Bismuth strontium calcium koperoxide

Bismuth strontium calcium koperoxide of BSCCO, is een familie van hoge-temperatuur supergeleiders met de algemene chemische formule Bi2Sr2Can-1CunO2n + 4 + x, met n = 2 zijn de meest bestudeerde verbinding. Ontdekt als een algemene klasse in 1988, BSCCO was de eerste hoge temperatuur supergeleider die geen zeldzame aarde element bevatte. Het is een cuprate supergeleider, een belangrijke categorie van hoge-temperatuur supergeleiders delen van een tweedimensionale gelaagde structuur met supergeleiding plaatsvindt in een koperoxide vlak. BSCCO en YBCO zijn de meest bestudeerde cuprate supergeleiders.

Specifieke soorten BSCCO worden gewoonlijk aangeduid met de volgorde van de nummers van de metaalionen. Aldus Bi-2201 is de n = 1 compound, Bi-2212 is de n = 2 verbinding en Bi-2223 is de n = 3 compound.

Het BSCCO familie is analoog aan een thallium familie van genoemd TBCCO hoge temperatuur supergeleiders en met de algemene formule Tl2Ba2Can-1CunO2n + 4 + x en kwik familie HBCCO formule HgBa2Can-1CunO2n + 2 + x. Er zijn een aantal andere varianten van deze supergeleidende families. In het algemeen hun kritische temperatuur, waarbij ze supergeleidende stijgt de eerste leden daarna valt. Aldus Bi-2201 heeft Tc ≈ 2 K, Bi-2212 heeft Tc ≈ 95 K, Bi-2223 heeft Tc ≈ 108 K en Bi-2234 heeft Tc ≈ 104 K. Dit laatste lid is moeilijk te synthetiseren.

Ontdekking

BSCCO als een nieuwe klasse van supergeleider ontdekt werd rond 1988 door Hiroshi Maeda en collega's van de National Research Institute for Metals in Japan, maar op het moment dat ze niet in staat om de precieze samenstelling en structuur te bepalen waren. Bijna onmiddellijk verschillende groepen, en vooral Subramanian et al bij Dupont en Cava et al bij AT & amp; T Bell Labs, die Bi-2212. N = 3 lid bleek nogal ongrijpbaar en was niet geïdentificeerd totdat een maand of zo later door Tallon et al in een regering onderzoekslaboratorium in Nieuw-Zeeland. Er zijn slechts kleine verbeteringen aan deze materialen sindsdien. Een belangrijke vroege ontwikkeling was ongeveer 15% van het Bi vervangen door Pb, die sterk versnelde de vorming en kwaliteit van Bi-2223.

Properties

BSCCO moet hole-gedoteerd door een overmaat zuurstofatomen om supergeleiding. Zoals bij alle hoge-temperatuur supergeleiders Tc gevoelig voor de exacte doteringsniveau: de maximale Tc voor Bi-2212 wordt bereikt met een overmaat van ongeveer 0,16 gaten per Cu-atoom. Dit wordt aangeduid als optimale doping. Monsters met een lagere dotering in het algemeen aangeduid als underdoped terwijl die met overmaat dotering zijn overdoped. Door het zuurstofgehalte veranderende Tc dus naar wens kan worden veranderd. Door vele maatregelen, overdoped HTS zijn sterk supergeleiders, zelfs als hun Tc is minder dan optimaal, maar underdoped HTS worden uiterst zwak. De toepassing van externe druk verhoogt het algemeen Tc in underdoped monsters waarden die het maximum bij omgevingsdruk goed overschrijden. Dit wordt niet volledig begrepen maar een secundair effect is dat de druk verhoogt de doping. Bi-2223 gecompliceerd doordat het drie afzonderlijke zuurstofvrije koper vlakken. De twee buitenste lagen zuurstofvrij koper zijn typisch buurt van de optimale doping terwijl de resterende binnenste laag sterk wordt underdoped. De toepassing van druk in Bi-2223 leidt Tc stijgt tot een maximum van ongeveer 123 K vanwege optimalisering van de twee buitenste vlakken. Na een lange daling, Tc stijgt dan weer richting 140 K te wijten aan het optimaliseren van de innerlijke niveau. Een belangrijke uitdaging is dus om te bepalen hoe alle koper-zuurstof lagen tegelijkertijd te optimaliseren. Aanzienlijke verbeteringen in supergeleidende eigenschappen nog zou kunnen worden bereikt met dergelijke strategieën.

BSCCO is een type II supergeleider. De bovenste kritische veld, Hc2 in Bi-2212 polykristallijn monsters op 4,2 K werd gemeten als 200 ± 25 T. In de praktijk HTS worden beperkt door de onomkeerbaarheid veld, H *, waarboven magnetische wervels smelten of te ontkoppelen. Hoewel BSCCO een hogere bovenste kritische gebied dan YBCO het een veel lagere H * aldus het gebruik maken van hoge-veld magneten beperken. Het is om deze reden dat geleiders van YBCO voorkeur aan BSCCO hoewel ze veel moeilijker te fabriceren.

Draden en tapes

BSCCO als eerste HTS te gebruiken materiaal voor het maken van praktische supergeleidende draden. Alle HTS een extreem korte coherentielengte van de orde van 1,6 nm. Dit betekent dat de korrels in een polykristallijne draad zeer goed contact moet zijn - zij moeten atomair glad zijn. Verder, omdat de supergeleiding verblijft in hoofdzaak alleen in het koper-zuurstof vlakken de korrels worden kristallografisch uitgelijnd. BSCCO dus een goede kandidaat omdat de korrels kan worden aangepast, hetzij door smeltverwerking of mechanische vervorming. De dubbele bismutoxide laag wordt slechts zwak gebonden door Van der Waals krachten. Dus zoals grafiet of mica, vervorming oorzaken slip op deze BiO vliegtuigen en granen hebben de neiging te vervormen in uitgelijnde platen. Omdat verder BSCCO heeft n = 1, 2 en 3 leden die logischerwijze lage hoek korrelgrenzen geschikt zodat ze inderdaad blijven atomair glad. Dus de eerste generatie HTS draden zijn vervaardigd voor vele jaren door bedrijven zoals American Superconductor Corporation in de VS en Sumitomo in Japan - hoewel AMSC inmiddels verlaten BSCCO draad in het voordeel van 2G draad op basis van YBCO.

Typisch worden precursor poeder verpakt in een zilveren buis die naar beneden geëxtrudeerd wordt in diameter. Deze worden dan herverpakt als meerdere buizen in een zilveren buis en weer naar beneden geëxtrudeerd in diameter, dan verder in omvang naar beneden getrokken en opgerold in een platte band. De laatste stap zorgt graan uitlijning. De tapes worden vervolgens gereageerd bij hoge temperatuur om dichte, kristallografisch uitgelijnd Bi-2223 multifilamenten vormen uitvoeren tape geschikt voor het wikkelen van kabels of spoelen voor transformatoren, magneten, motoren en generatoren. Typische tapes van 4 mm breedte en 0,2 mm dikte drager een stroom van 77 K van 200 A, die een kritische stroomdichtheid in de Bi-2223 filamenten van 5 x 10 A / cm. Dit neemt aanmerkelijk af bij afnemende temperatuur, zodat veel toepassingen bij 30-35 K worden uitgevoerd, terwijl Tc is 108 K.

Toepassingen

  • 1G geleiders gemaakt van Bi-2223 multifilamenten tapes.
  • Testen BSCCO tapes bij CERN
(0)
(0)
Commentaren - 0
Geen commentaar

Voeg een reactie

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha