابــالفص

ةــــج والمناقشـــالنتائ

Introduction -المقدمة :(1-4)

) YBa2Cu3O7-δھذا الفصل دراسة تحضیر كل من المركبات ( یتضمن

جل –والسول ) solid state reactionبطریقتي تفاعل الحالة الصلبة ( Y3Ba5Cu8O18-δ)و(

)sol - gel ذات االحتراق التلقائي ودراسة مدى تحسن الخصائص التركیبیة والكھربائیة بین (

) Pbالرصاص( يعنصرب )Yعنصر االیتریوم ( المركبین ، وكذلك دراسة تأثیر استبدال

الخصائص التركیبیة في Y3Ba5Cu8O18-δ)للمركب (وادخال عنصر الكالسیوم )Cuوالنحاس(

بتحضیره وذلك ) (Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δعلى المركب للحصولوالكھربائیة

نتائج فحوصات جل ذات االحتراق التلقائي .اذ تم تحلیل -بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة والسول

) a,b,cنوع التركیب ومعامالت الشبیكة ( كل من ) ،المتمثلة بتحدیدXRDحیود االشعة السینیة (

) Debye Schererشیرر ( دیباي البلورة بطریقتيومعرفة حجم وحجم وحدة الخلیة

و تم معرفة الحجم الحبیبي من خالل جھاز الماسح .)Williamson- Hall( ھول –وویلیامسون

والمحضرة بطریقتي Y3Ba5Cu8O18-δ)) و(YBa2Cu3O7-δ) للمركبات (SEMااللكتروني (

وبعدھا تم قیاس المقاومیة الكھربائیة جل ذات االحتراق التلقائي –تفاعل الحالة الصلبة والسول

) ودرجة حرارة االنتقال النھائیة Tc(onset)وتحدید درجة حرارة االنتقال الحرجة االبتدائیة (

)Tc(offset)0=ة الكھربائیة عندھا اي (ی) والتي تنعدم المقاومρ وتم الحصول على نتائج ،(

)″ε( الخیاليثابت العزل و )έ( قیقيتشمل ( ثابت العزل الحالتي وفحوصات الخواص العزلیة

فحصھا بجھاز وذلك من خالل ) )σac( والتوصیلیة المتناوبة )tan δ( وظل الفقد العزلي

)LCR-Meter( وأخیرا تم قیاس ومعرفة محتوى .ھذه الخواص فيوتأثیر االستبدال

التلقائي .جل ذات االحتراق -االوكسجین لكل من المركبات المحضرة بطریقة السول

40


X-ray diffraction analysis حيود االشعة السينية:نتائج ) 2-4( results

طريقة تفـاعل الحالة الصلبة :) 1-2-4(

واستبدال ،YBa2Cu3O7-δ)،((Y3Ba5Cu8O18-δ( عینات للمركبات تم تحضیر ثالث

لتحضیر Y358للمركب ) Cu) والنحاس(Pbعنصري الرصاص (ب )Yعنصر االیتریوم (

، تفاعل الحالة الصلبة ، باستعمال طریقة) (Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δالمركب النھائي

عند الضغط الجوي االعتیادي، (24h)لمدة (C°850)بدرجة وتمت كلسنة العینات المحضرة

. (XRD)تضمنت فحص طیف حیود االشعة السینیة والتي واجریت علیھا الفحوصات التركیبیة

،YBa2Cu3O7-δ)،((Y3Ba5Cu8O18-δ( المحضرة للعیناتتمت دراسة التركیب البلوري

Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ)( السینیة طة حیود األشعة اسبطریقة تفاعل الحالة الصلبة بو

)XRD(، عوامل ةالعینات وتم تحلیلھا ومتابعة ثالث لجمیعحصلنا على البیانات والمنحنیات و

.)4-3)،(4-2)،(4-1موضحة في االشكال ( التي تشمل موقع القمم وشدتھا وحدة القمةمھمة

.والمحضرة بطریقة تفاعل الحالة الصلبة Y123) طیف حیود االشعة السینیة للعینة 4-1الشكل (

0

50

100

150

200

250

300

350

20 30 40 50 60 70

Inte

nsity

(arb

.uni

t)

2Ɵ (degree)

(400

) (112

)

(200

)

(102

)

(204

)

(104

)

(202

)

YBa2Cu3O7-δ

41


.والمحضرة بطریقة تفاعل الحالة الصلبة Y358) طیف حیود االشعة السینیة للعینة 4-2الشكل (

متعددة التبلور Y358و Y123ن احیود االشعة السینیة ظھرت العینت انماطمن خالل

ومن خالل انماط حیود االشعة السینیة ،)Orthorhombic( اَ قائم اَ معینی اَ تركیب تمتلك ھاتبین انو

)104( (102) , (200) , (112) ,تبین وجود سبعة قمم واضحة تعود للسطوح Y123للعینة

وفیھا ظھرت قمم واضحة 2Ɵ=20-70 ) ضمن المدى الزاوي400( ، )204( ، )202،(

. 2Ɵ=29.80وخاصة عند ,للمركب

تم الحصول على معامالت الشبیكة وذلك من خالل استخدام Y123بتحضیر العینة و

وتم حساب حجم خلیة (a=3.82030 Å, b=3.88548 Å ,c=11.68349 Å)) 2-3معادلة (

المعادلة باعتماد) وكذلك الكثافة النظریة 3-3المعادلة ( باعتماد) V =173.4262 Å3الوحدة (

. [23] الباحث) وھذا یتوافق مع 3-4(

قمم تبین وجود عشر Y358ومن خالل انماط حیود االشعة السینیة للعینة وكذلك

)،103)،(413)،(510)،(502) ،(411-( (003),(211),(103),واضحة تعود للسطوح

. 2Ɵ=30.60، وكذلك ظھرت لھا قمة واضحة عند الزاویة )202)،(210(

,Å (a=3.092معامالت الشبیكة وجد ان Y358وكذلك بالنسبة للعینة المحضرة

b=3.824,c=30.690) ) وحجم خلیة الوحدةV =362.872 Å3باعتماد ) والكثافة النظریة

. [23] الباحثوھذا یتوافق مع ) 4-3المعادلة (

0

50

100

150

200

250

20 30 40 50 60 70

Inte

nsity

(arb

.uni

t)

2Ɵ (degree)

(510

) (5

02)

(4�11

)

(003

) (211

)

(202

)

(103

)

(210

)

(103

) (4

13)

Y3Ba5Cu8O18-δ

42


، (Y123)للمركبات النظریة ثوابت الشبیكة وحجم خلیة الوحدة والكثافةنتائج (4-1)الجدول

(Y123) ، )Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ.المحضرة بطریقة تفاعل الحالة الصلبة (

ρ x-ray

(g/cm3)

V

(Å3)

c

(Å)

b

(Å)

a

(Å)

الطریقة المادة

6.352 173.56 11.68 3.89 3.82

بةصل

الالة

لحل ا

اعتف

solid

stat

e re

actio

n

6.361

362.872

30.690

3.824

3.092

6.365 175.584 11.809 3.856 3.856 Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ

) تبین 4-1) والمبینة في جدول (X-Rayحیود االشعة السینیة ( من خالل نتائج انماط

وھو التركیب المعیني القائم ) Y358للمركب ( مماثالَ اَ بلوری ھیكالَ یمتلك ) Y123المركب (ان

)Orthorhombic ( سالسل من باستثناء عددCuO ومستویاتCuO2 والتي تتجاوز تلك ،

. [76]الباحثیتوافق مع وھذا ما Y123 الموجودة في

وعدد مستویات CuOفیما یتعلق بسالسل YBCOیختلف الھیكل البلوري لمجموعة

CuO2 المسؤولة عن الخصائص الفیزیائیة المتنوعة ودرجات الحرارة الحرجة. یحتوي المركب

Y123 من مفردةعلى سلسلةCuO ومستویین CuO2.اما المركب Y358 یمتلك خمس فانھ

عن االثنین BaOمفصولة بطبقات CuO2ت ا، مستوی CuOوثالث سالسل CuO2مستویات

.[77] االخریین

) نالحظ اختالف النتائج في معامالت الشبیكة 1-4كذلك من خالل نتائج جدول (

عدد الختالف با بسببوذلك c)(في المعامل وبشكل كبیر السیما Y123و Y358 للمركبین

المسؤولة عن الخصائص الفیزیائیة المتنوعة ودرجات CuO2مستویات و CuOسالسل

المحور والذي یسبب االختزال ھذا الى ضغط (c)یمثل النقص في المعامل اذالحرارة الحرجة.

یؤدي ھذا االمر الذي Tc یقلل من درجة الحرارة الحرجة ممافي كثافة المستویات لطاقة فیرمي

) للمركبین الى اختالف حجم خلیة الوحدة للمركبین المحضرین بطریقة cاالختالف في المعامل (

ھذا إلى االنكماش في المستوى القاعدي مع خلیة الوحدة بسبب یعود. قد ةتفاعل الحالة الصلب

.[78]تقلیل الشواغر أو مواقع األكسجین

43


Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) نمط حیود االشعة السینیة للمركب 4-3یبین لنا الشكل (

) بعنصري Yاالیتریوم (والمحضر بطریقة تفاعل الحالة الصلبة، والتي عندھا تم استبدال عنصر

).Cu) والنحاس (Pbالرصاص (

والمحضرة Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) طیف حیود االشعة السینیة للعینة 4-3الشكل (

بطریقة تفاعل الحالة الصلبة .

متعددة Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δمن خالل حیود االشعة السینیة تبین ان المركب

خالل انماط حیود االشعة ومن )،tetragonal(الطور الرباعي ذو التبلور ویمتلك التركیب

)200( (111),(100),(012),واضحة تعود للسطوح ةمق احد عشرتبین وجود للمركب السینیة

وفیھا ظھرت قمم واضحة للمركب )004)،(130)،(220)،(112،()003)،(200)،(021،(

. 2Ɵ=29.480عند السیما

جل : -طريقة السول )4-2-2(

، YBa2Cu3O7-δ( ، )(Y3Ba5Cu8O18-δ( تم تحضیر ثالث عینات للمركبات

Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) جل ذات االحتراق التلقائي -السول) ، باستعمال طریقة ،

عند الضغط الجوي االعتیادي، (48h)لمدة (C°850)وتمت كلسنة العینات المحضرة بدرجة

. (XRD)واجریت علیھا الفحوصات التركیبیة والتي تضمنت فحص طیف حیود االشعة السینیة

، YBa2Cu3O7-δ)،((Y3Ba5Cu8O18-δتمت دراسة التركیب البلوري للعینات المحضرة (

Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) ( طة حیود اسبو جل ذات االحتراق التلقائي -السولبطریقة

0

50

100

150

200

250

300

350

20 30 40 50 60 70

Inte

nsity

(arb

.uni

t)

2Ɵ (degree)

(220

)

(130

)

(112

)

(200

)

(021

) (2

00)

(004

)

(003

) (012

)

(111

)

(100) Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ

44


حصلنا على البیانات والمنحنیات لكل العینات وتم تحلیلھا ومتابعة و ).XRDاألشعة السینیة (

التي تشمل موقع القمم وشدتھا وحدة القمة.عوامل مھمة ةثالث

) YBa2Cu3O7-δ(تم اضافة مادة اوكسید الزئبق بكمیة مناسبة للعینات

)،(Y3Ba5Cu8O18-δ جل ذات االحتراق التلقائي وكانت االضافة قبل اجراء -بطریقة السول

) انماط حیود االشعة السینیة للمركبات اعاله.6-4)،(5-4)،(4-4تبین االشكال ( اذعملیة التلبید ،

جل ذات -السولوالمحضرة بطریقة Y123) طیف حیود االشعة السینیة للعینة 4-4الشكل (

االحتراق التلقائي.

جل ذات -السولوالمحضرة بطریقة Y358) طیف حیود االشعة السینیة للعینة 4-5الشكل (

االحتراق التلقائي.

0

100

200

300

400

500

600

20 30 40 50 60 70

Inte

nsity

(arb

.uni

t)

2Ɵ (degree)

103

003

401

004

103

111�

005

113

006

0

100

200

300

400

500

600

20 30 40 50 60 70

Inte

nsity

(arb

.uni

t)

2Ɵ (degree)

050

034

451

225

633

403

133

156

202�

022

416

YBa2Cu3O7-δ

Y3Ba5Cu8O18-δ

45


والمحضرتین بطریقة Y358و Y123من خالل حیود االشعة السینیة للعینتین

التبلور ولدیھا تركیب معیني قائم كما متعددة انظھرت العینتجل ذات االحتراق التلقائي -السول

من ف تحضیر العینات بطریقة تفاعل الحالة الصلبة وال یوجد اختالف في التركیب،ھو الحال في

تبین وجود ثمان قمم واضحة تعود YBa2Cu3O7-δخالل انماط حیود االشعة السینیة للعینة

،التي تشیر الى )006)،(113)،(005)،(1-11)،(103( (003),(401),(004),للسطوح

. 2Ɵ=32.30عند السیماوفیھا تظھر قمم واضحة تشكیل الطور المعیني القائم

معادلة اتباعتم الحصول على معامالت الشبیكة وذلك من خالل Y123بتحضیر العینة و

)3-2 ((a=3.82030 Å, b=3.88548 Å ,c=11.68349 Å) وتم حساب حجم خلیة الوحدة

)V =173.4262 Å3 (باعتماد ) باعتمادالكثافة النظریة تم حساب كذلكو ) 3-3المعادلة

. [17] الباحثوھذا یتوافق مع ) 4-3المعادلة (

,a=3.092 Å)حصلنا على معامالت الشبیكة Y358وكذلك بالنسبة للعینة المحضرة

b=3.824 Å ,c=31.01 Å) ) وحجم خلیة الوحدةV =366.6 Å3 (باعتماد ) 3-3المعادلة (

. [79] الباحثوھذا یتوافق مع ) 4-3المعادلة ( باعتماد والكثافة النظریة

ومن خالل انماط . 2Ɵ=29.50قمة واضحة عند الزاویة Y358وكذلك ظھرت للعینة

قمة واضحة تعود للسطوح ةعشر ىایضا تبین وجود احد Y358حیود االشعة السینیة للعینة

,(403),(133),(050) )451)،(034)،(633)،(225)،(20-2)،(416)،(156)،(022 (.

سلوك الموصل الفائق. یسمح وجودھا لألكسجین بإثراء فيفالمسامیة لھا تأثیر مھم

الحبیبات خالل عملیة التلبید مما تتسبب في استقطاب أیونات األوكسجین في مستوى یحتوي على

كسجین ، الذي لھ أھمیة وكل من األوكسجین والنحاس داخل خلیة الوحدة. ھذا ما یفسر ترتیب األ

دور مھم كمتبرع أداءقدرة أیون الزئبق على عنفضال في تركیب ھذا المركب السیرامیكي

.]66[كسجین بسبب الطاقة الحرة العالیة لتكوین األوكسید مقارنة مع أیون النحاسولأل

46


, (Y123)نتائج ثوابت الشبیكة وحجم خلیة الوحدة والكثافة النظریة للمركبات (4-2)الجدول

(Y358) ) ،Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ (جل ذات االحتراق -المحضرة بطریقة السول

. (Y358) , (Y123)بعد اضافة اوكسید الزئبق للمركبات التلقائي

ρ x-ray (g/cm3)

V (Å3)

c (Å)

b (Å)

a (Å) الطریقة المادة

6.352 173.426 11.6834 3.8854 3.820

6.361 366.6 31.01 3.824 3.092

6.365

175.584

11.809 3.856 3.856 Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ

وعدد CuOتماًما فیما یتعلق بسالسل YBCOیختلف الھیكل البلوري لمجموعة

اذ المسؤولة عن الخصائص الفیزیائیة المتنوعة ودرجات الحرارة الحرجة. CuO2مستویات

، Y358 أما المركب. CuO2 یینومستو CuOمن مفردة على سلسلة Y123یحتوي المركب

مفصولة بطبقات CuO2مستویات ة، ثالث CuOوثالث سالسل CuO2مستویات ةیمتلك خمس

BaO [77]عن االثنین االخریین.

-Yو Y-358ولھذا السبب سوف نالحظ ھنالك تغیر في معامالت الشبیكة للمركبین

بسالسل بعدد الختالفا بسبب (c)في المعامل السیما) 4-2من خالل نتائج الجدول ( 123

CuO مستویات وCuO2 المسؤولة عن الخصائص الفیزیائیة المتنوعة ودرجات الحرارة

والذي یسبب االختزال ھذا المحورالى ضغط المحور (c)یمثل النقص في المعامل اذالحرجة.

ھذا إلى یعود. قد Tcیقلل من درجة الحرارة الحرجة ممافي كثافة المستویات لطاقة فیرمي

.[78]ة الوحدة بسبب تقلیل الشواغر أو مواقع األكسجیناالنكماش في المستوى القاعدي مع خلی

كسجین في العینة والقیمة العالیة للبناء التركیبي المعیني القائم ھي نتیجة للمحتوى العالي من األ

.[17] (b)على طول المحور CuOبالكامل في سالسل O (1)مع اشغال مواقع

جل ذات االحتراق -الحالة الصلبة والسول تفاعل بطریقتي المركبات تحضیرفمن خالل

وال في معامالت الشبیكة او الكثافة النظریة في التركیب الھیكلي رییوجد تغی التلقائي نالحظ ال

الختالف المدة ذلك یعود مواقع القمم في ولكن توجد اختالفات طفیفة جدا للمركبات الثالثة

47


االوكسجین داخل التركیب البلوري للمركب من خالل الزمنیة لعملیة الحرق وادخال عنصر

اضافة مادة اوكسید الزئبق الذي لھ دور مھم في ترتیب عنصر االوكسجین وھروب عنصر

جل ذات االحتراق -تم فعلھ في طریقة السول الزئبق خالل عملیة الحرق كما ذكر ، وھذا ما

.التلقائي دون حدوثھ في طریقة تفاعل الحالة الصلبة

Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) نمط حیود االشعة السینیة للمركب 4-6یبین لنا الشكل (

التي عندھا تم استبدال عنصر االیتریوم ذات االحتراق التلقائيجل -والمحضر بطریقة السول

)Y) بعنصري الرصاص (Pb) والنحاس (Cu.(

والمحضرة Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) طیف حیود االشعة السینیة للعینة 4-6الشكل (

جل ذات االحتراق التلقائي . -بطریقة السول

متعددة Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δمن خالل حیود االشعة السینیة تبین ان المركب

ومن خالل انماط حیود االشعة )،tetragonal(الطور الرباعي التبلور ویمتلك التركیب ذو

(111),(110),(002),قمة واضحة تعود للسطوح ةعشر ىتبین وجود احدللمركب السینیة

عند السیما ,وفیھا ظھرت قمم واضحة للمركب ) 222)،(311)،(220)،(202،( )200(

2Ɵ=29.240 .

0

100

200

300

400

500

600

20 30 40 50 60 70

Inte

nsity

(arb

.uni

t)

2Ɵ (degree)

(222

) (3

11) (0

02)

(111

)

(110

)

(200

)

(220

) (2

02)

Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ

48


وديباي ) (DW-Hهول –حسب معادلة وليامسون البلوريحساب الحجم (3-4) .شيرر

-Williamsonھول ( –باستعمال معادلة ولیامسون البلوريحجم التم حساب معدل

Hall (ومعادلة دیباي- ) شیررDebye-Scherer( للعینات المحضرةY123 ، Y358 ،

Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ جل ذات االحتراق -بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة والسول

-4كما مبین في االشكال ( ) على التوالي6-3 ، 5-3المعادالت ( باعتمادالتلقائي

) 4sinө) على المحور الصادي و(β cosөبیاني بین ( تم رسم مخطط اذ )7,8,9,10,11,12

أما ،)6-3(ھول -معادلة ولیامسونوفقا ل رةوالبلحجم حساب معدل فتم على المحور السیني

من خالل عرض القمة عند یكون ذلك معادلة دیباي شیررستخدام با رةوكیفیة حساب حجم البل

.للقمة ذات الشدة االكبر (2θ)الموقع الزاوي وكذلك (FWHM)منتصف الشدة

والمحضرة بطریقة تفاعل Y123بطریقة ویلیامسون ھول للعینة البلورة) حجم 4-7الشكل (

الحالة الصلبة .

00.0005

0.0010.0015

0.0020.0025

0.0030.0035

0.0040.0045

1.025 1.075 1.125 1.175 1.225 1.275 1.325 1.375

βcos

ϴ

4sin ϴ

β cosƟ = 𝑘𝑘 𝜆𝜆/𝐷𝐷𝑊𝑊−𝐻𝐻 + [ 4ε sinƟ ]

49


والمحضرة بطریقة تفاعل Y358رة بطریقة ویلیامسون ھول للعینة و) حجم البل4-8الشكل (

الحالة الصلبة .

Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δرة بطریقة ویلیامسون ھول للعینة و) حجم البل4-9الشكل (

والمحضرة بطریقة تفاعل الحالة الصلبة .

-والمحضرة بطریقة السول Y123ویلیامسون ھول للعینة رة بطریقة و) حجم البل4-10الشكل (

جل ذات االحتراق التلقائي .

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

1.04 1.09 1.14 1.19 1.24 1.29 1.34

βcos

ϴ

4sin ϴ

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.988 0.998 1.008 1.018 1.028 1.038 1.048 1.058

βcos

ϴ

4sin ϴ

-0.001

0.001

0.003

0.005

0.007

0.009

1.12 1.17 1.22 1.27 1.32

βcos

ϴ

4sin ϴ

50


-والمحضرة بطریقة السول Y358رة بطریقة ویلیامسون ھول للعینة و) حجم البل4-11الشكل (

جل ذات االحتراق التلقائي .

Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δرة بطریقة ویلیامسون ھول للعینة و) حجم البل4-12الشكل (

جل ذات االحتراق التلقائي . -والمحضرة بطریقة السول

00.0005

0.0010.0015

0.0020.0025

0.0030.0035

0.0040.0045

1.027 1.077 1.127 1.177 1.227 1.277 1.327 1.377

βcos

ϴ

4sin ϴ

00.0005

0.0010.0015

0.0020.0025

0.0030.0035

0.0040.0045

1.007 1.057 1.107 1.157 1.207 1.257 1.307 1.357

βcos

ϴ

4sin ϴ

51


بحسب معادلتي (دیباي شیرر) و (ولیامسون ھول ) وريالبلحجم الیبین ) 4-3الجدول (بطریقتي تفاعل الحالة Y123 ، Y358 ، Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δالمحضرة للعینات

.جل ذات االحتراق التلقائي -الصلبة والسول

DW-H (nm)

DSh (nm)

DW-H (nm)

DSh (nm)

المادة

material جل ذات االحتراق –السول

التلقائيSol – Gel auto-

combustion

تفاعل الحالة الصلبة

solid state reaction

24.7286 23.9235 32.6128 32.37734

32.8867 29.1783 34.729

32.64286

33.3265 33.0533 34.7580

33.38259

Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5

Cu8O18-δ

حجم نالحظ ان اذ ان ھنالك تغیر بسیط نالحظ (4-3)جدولالمن خالل النتائج في

أكبر قلیال من حجمھا Williamson-Hall)ھول ( -معادلة ولیامسون باعتمادالمحسوبة رةوالبل

ذلك الى ان یعود ,ولكال الطریقتین )Debye-Schererمعادلة شیرر ( باعتماد المحسوب

) اخذ بالحسبان االنفعال الداخلي للشبیكة الذي یعد Williamson-Hallھول ( -ولیامسون

االجھاد الناشئ في البلورة مما ینتج عنھ تشوه في الشبیكةكمقیاس لتشوه التركیب البلوري بسبب

ن واحد یكون صغیراً عند الحبیبات واالنفعال الداخلي في آ السبب في القمم الى حجمویعود ،

. [80]المساحیق استعمال

(SEM) الماسح االلكتروني المجهر فحوصاتنتائج )4-4(

Y3Ba5Cu8O18-δ)) و(YBa2Cu3O7-δ( المركبات لعیناتقیاس الحجم الحبیبي تم

جل ذات االحتراق التلقائي . –بطریقتي تفاعالت الحالة الصلبة والسول والمحضرة

عینات عملیة الفحص وتصویر ) إلجراءSEMاستعملت تقانة المجھر االلكتروني الماسح (

بطریقة تفاعل الحالة والتي تم تحضیرھا Y3Ba5Cu8O18-δ)) و(YBa2Cu3O7-δ( المركبات

جل ذات االحتراق التلقائي وذلك لمعرفة شكل الحبیبات ومقارنة معدل -الصلبة وطریقة السول

باستعمال ) صور العیناتa,b 13-4ق المحضرة ویوضح الشكل (ائللعینات بالطرالحجم الحبیبي

. المجھر االلكتروني الماسح

52


) YBa2Cu3O7-δ) صور المجھر االلكتروني الماسح للعینات ( A 13-4الشكل (

.والمحضرة بطریقة تفاعل الحالة الصلبة Y3Ba5Cu8O18-δ)و(

) YBa2Cu3O7-δ) صور المجھر االلكتروني الماسح للعینات ( 13B-4الشكل (

. ذات االحتراق التلقائي جل -بطریقة السول والمحضرة Y3Ba5Cu8O18-δ)و(

YBa2Cu3O7 )B( Y3Ba5Cu8O18 )B(

YBa2Cu3O7-δ )A(

Y3Ba5Cu8O18-δ )A(

53


) نالح��ظ ان جمی��ع الص��ور اخ��ذت بالمقی��اس A,B 13-4م��ن خ��الل الص��ور ف��ي الش��كل (

الم��ایكروي وذل��ك بس��بب محدودی��ة ق��درة التكبی��ر للمجھ��ر المس��تعمل لھ��ذا القی��اس وھ��و المجھ��ر

Imageحساب دقة الصورة () واذا زیدت قدرة التكبیر سیكون على SEMااللكتروني الماسح (

Resolutionن تقان�ة مجھ�ر ) ، فللحصول على ص�ور للعین�ات بالمقی�اس الن�انوي یج�ب ان تك�و

ذ ظھ��رت ص��ور عین��ات ق��درة تكبی��ر أعل��ى وھ��و غی��ر مت��وافر حالی��ا ، ا اتااللكت��رون الماس��ح ذ

وال�ذي جل ذات االحتراق التلقائي بشكل شبھ كروي -المركبات اعاله والمحضرة بطریقة السول

تتخذه حبیبات مسحوق المركبات النانویة مع وجود تكتل للحبیبات ربما یعود السبب الى الطبیع�ة

العین��ات متجانس��ة الحظن��ا ان .[74]النانوی��ة لحبیب��ات مس��احیق العین��ات او طریق��ة التحض��یر

بضعة مایكرون .شابھة واالحجام الحبیبیة بحدود واشكالھا مت

المقـاومية بالنسبة لدرجة الحرارة :) نتائج فحوصات 5-4(

تقنیة المجسات األربعة لتقدیر درجة الحرارة الحرجة للعینات المحضرة اعتمادتم

،ان المقاومیة الكھربائیة كدالة جل ذات االحتراق التلقائي -بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة والسول

لتحدید درجة اَ جید اَ لدرجة الحرارة تعتبر واحدة من اھم خصائص المادة والتي تعطینا مؤشر

) ھو ان Cupratsان المبدأ االساسي في المواد الفائقة للتوصیل (،) Tcحرارة االنتقال الحرجة (

لحدوث االنتقال الفائق للتوصیل أزواج كوبر او ازواج االلكترونات المقترنة ضروریة

، وفي حالة التدھور فمن الممكن ان یصبح ھذا ) Tcوالحصول على درجة االنتقال الحرجة (

) CuO) بین طبقات (cالتفاعل ضعیف ورنین التنفق خالل مراكز التموضع على طول المحور (

لي یكون أقل، والسبب او الشركاء في المركب بسبب عملیة التطعیم او االستبدال الجزئي او الك

كثافة الكترونیة كافیة عند ال نتاجیعود لكي تحدث عملیة التنفق یجب ان تتوافر ما یلي : أوال :

ثانیا : تشكل فجوة ) ثنائیة االبعاد كافیة،CuOمستوى فیرمي یجب ان یكون النقل عبر طبقات (

قلبات في أزواج الفونون یجب ان ) والتCuOالطاقة الصغیرة ،ثالثا : المط واالمتداد في أواصر (

. [43] ) یجب ان تكون منتظمة ومرتبةCuO،رابعا : اواصر (تكون واطئة

) ھو Tcوممكن ان نضیف الى ان السبب في التغیر الحاصل في درجة الحرارة الحرجة (

المفتاح التغیر في توزیع كثافة الفجوات او كثافة االلكترونات الفائقة التوصیل والتي تعد ھي

. HTSC ([81]االھم لفھم خواص (

54


والمحضر بطريقتي Y123المقـاومية ودرجة الحرارة الحرجة للمركب ) 1-5-4( جل ذات االحتراق التلقـائي . -تفـاعل الحالة الصلبة والسول

طة تأثیر اسبو یر بشكل كبیرغ، فأن خصائص النقل الكھربائي تت YBCOفي نظام

مستوى فيوالتي تؤثر CuO األكسجین في مواقع سلسلة أیونات كسجین وترتیبواأل محتوى

كسجین واأل Y123تفقد مركبات مما]. 82ر النظام [یتدو وخاصیة، التشویب ، آلیة التوصیل

تصبح اذ الخصائصمن یمكن مالحظتھا والتي الفائق یفقد خاصیة التوصیل بسھولة ، وبالتالي

من واحدةسلسلة و CuO2 على مستویین من Y123. یحتوي المركب [83] استقراریھاقل

CuO [76] ،) منحني درجة الحرارة كدالة لمقاومیة 16-4) و(15-4ویوضح الشكلین (

جل ذات االحتراق التلقائي . -والمحضر بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة والسول Y123المركب

والمحضرة بطریقة تفاعل الحالة الصلبة . Y123) درجة الحرارة الحرجة للعینة 15-4الشكل (

0

0.00002

0.00004

0.00006

0.00008

0.0001

0.00012

0.00014

91 92 93 94 95

Elec

tric

al re

sist

ivity

(Ω.c

m)

Temperature (k)

YBa2Cu3O7-δ

55


جل ذات -والمحضرة بطریقة السول Y123) درجة الحرارة الحرجة للعینة 16-4الشكل (

االحتراق التلقائي .

Tc (off)والنھائیة Tc (on)یبین درجات الحرارة الحرجة االبتدائیة (4-4)الجدول

جل ذات االحتراق -و المحضرة بطریقة تفاعل الحالة الصلبة والسول (Y123) للمركب

التلقائي.

Tc (on)

(K) Tc (off)

(K) المادة الطریقة

92.4 92 solid state reaction

99 95 Sol – Gel auto-

combustion

درجة الحرارة الذي یوضح سلوك المقاومیة كدالة لو) 16-4و() 15-4( ینالشكل من

والمحضرة Y123للعینة الحرجةفمن النتائج التي تم الحصول علیھا كانت درجة الحرارة

نالحظ ،وفائقیة التوصیل والتي عندھا ظھر سلوك )k 92بطریقة تفاعل الحالة الصلبة (

.حتى تصل الى درجة مقاربة للصفر انخفاض المقاومیة الكھربائیة بصورة تدریجیة

0

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

0.0006

0.0007

0.0008

0.0009

0.001

80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

Elec

tric

al re

sist

ivity

(Ω.c

m)

Temperature (k)

YBa2Cu3O7-δ

56


جل فكانت -والمحضرة بطریقة السول Y123اما درجة الحرارة الحرجة للعینة

)95k( ،نالحظ انخفاض المقاومیة الكھربائیة وایضاسلوك فائقیة التوصیل ، عندھا ظھر وكذلك

وان االنتقاالت المتعددة في منحني .بصورة تدریجیة حتى تصل الى درجة مقاربة للصفر

المقاومیة كدالة لدرجة الحرارة ھو اما بسبب بعض العیوب او وجود الشوائب البلوریة.

طریقتین ، الضرة بللعینة المحنالحظ ان ھنالك تغیر بسیط في درجات الحرارة االنتقالیة

-فمن خالل نتائج الجدول الحظنا ان درجة الحرارة االنتقالیة للعینة المحضرة بطریقة السول

طریقة اختالف والسبب یعود الىجل أعلى من العینة المحضرة بطریقة تفاعل الحالة الصلبة

اختراق جل تكون نانویة اي سھولة -وذلك الن الحبیبات المحضرة بطریقة السول التحضیر

ازواج كوبر وقلة المسامیة على العكس من طریقة تفاعل الحالة الصلبة التي تكون حجم الحبیبات

.المحضرة بالمایكرو

والمحضر بطريقتي Y358المقـاومية ودرجة الحرارة الحرجة للمركب )2-5-4( جل ذات االحتراق التلقـائي . -تفـاعل الحالة الصلبة والسول

الفائق Y3Ba5Cu8O18-δ (Y358)) للمركب Tcالحرارة الحرجة (ان ارتفاع درجة

مماثالَ اَ بلوری اَ یمتلك تركیب Y358والذي یبین ان المركب ]77[درس من قبل الباحث للتوصیل

، والتي تتجاوز تلك الموجودة في CuO2 مستویات CuOسالسل باستثناء عدد Y123 للمركب

CuO من واحدةسلسلة و CuO2 مستویین منعلى Y123یحتوي المركب اذ. Y123المركب

، ویوضح CuOوثالث سالسل CuO2 مستویاتعلى خمس Y-358 المركبفي حین یحتوي

والمحضر Y358) منحني درجة الحرارة كدالة لمقاومیة المركب 18-4) و(17-4الشكلین (

جل ذات االحتراق التلقائي . -بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة والسول

57


والمحضرة بطریقة تفاعل الحالة الصلبة . Y358) درجة الحرارة الحرجة للعینة 17-4الشكل (

جل ذات -والمحضرة بطریقة السول Y358) درجة الحرارة الحرجة للعینة 18-4الشكل (

االحتراق التلقائي .

0

0.0002

0.0004

0.0006

0.0008

0.001

80 100 120 140 160 180

Elec

tric

al re

sist

ivity

(Ω.c

m)

Temperature (k)

Y3Ba5Cu8O18-δ

0

0.00005

0.0001

0.00015

0.0002

0.00025

0.0003

0.00035

0.0004

80 90 100 110 120 130 140 150

Elec

tric

al re

sist

ivity

(Ω.c

m)

Temperature (k)

Y3Ba5Cu8O18-δ

58


للمركب Tc (off)والنھائیة Tc (on)یبین درجات الحرارة الحرجة االبتدائیة (4-5)الجدول

(Y358) جل ذات االحتراق التلقائي. -و المحضرة بطریقة تفاعل الحالة الصلبة والسول

Tc (on)

(K) Tc (off)


107 102 solid state reaction

107 105

Sol – Gel auto-

combustion

یتبین لنا ان درجة الحرارة الحرجة للمركب )5-4في الجدول ( من خالل النتائج

والتي عندھا جل ذات االحتراق التلقائي أعلى من الطریقة االخرى –المحضر بطریقة السول

المحضر بطریقة تفاعل الحالة الصلبة تم Y358ظھر سلوك فائقیة التوصیل ، ففي المركب

ومیة الكھربائیة بصورة و نالحظ انخفاض المقا )102Kالحصول على درجة حرارة حرجة (

تدریجیة حتى تصل الى درجة مقاربة للصفر .

جل ذات -والمحضر بطریقة السول Y358ة الكھربائیة للمركب یتم التحقق من المقاوم

ومن خالل )18-4االحتراق التلقائي في درجات حرارة مختلفة من خالل الرسم في الشكل (

نالحظ انخفاض المقاومیة الكھربائیة بصورة c/n= 0.5أي 0.5سبة السترات الى النترات ن

).K105=Tc (offset)حتى تصل الى درجة مقاربة للصفر عند ( 300Kتدریجیة و ببطء من

نالحظ ان ھنالك تغیر بسیط في درجات الحرارة االنتقالیة للعینة المحضرة بالطریقتین ، فمن

جل -تقالیة للعینة المحضرة بطریقة السولخالل نتائج الجدول الحظنا ان درجة الحرارة االن

وان االنتقاالت المتعددة في منحني .أعلى من العینة المحضرة بطریقة تفاعل الحالة الصلبة

المقاومیة كدالة لدرجة الحرارة ھو اما بسبب بعض العیوب او وجود الشوائب البلوریة.

فيلھا تأثیر إیجابي CuOومواقع السالسل CuO2یبدو أن الزیادة في عدد مستویات

ومن .(Y)االیتریوم ) في المركبات التي اساسھا عنصرTcقیمة درجة الحرارة الحرجة (

فمن لموصالت الفائقة جدا. الفیزیائیة ل خصائصتتأثر بشكل كبیر بال المعروف أن المورفولوجیة

وھذه الحبیبیةحدود ال تؤدي إلى إجھاد إضافي في للحبیبات الصغیرة حجامالأن أ المعروف

. [84]قع العیوب والشوائب التي تؤدي لتعزیز المقاومة الكھربائیةامناسبة لمو ھي أماكن حدودال

59


-المحضر بطریقة السولY358 للمركب Tc)التحسن في درجة الحرارة الحرجة ( یعود

نسبة إلى المركب CuO جل ذات االحتراق التلقائي إلى انخفاض عدد الثقوب في سالسل

Y358 [79] والذي تم تحضیره بطریقة تفاعل الحالة الصلبة .

)المقـاومية ودرجة الحرارة الحرجة للمركب 3-5-4(Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ والمحضر بطريقتي تفـاعل الحالة الصلبة والسول-

جل ذات االحتراق التلقـائي .

) درجة الحرارة الحرجة للمركب 20-4) و (19-4یبین لنا الشكلین (

Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ جل -والمحضر بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة وطریقة السول

) بعنصري الرصاص Yذات االحتراق التلقائي ، والتي عندھا تم استبدال عنصر االیتریوم (

)Pb) والنحاس (Cu(.

والمحضرة Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) درجة الحرارة الحرجة للعینة 19-4الشكل ( بطریقة تفاعل الحالة الصلبة .

0

0.000001

0.000002

0.000003

0.000004

0.000005

0.000006

90 110 130 150 170 190 210 230 250

Elec

tric

al re

sist

ivity

(Ω.c

m)

Temperature (k)


60


والمحضرة Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) درجة الحرارة الحرجة للعینة 20-4الشكل (

جل ذات االحتراق التلقائي . -بطریقة السول

Tc (off)والنھائیة Tc (on)یبین درجات الحرارة الحرجة االبتدائیة (4-6)الجدول

-و المحضرة بطریقة تفاعل الحالة الصلبة والسول (Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) للمركب

جل ذات االحتراق التلقائي.

Tc (on)

(K) Tc (off)


132 117 solid state reaction Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5

Cu8O18-δ 142 122 Sol – Gel auto-

combustion

الذي تم یتبین لنا ان درجة الحرارة الحرجة للمركب )6-4جدول (الفي النتائجمن خالل

جل ذات االحتراق التلقائي أعلى من الطریقة االخرى والتي عندھا –بطریقة السول تحضیره

المحضر بطریقة Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ ظھر سلوك فائقیة التوصیل ، ففي المركب

) و نالحظ انخفاض 117Kتفاعل الحالة الصلبة تم الحصول على درجة حرارة حرجة (

المقاومیة الكھربائیة بصورة تدریجیة حتى تصل الى درجة مقاربة للصفر.

0

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

0.0006

0.0007

0.0008

0.0009

0.001

100 120 140 160 180 200 220 240

Elec

tric

al re

sist

ivity

(Ω.c

m)

Temperature (k)


61


والمحضرة Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δاما درجة الحرارة الحرجة للمركب

)، وكذلك ظھر عندھا سلوك فائقیة التوصیل ،وایضا نالحظ 122Kجل فكانت ( -بطریقة السول

.انخفاض المقاومیة الكھربائیة بصورة تدریجیة حتى تصل الى درجة مقاربة للصفر

العزلية الخواص فحوصات نتائج )6-4( Results Of Dielectric Properties Tests

ان الخواص العزلیة في المواد الصلبة تختلف بشكل كبیر من مادة الى اخرى التي یكون

تغیرھا كدالة لكل من درجة الحرارة والرطوبة والتركیب البلوري وتردد المجال المطبق وغیرھا

.[76]من العوامل الخارجیة

فعندما یتم ،تعد الخواص العزلیة مھمة لكل من اشباه الموصالت والعوازل الكھربائیة

وضع عازل كھربائي في مجال كھربائي خارجي ضعیف فانھ یسبب استقطابا یتغیر خطیا مع

. [85]المجال

-LCRجھاز ( باستخداماعتمدنا في ھذا العمل على قیاس الخواص العزلیة للعینات

Meter) 5) ولمدى ترددKHz-1MHz( وذلك في درجة حرارة الغرفة ،وشملت القیاسات

) ، التوصیلیة الكھربائیة tanδ( ، ظل الفقد العزليἕ، ثابت العزل الخیالي ἐلعزل الحقیقي (ثابت ا

. )11-3 ,10-3 , 9-3(كل من المعادالت باعتماد) ) وذلك σa.cالمتناوبة(

، Y123 ،Y358للمركبات ثابت العزل الحقيقي فحوصات نتائج)1-6-4(Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ .

) یعطي مقدار جزء الطاقة المخزون ضمن المادة عند έ( الحقیقي ثابت العزلان

في المواد الصلبة ھو تعرضھا الى مجال كھربائي خارجي. وان سلوك ثابت العزل الحقیقي

، وان الجزء الحقیقي لثابت العزل [43]نقصانھ بزیادة تردد المجال الكھربائي الخارجي المسلط

ھو مقدار الجزء المخزون من الطاقة عندما تتعرض المادة الى مجال كھربائي متناوب

أما المادة بین ) Intra-granular sitesواالحتمال االكثر لخزن الطاقة ھو في داخل الحبیبات (

شوائیة بحیث تكون مجموع الحبیبات فھي حدود نھایة البلورة وھذه المواقع تكون باتجاھات ع

) تغیر ثابت 23-4)،(22-4)،(21-4تبین االشكال ( . [86]زخوم الدایبوالت مساویا للصفر

Y123 ،Y358 ،Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δالعزل الحقیقي كدالة لتردد العینات

.جل ذات االحتراق التلقائي -والمحضرة بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة وطریقة السول

62


والمحضرة بطریقتي تفاعل Y123) تغیر ثابت العزل الحقیقي كدالة لتردد العینة 21-4الشكل (

جل ذات االحتراق التلقائي. -وطریقة السول الحالة الصلبة

والمحضرة بطریقتي تفاعل Y358) تغیر ثابت العزل الحقیقي كدالة لتردد العینة 22-4الشكل (

ذات االحتراق التلقائي. جل -وطریقة السول الحالة الصلبة

0

10

20

30

40

50

60

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Diel

ectr

ic C

onst

ant(

έ)

Frequency (Hz)

طریقة تفاعل الحالة الصلبة جل -طریقة السول

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Diel

ectr

ic C

onst

ant(

έ)

Frequency (Hz)


63


Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) تغیر ثابت العزل الحقیقي كدالة لتردد العینة 23-4الشكل (

جل ذات االحتراق التلقائي. -وطریقة السول والمحضرة بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة

، Y123 ، Y358) یبین نتائج ثابت العزل الحقیقي للعینات المحضرة 7-4الجدول (Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ جل ذات االحتراق -بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة والسول

التلقائي.

έ Sol – Gel auto-

combustion

έ


المادة1MHz 5KHz 1MHz 5KHz

16.5978 26.0393 22.7772 50.2277

15.9770 33.3287 17.8779 33.7055

52.1936 84.5154 65.9065 564.877 Pb1.5Cu1.5Ba5

Ca5Cu8O18-δ

للمركبات في ) نالحظ اختالفا في قیم ثابت العزل الحقیقي 7-4من خالل نتائج الجدول(

جل -) والمحضرة بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة والسول23-4( ،)22-4( ،)21-4( االشكال

الى 5KHzانخفاضا ملحوظا لثابت العزل الحقیقي من التردد نالحظ اذذات االحتراق التلقائي ،

1MHz للمركباتY123 وY358 وPb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ بالطریقتینوالمحضرة

0

100

200

300

400

500

600

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Diel

ectr

ic C

onst

ant(

έ)

Frequency (Hz)


64


5KHzعما كان علیھ عند التردد نالحظ تناقصا في ثابت العزل الحقیقي 1MHz ففي التردد

. [43]وذلك نتیجة الغاء عمل بعض الیات االستقطاب

والتي تمثل تغیر ثابت العزل الحقیقي أعاله كل من االشكال الرسم في ومن مالحظة

حیث نالحظ ان ثابت العزل المحضرةكدالة لتردد المجال الكھربائي الخارجي المسلط للعینات

الحقیقي تقل قیمتھ مع زیادة تردد المجال الكھربائي المسلط ، من المعروف فیزیائیا فان لثابت

العزل الحقیقي قیمة ابتدائیة عالیة ولكنھا تبدأ باالنخفاض مع زیادة التردد، وسبب ذلك ھو تأخر

لكھربائي المسلط عند التردد العالي ، اي استجابة ثنائیات االقطاب (الدایبوالت) لمتابعة المجال ا

ان ثنائیات االقطاب (الدایبوالت ) تكون غیر قادرة على متابعة التغیر الحاصل في المجال

الكھربائي الخارجي المسلط، ومن المالحظ بأن قیم ثابت العزل الحقیقي ھي محصلة لجمیع انواع

) 10KHzتجاھي ) في الترددات االقل من (االستقطاب (الدوراني ، االیوني ، االلكتروني ، اال

. ولھذا فأن قیمة ثابت العزل الحقیقي تكون عالیة وذلك الن ثنائیات االقطاب (الدایبوالت) [87]

تجد الوقت الكافي لتدور بأتجاه المجال الكھربائي الخارجي ، وذلك فان نسبة قیمة ثابت العزل

بیني العالیة خاصة في المواد السیرامیكیة ،والتي الحقیقي العالیة ھي نتیجة نسبة االستقطاب ال

تظھر بسبب العیوب في التشكیل او بسبب عدم التجانس في العینة او بسبب الفراغات او نتیجة

وجود ذرات شائبة ،اذ انھا تمثل مجموعة من الشحنات التي تتراكم في الفراغات او عند العیوب

. [88]مؤدیة الى نشوء الدایبوالت في المادة البلوریة والتي تعمل على حث شحنات معاكسة

مستویات ان سبب ھذا النقصان في ثابت العزل الحقیقي ھو تغیر طبیعة المادة ضمن ال كذلك

و Y358و Y123 للمركبات الموصلة والتغیر الذي یحدث في حامالت الشحنة

Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ [89] .

، Y123 ،Y358للمركبات الخياليثابت العزل فحوصات نتائج)2-6-4(Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ.

یقصد بالجزء الخیالي من ثابت العزل ھو امتصاص الطاقة وتشتیتھا عند الفواصل

(العیوب الموضعیة ، الحدود الحبیبة ، وتكدس الشحنات الموضعي ) وذلك تحت تأثیر المجال

الخیالي بزیادة التردد كما ھو موضح في االشكال الكھربائي المتناوب ، ویتناقص ثابت العزل

، دد العینات المحضرةر) التي تمثل سلوك ثابت العزل الخیالي كدالة لت4-26(، )4-25(، )4-24(

االنخفاض في قیمة ثابت العزل الخیالي ھو نتیجة حركة حامالت الشحنة وایضا ونالحظ ان

65


ن تقل حركتھا عند تالقي اي طور في المادة بسبب اعدادھا الكبیرة خالل المادة فمن الممكن ا

وبسبب تعدد االطوار فمن الممكن ان تتناقص الطاقة الممتصة او المشتتة ،فلھذا نالحظ تناقص

تغیر ثابت العزل )26-4)، (25-4)، (24-4(تبین االشكال . [90]قیمة ثابت العزل الخیالي

والمحضرة Y123 ،Y358 ،Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δالخیالي كدالة لتردد العینات

.جل ذات االحتراق التلقائي -بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة وطریقة السول

تفاعل ةالمحضرة بطریقو Y123) تغیر ثابت العزل الخیالي كدالة لتردد العینة a 24-4الشكل (

الحالة الصلبة.

طریقة المحضرة ب و Y123) تغیر ثابت العزل الخیالي كدالة لتردد العینة b 24-4الشكل (

جل ذات االحتراق التلقائي. -السول

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Imag

inar

y di

elec

tric

con

stan

t(ε″

Frequency (Hz)

a

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Imag

inar

y di

elec

tric

con

stan

t(ε″

(Frequency (Hz)

b

66


والمحضرة بطریقتي تفاعل Y358) تغیر ثابت العزل الخیالي كدالة لتردد العینة 25-4الشكل (

جل ذات االحتراق التلقائي. -وطریقة السول الحالة الصلبة

Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) تغیر ثابت العزل الخیالي كدالة لتردد العینة 26-4(الشكل

جل ذات االحتراق التلقائي. -والمحضرة بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة وطریقة السول

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Imag

inar

y di

elec

tric

con

stan

t(ε″

Frequency (Hz)


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0 200000 400000 600000 800000 1000000

Imag

inar

y di

elec

tric

con

stan

t(ε″

Frequency (Hz)


67


، Y123 ، Y358) یبین نتائج ثابت العزل الخیالي للعینات المحضرة 8-4الجدول (


التلقائي.

ε″ Sol – Gel auto-

combustion

ε″


المادة

1MHz 5KHz 1MHz 5KHz

361.0032 72321.65 5.8106 140.4969

2.4649 34.2752 2.6535 11.4441

27.9230 3341 31.7762 4860

Pb1.5Cu1.5Ba5

Ca5Cu8O18-δ

ان قیم ثابت العزل الخیالي تكون عالیة عند )8-4( نالحظ من خالل نتائج الجدول

والمحضرة Y123 ،Y358 ،Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δللمركبات 5KHzالتردد

وصوال جل ثم تنخفض بسرعة وبمرحلة مبكرة مع زیادة التردد -بطریقتي الحالة الصلبة والسول

فعند الترددات العالیة فان العینات التي تظھر تذبذبا مع تغیر التردد فان ھذا 1MHz الترددالى

یعزى الى انتقال النظام الى حالة الفوضى ویالحظ ھذا النوع من االختالف موجود في العوازل ،

استقرارھا عند قیم محددة وكذلك بتأثیر التردد قیمة ثابت العزل الخیالياما في حالة انخفاض

وعدم فھذا یشیر الى ان ثابت العزل الخیالي یصبح مستقال وممكن ان تصل الى الصفروصغیرة

على التردد وھذه الحالة توجد في العوازل وكذلك فان ھذه الحالة تنسب الى االستقطابیة اعتماده

. [91]االلكترونیة واالیونیة

تنتج قیم ثابت العزل الخیالي نتیجة التخلف في الطور عن المجال الكھربائي المتناوب،

استقطابیة فيوكذلك من الممكن ان تنتج عن التھیج الحراري والذي من الممكن أن یكون لھ تأثیر

. كذلك فان قیمة التغیر في توزیع الحدود [92]ثابت العزل الكھربائي ككل فيیؤثر مماالمادة

قیمة ثابت العزل الخیالي فيلحبیبیة ضمن التركیب البلوري للمركب فسوف یؤثر بصورة كبیرة ا

[93].

68


، Y123 ،Y358للمركبات عامل ظل الفقد فحوصات نتائج)3-6-4(Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ.

فان الطاقة المتبددة تكون على شكل مادة ةط مجال كھربائي خارجي على أیعند تسلی

لكن في المواد العزلة یكون التبدد في القدرة متغیر والذي حرارة في العوازل او في الموصالت

یعتمد على طبیعة المادة وشكلھا الھندسي وكذلك على تردد المجال وان الخسارة في القدرة یسمى

العزلي ھو الضیاع او الخسارة في القدرة ) فمعنى الفقدان Dielectric Lossبالفقدان العزلي (

تحت تأثیر مجال كھربائي متناوب ، وینتج الفقدان العزلي في المادة اما بسبب تیار التسرب الى

داخل المادة والناتج من زیادة تردد المجال الكھربائي المسلط او یحث نتیجة االحتكاك الداخلي

) والممثلة بتغیر ظل الفقد العزلي 29-4(،)28-4(،)27-4من خالل االشكال (، فلثنائیات القطب

) نالحظ ان ظل الفقد Y123)( Y358)( Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δكدالة لتردد العینات (

ینتج الفقدان العزلي من التھیج الحراري اذالعزلي یتناقص مع زیادة التردد لجمیع العینات

مع المجال ثنائیات االقطاب (الدایبوالت)اعاقة توجیھ ودوران واالحتكاك الذي یعمل على

الكھربائي المسلط ،وبذلك فان زیادة التردد یزید تیار التسرب الحجمي والسطحي والناتج من

یمكن ان یكون فان االختالف في قیم ظل الفقد العزلي ذلك فضال عن وجود الشوائب والرطوبة ،

أثناء عملیة التلبید او بسبب عد تجانس نتیجة اختالف توزیع الحرارة على المادة داخل الفرن

-4(تبین االشكال . [90]توزیع االطوار داخل المركب بسبب تغیر نسب االستبدال واالضافة

، Y123 ،Y358تغیر عامل ظل الفقد كدالة لتردد العینات )4-29)،(4-28)،(27

Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ جل -وطریقة السولوالمحضرة بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة

.ذات االحتراق التلقائي

69


ةالمحضرة بطریق و حیث Y123) تغیر عامل ظل الفقد كدالة لتردد العینة a 27-4الشكل (

تفاعل الحالة الصلبة.

جل -طریقة السولبوالمحضرة Y123) تغیر عامل ظل الفقد كدالة لتردد العینة b 27-4الشكل (

ذات االحتراق التلقائي.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 200000 400000 600000 800000 1000000

|tan

δ|

Frequency (Hz)

a

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 200000 400000 600000 800000 1000000

|tan

δ|

Frequency (Hz)

b

70


والمحضرة بطریقتي تفاعل Y358) تغیر عامل ظل الفقد كدالة لتردد العینة 28-4الشكل (

جل ذات االحتراق التلقائي. -الحالة الصلبة وطریقة السول

Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) تغیر عامل ظل الفقد كدالة لتردد العینة 29-4الشكل (

جل ذات االحتراق التلقائي. -والمحضرة بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة وطریقة السول

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 200000 400000 600000 800000 1000000

|tan

δ|

Frequency (Hz)


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 200000 400000 600000 800000 1000000

|tan

δ|

Frequency (Hz)


71


، Y123 ، Y358) یبین نتائج عامل ظل الفقد للعینات المحضرة 9-4الجدول (


التلقائي.

tan δ Sol – Gel auto-

combustion

tan δ solid state reaction

المادة

1MHz 5KHz 1MHz 5KHz

21.75 2777.4 0.2551 2.7972

0.1542 1.0284 0.1484 0.3395

0.5349 39.536 0.4821 8.6044 Pb1.5Cu1.5Ba5

Ca5Cu8O18-δ

ان قیم ظل الفقد العزلي تكون عالیة عند التردد )9-4( نالحظ من خالل نتائج الجدول

5KHz للمركباتY123 ،Y358 ،Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ والمحضرة بطریقتي

، فقد 1MHzجل ثم تنخفض مع زیادة التردد وصوال الى التردد -الحالة الصلبة والسول تفاعل

سبب التغیر في قیم ظل الفقد العزلي الى االحتكاك الذي یحدث داخل المادة اي ان لكي یعود

التراص زیادة سرعة فيتتغلب الطاقة الالزمة على االحتكاك داخل المادة فان لھا تأثیر كبیر

ظل فلھذا سوف یظھر الفقد بوقت مبكر وھذا یؤدي الى زیادة لثنائیات االقطاب (الدایبوالت)

.tanδ ([94]عامل الفقد (

، Y123التوصيلية الكهربائية المتناوبة للمركبات فحوصات نتائج) 4-6-4( Y358 ،Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ.

الحرارة التي تتولد نتیجة االحتكاك بین المتناوبة ھي مقیاس كمیةالتوصیلیة الكھربائیة

ثنائیات االقطاب (الدایبوالت) اثناء دورانھا في مواقعھا او بسبب التصادم بین الجزیئات في

فلھذا فان التوصیلیة في المادة بتغیر المجال الكھربائي المتناوب او بسبب اھتزاز الشحنات،

وانما وصیل الكھربائي كما في المواد الموصلة والمواد شبھ الموصلة ،العوازل النقصد بھا الت

تتصف بالقدرة المفقودة عند تسلیط مجال كھربائي خارجي متناوب وھي لیست مقیاس لكمیة

وتنقسم التوصیلیة الى نوعین وھي (مستمرة الشحنات المنتقلة خالل المادة من قطب الى آخر،

72


على تردد المجال تعتمد لمستمرة تكاد تكون صغیرة جدا وانھا الومتناوبة) حیث ان التوصیلیة ا

الكھربائي المتناوب الخارجي المسلط ، أما التوصیلیة المتناوبة فتمثل مقدار الفقدان في العازل

نتیجة حركة ثنائیات القطب (الدایبوالت) عند تسلیط المجال الكھربائي المتناوب على المادة

نالحظ من العالقة اعتماد التوصیلیة اذ )(σac=2πfϵₒἔ)11-3( ھ بالعالقةالعازلة والتي یعبر عن

عتمادھا على ثابت العزل الخیالي المتناوبة على كل من تردد المجال الكھربائي المسلط وكذلك ا

الذي یمثل امتصاص وتشتیت الطاقة تحت تأثیر المجال الكھربائي المتناوب ، ومن المالحظ بأن

التوصیلیة الكھربائیة في المادة العازلة تنشأ من االلكترونات المنتقلة الى حزمة التوصیل بسبب

تھیجھا وكذلك الفجوات الموجودة في نطاق التكافؤ وتكون التوصیلیة صغیرة عند الترددات

.[43]الواطئة وكبیرة عند الترددات العالیة

زمن التلبید ) ممكن ان تكون نتیجة تأثیرσa.cان سبب القیمة الواطئة للتوصیلیة المتناوبة(

ان الزیادة لكالھما یؤدیان الى زیادة الكثافة وتناقص المسامیة مما یشیر ذلك اذدرجة الحرارة و

الى تقلیل الطاقة المتبددة بسبب الفجوات والعیوب وھذا یعني تقلیل قیمة التوصیلیة الكھربائیة

) تغیر التوصیلیة المتناوبة كدالة لتردد 32-4)،(31-4)،(30-4تبین االشكال (. [91]المتناوبة

والمحضرة بطریقتي تفاعل الحالة Y123 ،Y358 ،Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δالعینات

.جل ذات االحتراق التلقائي -الصلبة وطریقة السول

ةالمحضرة بطریق وحیث Y123) تغیر التوصیلیة المتناوبة كدالة لتردد العینة a 30-4الشكل (

تفاعل الحالة الصلبة.

0

0.00005

0.0001

0.00015

0.0002

0.00025

0.0003

0.00035

0 200000 400000 600000 800000 1000000

σac

(Ω. m

)-1

Frequency (Hz)

a

73


طریقة ب والمحضرةحیث Y123 العینة) تغیر التوصیلیة المتناوبة كدالة لتردد b 30-4الشكل (

جل ذات االحتراق التلقائي. -السول

والمحضرة Y358) تغیر التوصیلیة الكھربائیة المتناوبة كدالة لتردد العینة 31-4الشكل (

جل ذات االحتراق التلقائي. -بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة وطریقة السول

0.02

0.02005

0.0201

0.02015

0.0202

0.02025

0.0203

0.02035

0.0204

0 200000 400000 600000 800000 1000000

σac

(Ω. m

)-1

Frequency (Hz)

b

0

0.00002

0.00004

0.00006

0.00008

0.0001

0.00012

0.00014

0.00016

0 200000 400000 600000 800000 1000000

σac

(Ω. m

)-1

Frequency (Hz)


74


) تغیر التوصیلیة الكھربائیة المتناوبة كدالة لتردد العینة 32-4الشكل (Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ جل -والمحضرة بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة وطریقة السول

ذات االحتراق التلقائي.

، Y123 ، Y358) یبین نتائج التوصیلیة المتناوبة للعینات المحضرة 10-4الجدول (Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ جل ذات االحتراق -بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة والسول

التلقائي.

σac Sol – Gel auto-

combustion

σac


المادة1MHz 5KHz 1MHz 5KHz

0.02032 0.02005 0.0003 3.93*10-5

0.00013 9.61*10-6 0.00014 3.21*10-6

0.0015 0.00093 0.0017 0.0013 Pb1.5Cu1.5Ba5

Ca5Cu8O18-δ

0

0.0002

0.0004

0.0006

0.0008

0.001

0.0012

0.0014

0.0016

0.0018

0.002

0 200000 400000 600000 800000 1000000

σac

(Ω. m

)-1

Frequency (Hz)


75


ان قیم ظل الفقد العزلي تكون عالیة عند التردد )10-4( نالحظ من خالل نتائج الجدول

5KHz للمركباتY123 ،Y358 ،Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ والمحضرة بطریقتي

. 1MHzجل ثم تنخفض مع زیادة التردد وصوال الى التردد -الحالة الصلبة والسول

، و (5KHz-1MHz) ، عند التردد(𝜎𝑎.𝑐)تغیر التوصیلیة الكھربائیة المتناوبة

ان قیمة التوصیلیة الكھربائیة النتائجالمقاسة عند درجة حرارة الغرفة، اذ نالحظ من خالل

قیمة في زیادةالنجد ان اذ، المركبات تزداد بزیادة التردد في جمیع عینات (𝜎𝑎.𝑐)المتناوبة

یلیة الكھربائیة ان التوص یعنيوھذا جداً بزیادة التردد، قلیلةالتوصیلیة الكھربائیة المتناوبة

وربما یعود ، زیادة التردد والسیما في الترددات العالیة بشكل كبیر عند لم تتأثرالمتناوبة للعینات

، Y123للمركبات بزیادة التردد (𝜎𝑎.𝑐)التوصیلیة الكھربائیة المتناوبة ةالسبب في زیادة قیم

Y358 ،Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ امتالكھا ما العالیة نتیجة ،الى حركة حامالت الشحنة

عند الترددات العالیة، وھذه الحركة ما تم مالحظتھ یكفي من الطاقة بزیادة التردد خصوصاً

بمثابة انتقاالت قفز غیر مستمر حامالت الشحنة في الموصالت لكن حركتھا تكون لیست كحركة

زیادة تردد بتأثیر لحامالت الشحنة او اعادة توجیھھا بین المستویات المحلیة للحدود البلوریة

[95]على العینات. المسلط المجال الكھربائي

، YBa2Cu3O7-δلكل من المركبات قياس محتوى االوكسجيننتائج فحص ) 7-4(Y3Ba5Cu8O18-δ ،Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ :

YBa2Cu3O7-δ)، ((Y3Ba5Cu8O18-δمركبات (كل من التم حساب محتوى اوكسجین

،) Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δجل ذات االحتراق -) والتي تم تحضیرھا بطریقة السول

). أظھرت النتائج أن ھناك عالقة وثیقة بین Iodometricالتلقائي بواسطة طریقة المعایرة (

). وقد لوحظ 11-4درجة الحرارة الحرجة ومحتوى األكسجین كما ھو موضح في جدول رقم (

إلى أن یعودجة ومحتوى األكسجین ، والذي قد ھذا االرتباط من خالل نتائج درجة الحرارة الحر

زیادة ذرات األكسجین في طبقات النحاس والتي تؤدي إلى خلق ثقوب في مستویات اوكسید

، لذلك یمكن مالحظة أن الزیادة في Cu-O2مما یؤدي إلى تقلیل طول روابط Cu-O2النحاس

الحرجة ، وان الحجم األمثل ) یمكن أن یولد زیادة في درجة الحرارة δمحتوى األكسجین (

) عندما تصل درجة الحرارة الحرجة إلى أعلى قیمة . إن الموصالت δلمحتوى األكسجین (

الفائقة حساسة للغایة لمحتوى األكسجین ، ویمكن لھذا التأثیر أن یغیر العینة من أشباه الموصالت

76


لیة دون أن تفقد إلى الموصالت الفائقة أو من درجة حرجة منخفضة إلى درجة حرجة عا

. [39]تركیبتھا البلوریة

) زیادة محتوى االوكسجین لكل من المركبات 11-4فلھذا نالحظ من نتائج الجدول رقم (

)(Y3Ba5Cu8O18-δ ) Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) عن المركب (YBa2Cu3O7-δ الذي (

.)3-12(اعتمادا على المعادلة Cu-O2یمتلك اقل طبقات من اوكسید النحاس

،Y123 ، Y358) یبین نتائج محتوى االوكسجین للعینات المحضرة 11-4الجدول (

Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ جل ذات االحتراق التلقائي. -السولبطریقة

δ الطریقة المادة

0.011198

0.054857

0.068548


77


Conclusions ) االستنتاجات :8-4(

الفائقة للتوصیل كل من المركبات دراسةو من خالل عملنا التجریبي في تحضیر

)YBa2Cu3O7-δ)و ((Y3Ba5Cu8O18-δ ودراسة استبدال عنصر الرصاص والنحاس بعنصر

الفائق للتوصیل ) للحصول عل المركب Y3Ba5Cu8O18-δاالیتریوم للمركب (

Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ)( جل ذات -بطریقتي تفاعل الحالة الصلبة وطریقة السول

لعینات ، االحتراق التلقائي ، ودراسة مدى تحسن الخصائص من خالل الفحوصات المستخدمة ل

تم الحصول و بنجاح على عینات فائقة للتوصیل وضمن ظروف التحضیر المتوفرة للعمل ، ومن

-خالل النتائج التي تم الحصول علیھا استطعنا ان نستنتج منھا ما یلي :

في الحصول على مركبات فائقة للتوصیل ، فمن خالل جداَ اَ مھم اَ ان لطریقة التحضیر دور1-

العمل كانت نتائج فحوصات المقاومیة وقیاس درجة الحرارة الحرجة للمركبات المحضرة

جل ذات االحتراق التلقائي أعلى من المركبات المحضرة بطریقة تفاعل الحالة -بطریقة السول

الصلبة ولو بنسبة قلیلة.

) الى المركبات HgOعند اضافة المركب اوكسید الزئبق ( السیماد كان لطول زمن التلبی 2-

Y123 وY358 اثر كبیر في تحسن وتشكیل المركب من خالل ادخال طبقات اضافیة من

) والمسؤولة عن انتقال ازواج كوبر في الموصالت الفائقة داخل التركیب CuOأوكسید النحاس (

الطبقي .

دور مھم واثر Y358في تحضیر المركب Y ,Ba ,Cuر كان لزیادة نسب كل من العناص 3-

كبیر في تحسین الخصائص الكھربائیة ودرجة االنتقال الحرجة .

)Pbعنصري الرصاص (ب )Yعنصر االیتریوم (تحسن درجة الحرارة الحرجة اثر استبدال 4-

.لھ أثر ایجابي في تحسن درجة االنتقال الحرجة Y358) في المركب Cuوالنحاس (

تمتلك Y358و Y123بأن المركبات XRDأظھرت بیانات ونتائج حیود االشعة السینیة 5-

) بعنصري Y) ، وان استبدال عنصر االیتریوم (Orthorhombicالتركیب المعیني القائم (

) .Tetragonal) فان التركیب تغیر لیصبح رباعي قام (Cu() والنحاس Pbالرصاص (

78


Future Studies الدراسات المستقبلية )9-4(

) ، YBa2Cu3O7-δ(نقترح تحضیر متراكبات من المواد التي تم تحضیرھا )1

(Y3Ba5Cu8O18-δ) ،(Pb1.5 Cu 1.5 Ba5 Ca5 Cu8 O18-δ ) جل -بطریقة السول

الكھربائیة والتركیبیة .ذات االحتراق التلقائي ودراسة خصائصھا

والذي ( Pb1.5 Cu 1.5 Ba5 Ca5 Cu8 O18-δ)دراسة الخصائص المغناطیسیة للمركب )2

جل ذات االحتراق التلقائي . –تم تحضیره بطریقة السول

) للمركب Tl) بعنصر الثالیوم (pb( تحضیر ودراسة تأثیر استبدال عنصر الرصاص )3

(Pb1.5 Cu 1.5 Ba5 Ca5 Cu8 O18-δ) . الفائق للتوصیل

79

References

References صادرــــــــالم

1. Z.M.Galasiewicz, "Superconductivity and Quantum Fluids"

Vol.29, Pergamon ress Warszawa ,1970.

2. S. Lundqvist, “Physics 1901-1921”, World Scientific, 1998

3. N. B. Kopnin “Introduction to the Theory of Superconductivity”

Helsinki University of Technology, P 5, 2009.

4. W.Meissner and R.Ochsenfeld, " Ein neuer effekt bei eintritt der

supraleitfähigkeit", Naturswiss chaften, Vol.21(44), pp787-788,

1933.

5. C. P. Poole, Jr. H.A. Farach," Superconductivity", Elsevier Ltd,2th

edition, P 409, 2007.

6. F. London, “Superfluids,” Wiley, New York, Vol. 1, 1950.

7. J.Bardeen, L.NCooper and J.R.Schrieffer, " Theory of

Superconductivity", Phys.Rev., V108, p1175, 1957.

8. B.D.Josephson, "Possible new effects in superconductive

tunneling ", Physics letters, Vol.1(7),pp 251-253, 1962.

9. B. A. Aljurani, "Characterization and Properties of the

Superconducting Hg1-x-y TlxPbyBa2Ca2Cu3O8+δ System ", Ph.D.,

University of Baghdad college of Education for Pure Science (Ibn

Al-Haitham),2007.

10. J. G. Bednorz, K. A. Müller ,"Possible highT c superconductivity

in the Ba− La− Cu− O system", Zeitschrift für Physik B

Condensed Matter, Vol.64(2), pp189-193, 1986.

11. M.K.Wu,J.R.Ashburn,C.J.Torng,P.H.Hor,R.L.Meng,L.Gao,Z.J.Hu

ang,Y. Q.Wang and C.W.chu, " Superconductivity at 93 K in a

new Mixed-Phase Y-Ba-Cu-O Compound System at Ambient

Pressure", Phys.Rev.Lett., V.58, p.908, 1987.

12. C. W. Chu, L. Gao, F. Chen, Z. J. Huang, R. L. Meng, and Y.

Y. Xue, "Superconductivity above 150 K in HgBa2Ca2Cu3O8+ δ at

high pressures". Nature, Vol.365(6444), p323, (1993).

13. J . Zhao ," One Gap. Two Gaps. Universality in High

Temperature Superconductors ", PhD. thesis Dept. Physics ,

Graduate College , University of Illinois at Chicago, 2012.

14. D. Marguillier, R. Cloots, A. Rulmont, J.F. Fagnard, P.

Vanderbemden and, M. Ausloos, "YBa2Cu3O7 tapes prepared by

sol–gel deposition techniques: microstructure and structural

characterizations" . Physica C: Superconductivity, Vol.372,

pp.715-718, 2002.

15. G.Y. Zhao, H.L. Zhang, R.Z. Xue, Y.Q. Chen and L. Lei,

"Preparation of YBCO Superconducting Films by Sol-Gel

Process". In Materials Science Forum , Trans Tech Publications,

Vol. 546, pp2007-2010, 2007.

16. K. A. Jassim, "Superconducting Properties of

Hg0.8Cu0.15Sb0.05Ba2Ca2Cu3O8+δ Ceramic with Controlling

Sintering Conditions", Journal of superconductivity and novel

magnetism , Vol 25, pp 1713-1717, (USA), Issue 6 , 2012.

17. M. Sahoo, and D. Behera, "Study of YBa2Cu3O7-δ/Al2O3

Composite for Structural and Electrical transport

Property". International Journal of Scientific and Research

Publications,Vol. 2(9), pp1-6, 2012.

18. D. A. Landínez-Téllez, J. Roa-Rojas, and Peña-Rodríguez,"

Structural and magnetic properties of YBa2Cu3O7/BaZrO3

composites", Materials Research, Vol.16(5), pp1002-1005, G,

2013.

19. J. L. Pimentel, D. M. Buitrago, I. Supelano, C. P. Vargas, F. R.

Mesquita, and P. Pureur, "Synthesis and Characterization of the

Superconductors Y 3 Ba 5 Cu 8− x Fe x O 18 (0.0597≤ x≤ 0.1255)"

, Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, Vol 28(2),

pp509-512, . 2015.

20. B. A. Howe, "Crystal structure and superconductivity of

YBa2Cu3O7-x", M.Sc. Thesis, Minnesota State University,

Mankato, 2014.

21. C. Mahto ,"Synthesis and characterization of YBa2Cu3O7-x

superconductor", M.Sc. thesis Dept. Physics and

astronomy, National Institute of Technology, Rourkela, Odisha,

2015.

22. M. Colie, D. Mihăiescu, A. Surdu, A. Ficai, D. Istrati, And E.

Andronescu, "Sinteza YBa2Cu3O7-δ Prin Reacţie De

Autocombustie Modificată Synthesis Of YBa2Cu3O7-δ By a

Modified Autocombustion Method", Revista Română de

Materiale/Romanian Journal of Materials, Vol.46(3), pp369-374,

2016.

23. İ. Düzgün, "The investigation of the lattice strains and crystallite

sizes of Y358 and Y123 high-temperature

superconductors", Turkish Journal of Physics, Vol.42(4), pp378-

385, 2018.

24. S. H. Mahdi, "Synthesis and Study Strutural, Electrical and

Mechanical Properties of Composite Superconductor", Ph.D.,


Al-Haitham),2015.

25. M. A. Omer, "Elementary Solid State Physic" (Superconductivity

Ch.10) Addison-Wesley ,1974.

26. C. Dong, J. K. Liang, G. C. Che, S. S. Xie, Z. X. Zhao, Q. S.

Yang, ... and G. R. Liu, "Superconductivity and crystal structure in

the La-Ba-Cu-O system", Physical Review B, Vol.37(10), p5182,

1988.

27. H.P.Myers, "Introductory to Solid State physics"

(Superconductivity Ch.13), Taylar and Francis ,1990.

28. A.C.Rose-Innes and E.M.Rhoderick, "Introduction to

Superconductivity", McGraw-Hill, New York, 1978.

29. K .Kumar , T. Sreekanth, "Solid State Physics", Ch 10, pp214-

216 , 2005 .

30. A. Khoryushin , " Improvement of current-carrying capabilities

of high- temperature superconducting thin films and

heterostructures",Ph.D. thesis, p8 , 2011.

31. W. D. Callister and D. G. Rethwisch," Fundamentals of

Materials Science and Engineering An Integrated Approach"3rd

(edition, John Wiley & Sons, Inc.pp750-751, 2008.

32. R. Wesche, "Physical Properties of High-Temperature

Superconductors", John Wiley and Sons, Ltd (2015).

33. S.O.Pillai, "Solid State Physics", Revised and Enlarged Edition,

New Age International (p) Limited 1995.

34. A.Maqsood and M. Maqsood, "Proceeding of the International

Workshop held at Rajshahi University", Bangladesh, edited by

AKMA Islam, 1996.

35. V. Z. Kresin and S. A. Wolf, "Fundamentals of

Superconductivity", Ch. 1, Plenum Press, New York, 1990.

36. V. L. Ginzburg and L. D. Landau, " Phenomenological theory",

JETP(USSR), Vol.20, p1064, 1950.

37. S. Acharya, " Studies on Superconductor Nano Composite of

Bi2Sr2CaCu2O8/BiFeO3", (Doctoral dissertation), National

Insititute of Technology Rourkela, Odisha, 2012.

38. S. Mishra, " Synthesis And Characterization of Superconductors

composite Bi2Sr2Ca1Cu2O8/La0.85Sr0.15MnO3" ,Ph.D National

Institute of Technology, Rourkela, India, 2012 .

39. M. A. Ali, "Preparation and studying of radiation effect on

Bi2−xPbxSr2Can−1Cun−yNiyO2n+4+σ high temperature

superconductor", M.Sc. thesis, University of Baghdad college of

Education for Pure Science (Ibn Al-Haitham), 2018.

40. C.S . Waing, " Electronic structure , Lattice Dynamics and

magnetic Interations in High temperature Superconductivity" ,W.

Lynn ,springe 1990.

41. L. A. Mohammed, "Study and Compare Influence of the Partial

Substitution of Cooper Nickel on the Physical Properties of

Superconducting Compound", Ph.D., University of Baghdad

college of Education for Pure Science (Ibn Al-Haitham),2018.

42. A. M. Ibraheim, "Effect Of Preparation Methods On The

Structural , Mechanical and Electrical Properties Of Effect Of

Preparation Methods On The Structural , Mechanical and

Electrical Properties of Bi2Sr2Ca2-xCdxCu3O10+δ System ", M.Sc.

thesis, University of Baghdad college of Education for Pure

Science (Ibn Al-Haitham), 2015.

43. H. Sahi, "Preparation and study the effective of addition In and

La) on Bi2-xInxSr2Ca2Cu3-yLayO10+δ) superconductor compound,"

Ph.D. University of Baghdad college of Education for Pure

Science (Ibn Al-Haitham), 2017.

44. C. Kittel, "Introdution to solid state physics", 4th ed, John Wiley

and Sons, 1971.

45. M.S. Subedi, "Superconductivity and Cooper Pairs", Himalayan

Physics, Vol. 6 and 7, pp.104-107, 2017.

46. E. Maxwell, "Isotope effect in the superconductivity of

mercury", Physical Review, Vol.78(4), p477, 1950.

47. S. Komaki, Y. Kourogi, T. Murano, A. Furushima, S. Maeda, Y.

Sawada, B. Saya, Q. T. Meng, T. Tsuneoka, F. Ichikawa, K. Itoh;"

Effect for Inhomogeneity by Pb Substitution on (Bi1-yPby)2Sr2Ca1-

xYxCu2O8+δ Single Crystals",Materials Sciences and Applications,

Vol.3, pp829-832, 2012.

48. N. Q. Fadhil, "Study the Effect of (Y2O3,Sb2O3,SrO) Substatution

on the Structural and Electrical Properties of the

HgBa2Ca2Cu3O8+δ Superconductor Compound," M.Sc. thesis,


Al-Haitham), 2016.

49. J. W. Lynn, "High Temperature Superconductivity", Springer-

Verlag, 1990.

50. A. K. Saxena," High-Temperature Superconductors" , 2nd

Edition 2012.

51. G. Giorgi, J. I. Fujisawa, H. Segawa, and K. Yamashita, "Small

photocarrier effective masses featuring ambipolar transport in

methylammonium lead iodide perovskite: a density functional

analysis", The journal of physical chemistry letters, Vol.4(24),

pp4213-4216, 2013.

52. J. D. Jorgensen, M. A. Beno, D. G. Hinks, , L. Soderholm, K.

J. Volin, R. L. Hitterman and M. S. Kleefisch, "Oxygen ordering

and the orthorhombic-to-tetragonal phase transition in

YBa2Cu3O7− x", Physical Review B, Vol.36(7), p 3608, 1987.

53. J. J. Capponi, C. Chaillout, A. W. Hewat, P. Lejay, M. Marezio,

N. Nguyen, B. Raveau, J. L. Soubeyroux, J. L. Tholence and R.

Tournier, " Structure of the 100 K superconductor Ba2YCu3O7

between (5÷ 300) K by neutron powder diffraction" Europhys.

Lett. Vol.3, p1301, 1987.

54. J. M. Tranquada, S. M. Heald, A. R. Moodenbaugh, and Youwen

Xu, "Mixed valency, hole concentration, and Tc in YBa2Cu3O6+ x",

Phys. Rev B, Vol. 38, p8893 ,1988.

55. R. J. Cava, A. W. Hewat, E. A. Hewat, B Batlogg, M. Marezio,

K. M. Marezio, K. M. Rabe, J. J. Krajewski, W. F. Peck, Jr., and

L. W. Rupp, Jr.," Structural anomalies, oxygen ordering and

superconductivity in oxygen deficient Ba2YCu3Ox", Physica

C, Vol.165, pp419-433 ,1990.

56. S.I. Kim,"The Critical Current Density of YBa2Cu3O7−x Coated

Conductors" , Ph. D. Thesis, University of Wisconsin, Madiso,

2007.

57. N.B.Mahmood," Preparation and Characterization of

Ferroelectric Compound Like BaxSr1-xTiO3", MSc, Department of

physics, College of Science, Al-Nahrain University, 2012.

58. M. Basa, " Synthesis & Characterization of Silica Coated Iron

oxide Nanoparticles by Sol-Gel Technique ",MSc,National

Institute of Tecnology, Deemed University 2009، .

59. P. Kumari, " State-of-theArt of Lead Free Ferroelectrics: A

Critical Review", Advanced Materials Letters 6,Vol.6, pp453-484

, 2015.

60. O.V.Uche, " Sol-gel Technique: A Veritable Tool for Crystal

Growth ", J. Advances in Applied Science Research, Vol.4,

,pp.506-510 , 2013.

61. A. Sutka,"Sol–gel Auto-Combustion Synthesis of Spinel-Type

Ferrite Nano materials", J. Mater. Sci.,Vol.6, pp128-141, 2012.

62. B. A. W. Aljurani, "charectarization and properties of Hg1-x-

yTlxPbyBa2Ca2Cu3O8+δ system, system," Ph.D. Thesis ,

University of Baghdad , College of Scince B, 2007.

63. E. K. A. Albeyaty, "Effect of n Variation on Tc of

(Hg0.8Tl0.2)Ba2Can-1CunO2n+2+δ compound, compound," MS.C.

Thesis , University of Baghdad , College Of Scince, 2007.

64. K. Likharev, "Dynamics of Josephson junctions and circuits",

Gordon and Breach science publishers, 1986.

65. K. Kitazawa, T. Ishiguro , “Advances in Superconductivity”

Proceedings of the 1st International Symposium on

Superconductivity (ISS ’88), 1988.

66. A. R. M. Al-sarraf " Preparation and Study of a Superconducting

Composite Based on Superconducting Ceramic System" progress

in industrial Ecology-An Internetional Journal, accepted for

publishing , 2019.

67. K. Sugioka, M. Meunier, and A. Piqué, eds., "Laser Precision

Microfabrication", Springer, ,Vol. 135, 2010.

68. M. G. Yousif ,"Solid state physics",Vol.1, Ministry of Higher

Education Printing presses , 1987.

69. F. I. H. Qader," Structure Rietveld Refinement Study of

BaCoxTixFe12-2xO19 ferrite Using Powder XRD Analysis ",Ibn Al-

Haitham Jour. for Pure & Appl.Sci, Vol.27(2), pp70-77, 2014 .

70. V. S. Vinila, "XRD Studies on Nano Crystalline Ceramic

Superconductor PbSrCaCuO at Different Treating Temperatures",

Crystal Structure Theory and Applications, Vol.(3), pp1-9, 2014.

71. Y. T. Prabhu ," X-Ray Analysis by Williamson-Hall and Size-

Strain Plot Methods of ZnO Nanoparticles with Fuel Variation" ,

World Journal of Nano Science and Engineering, Vol.(4), pp21-

28, 2013.

72. E. K. A. Albeyaty , "Effect of n variation on Tc of

(Hg0.8Tl0.2)Ba2Can-1CunO2n+2+δ compounds" , MS. Thesis ,Baghdad

University , College of Science , 2007.

73. V.Raghavan,"Material Science and Engineering", 5thed,New

Delhi, p 414, 2010.

–"تحضیر مسحوق الفضة النانویة بطریقة السول السعدي لؤي جعفر خضر عباس، .74

جل ودراسة خصائصھا التركیبیة "رسالة ماجستیر ،جامعة بغداد ،كلیة التربیة للعلوم

.2014قسم الفیزیاء، ,الصرفة

75. W. Ciesielski and R. Z. Zewski " Iodimetric Tiration of Sulfur

Compounds in Alkaline Medium " chem . Anal , Vol. 51 , p 653 ,

2006.

76. A. Aliabadi, Y.A. Forshchi, , M. Akhavan, " A new Y-based

HTSC with Tc above 100 K. Physica C: Superconductivity and its

applications" Physica C , Vol.469(22), pp.2012-2014, 2009.

77. A. Tavana and M. Akhavan, "How TC can go above 100 K in the

YBCO family" Eur Phys. J. B, Vol.73(1), pp.79-83, 2010.

78. S.P.K. Naik, M. Santosh and, P.S. Raju, "Structural and Thermal

Validations of Y3Ba5Cu8O18 Composites Synthesized via Citrate

Sol-Gel Spontaneous Combustion Method", Journal of

Superconductivity and Novel Magnetism, Vol.31(5), pp.1279-

1286..

79. S. Gholipour, V. Daadmehr, A.T. Rezakhani, H. Khosroabadi,

F.S. Tehrani and, R.H. Akbarnejad, "Y358 against Y123 structural

phase in a Y-based superconductor", Journal Supercond Nov

Magn , Vol.25, pp2253–2258, 2012.

80. I. K. Batttisha," Structural, Magnetic and Dielectric Properties of

Fe-CoCo-Doped Ba0.9Sr0.1TiO3 Prepared by Sol-Gel Technique",

New Journal of Glass and Ceramics, Vol. 4, pp 19-28, 2014.

81. O. Chmaissem, Q. Huang, E. V. Antipov, S. N. Putilin, M.

Marezio, S. M. Loureiro, ... and, A. Santoro , "Neutron Powder

Diffraction Study at Room Temperature and at 10 K of The

Crystal Structure of The 133 K Superconductor HgBa2Ca2Cu3O8+δ

". Physica C: Superconductivity , Vol.217(3-4), pp 265-272, 1993.

82. H. Minami, H. Uwe, " Mobility of positive holes in YBa2Cu3O7−

y-Effects of oxygen deficiency and light irradiation", Physica C ,

Vol. 282, pp 1193-1194, 1997.

83. U. Topal, M. Akdogan, " Structural and Superconducting

Properties of YBaCuO Superconductors at Different atomic

Compositions", Journal. Alloys Compd, Vol. 503(1), pp.1-5, 2010.

84. A.O. Ayaş, A. Ekicibil, S.K. Çetin, A. Coşkun, A.O. Er, Y.

Ufuktepe , T. Fırat and, K. Kıymaç, " The Structural,

Superconducting and Transport Properties of The Compounds

Y3Ba5Cu8O18 and Y3Ba5Ca2Cu8O18". Journal of superconductivity

and novel magnetism, Vol. 24(8), pp 2243-2252, 2011.

85. J.D. Patterson, B.C. Bailey, "Solid-State Physics ",Springer ,p

509, 2007 .

86. A.J. Kareem,N.F. Rihab, H.M.Shatha ,"A study of the Structural ,

Mechanical and Dielectical Properties of LaBaCu2Oy", IREPHY,

Vol(8), N.3, 2014.

87. W.B. Michel: "Fundamentals of Ceramics", International

Editions, The McGraw-Hill companies, Inc. New York. 1997.

88. M.Tinkham and C.J. Lobb, " Physical properties of the new

superconductors. In Solid State Physics ", In Solid State Physics,

Vol.42, pp91-134, 1989.

89. S. F. Oboudi, M. Q. M. AL-Habeeb,"Dielectric and Transport

Properties of Ag Nanoparticles added Bi1.7Pb0.3Sr2Ca2Cu3O10+δ

Superconductor Compound", AARJMD,Vol.3,Issue.3, 2016.

(La)بعنصر الالنثانیوم الجزئي االستبدال",صاحي حسین حیدرجاسم و علي كریم. .90

-Bi2Sr2Ca2Cu3) ,التوصیل الكھربائي فائق للنظام العزلیة الخصائص على واثره

xLaxO10+δ)(BSCCO) عشر،العدد الخامس العلمیة،المجلدكربالء جامعة مجلة

. 318-372, 2017ص ،علمي/الثاني

91. R. Choudhary, R. Palai, S. Sharma," Structural, Dielectric and

Electrical Properties of Lead Cadmium Tungstate Ceramics",

Materials Science and Engineering, B, Vol.77(3), pp. 235–240,

2000.

92. Y. Hussin, M. sgh r, M. nzoor, S. J ved, "AC-field Frequency

Response of Cu0.5Tl0.5Ba2(Ca2−qMgq)Cu3O10−δ Bulk

Supercondutor" , Journ l of Super conductivity and Novel

Magnetism, Vol.24,Issue 4, pp.1327-1332, 2011.

93. W.Ryan,"Clay Sand Ceramic Raw Material",Applied Science

publishe -rs LTD ,Londan, 1979.

94. I.J. Mccolm, "Ceramic Science for Materials Technologies",

Leonard Hill,New York, 1983.

95. M. M. Najim, "Synthesis and Study the Structural and Physical

Properties of Nano-BaTiO3", PhD, University of Technology

,Department of Applied Sciences , 2013.

Abstract

In this work, both YBa2Cu3O7-δ and Y3Ba5Cu8O18-δ superconductors were prepared in solid state reaction and and sol- gel auto-combustion reactions, the study of the improvement of structural and electrical properties for two compounds, Replace the element (Y) by lead (Pb) and copper (Cu) of the compound (Y3Ba5Cu8O18-δ) on the structural and electrical properties to obtain about the compound (Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) by preparing for both solid state and auto-combustion reactions.

Initially, the samples were prepared in solid state reaction by using appropriate weights of powder oxides. These powders were mixed with a two-hour by agate mortar and the powder mixture was compressed using the hydraulic piston under a load (7ton ) for (3) minutes and weighed (2g) ,The samples were sintered at a temperature of (850OC) for (24 hr) and a heating rate of (5 OC / min) to ensure the propagation process and to obtain a coherent material and then to cool the samples at the same rate of heating.

In the second stage, the samples of the above compounds were prepared sol- gel auto-combustion method. Yttrium oxide, nitric acid, lead nitrate, copper nitrate, calcium nitrate, barium nitrate, and citric acid were used with suitable weight, The resulting powder was obtained from the incineration process, which was burned for (4 hr). The powder was then weighed and compressed under a load (7ton) for (3) minutes and weighed (2g). The nanocrystalline powder obtained from the burning process The samples were sintered at (850oC) for (48 hr) after adding a suitable amount of HgO powder for YBa2Cu3O7-δ and Y3Ba5Cu8O18-δ to add and arrange the oxygen inside the installation.

The results of x-ray diffraction tests (XRD) were analyzed. Both the type of structure and the (a ,b , c) and the size of the cell unit were determined and the size of the crystal was determined by Debye Scherer and Williamson-hall Where the results indicate that the compounds (Y123) and (Y358) have the existing structure of the existing (Orthorhombic) by the two methods. The compound (Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) has tetragonal structure and is prepared in both methods, it was also found that the size of the crystal calculated by the Williamson-Hall equation is

slightly larger than that calculated by the Scherer equation (Debye-Scherer) and for both methods. The surface of the samples was examined by the electronic scanner (SEM) of the compounds (YBa2Cu3O7-δ) and (Y3Ba5Cu8O18-δ) prepared by the sol-gel method auto- combustion, the particle size was a few microns. The electrical resistivity was measured and the critical transition temperature at which zero electrical resistivity was determined (ρ =0). The results showed that the compound (Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) possessed the highest critical temperature (122k) prepared by the sol-gel with combustion method. The compounds Y123 and Y358 possess critical temperatures (95k, 105k), respectively, and are prepared in the sol-gel method with auto- combustion method, Dielectric constant (real & imaginary) ,loss tangent and alternating electrical conductivity) were studies by examining the LCR-Meter at room temperature of the frequency and range (5KHz - 1MHz) and the effect of substitution on these properties ,where the results showed that the dielectric constant (real & imaginary) ,Loss tangent for all the compounds that were prepared decreased with increasing frequency and both methods. The alternating conductivity increases with increasing frequency of the same prepared samples for both methods. Finally, the oxygen content of each of the prepared compounds was measured and measured by auto-combustion method. We note the compound (Pb1.5Cu1.5Ba5Ca5Cu8O18-δ) has the highest oxygen content of the other two compounds (0.068548)، The compounds (Y123) and (Y358) have oxygen content(0.011198 , 0.054857) respectively.

Republic of Iraq Ministry of Higher Education and Scientific Research University of Baghdad College of Education for Pure Science Ibn-AL-Haitham

Preparation of superconducting Y-Ba-Cu-O compounds and study their structural and

electrical properties

A thesis submitted to The Council of the College of Education for Pure Science (Ibn Al-

Haitham) University of Baghdad as a Partial Fulfillment of Requirements

for Degree of Master in the Physics Science Submitted by the student

Marwa Waleed Abdul Rahman

Supervised by

Ass. Prof. Dr. Farouq Ibrahim Hussain

1440 A.H. 2019 A.D.

ihcoedu.uobaghdad.edu.iq...قارﻌﻟا ﺔﯾروﮭﻣﺟ. ﻲﻣﻠﻌﻟا ثﺣﺑﻟاو...

Documents

Transcript of ihcoedu.uobaghdad.edu.iq...قارﻌﻟا ﺔﯾروﮭﻣﺟ. ﻲﻣﻠﻌﻟا ثﺣﺑﻟاو...