НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Доклад: Aukрtatemperatыrinio superlaidininko sintezл ir tirimas

Доклад: Aukрtatemperatыrinio superlaidininko sintezл ir tirimas

J.Buskevič

Aukštatemperatūrinio superlaidininko YBa2

ĮVADAS

1900 - aisiais metais Heike Kamerlingh Onnes suskystino helį, o jau 1911

- aisiais metais buvo paskelbta, jog apie 4 K temperatūroje gyvsidabris

pereina į superlaidų būvį, t. y. netenka varžos (R @

0) . Po dvidešimties metų, 1933-aisiais, Meissner ir Ochsenfeld

pastebėjo, jog medžiaga, pasižyminti superlaidžiomis

savybėmis, patalpinta magnetiniame lauke, neleidžia jam

prasiskverbti į save, t. y. pasižymi puikiomis diamagnetinėmis

savybėmis. Šis reiškinys buvo pavadintas Meissner efektu. Ir

tik 1986 -aisiais metais Georg Bednorz ir K. Alex Muller paskelbė

pranešimą, kad iš bario, lantano ir vario oksidų gavo

junginį, kuris pasižymi superlaidžiomis savybėmis apie 30

K temperatūroje. 1987 - aisiais metais grupė mokslininkų

iš JAV paskelbė, jog atrado junginį, kuris pasižymi

superlaidžiomis savybėmis jau 77 K temperatūroje.

Medžiagos perėjimas į superlaidų buvį

charakterizuojamas staigiu varžos sumažėjimu šaldant.

Varžos atsiradimas yra salygojamas elektronų prėjimu į

aukštesnę, sužadintą būseną, o tai nulemia

medžiagos būsena ir ją veikiantys pašaliniai faktoriai.

Elektronų išbarstymas pasitaiko, jeigu yra atomų vibracija arba

yra nemaža gardelės defektų koncentracija. Superlaidumo

suyra ir superlaidžiosios junginio savybės išnyksta.

savybių išnykimą.

Šio darbo tikslas yra sisintetinti,panaudojus keraminės

sintezės būdą, YBa2Cu3O7-x ir

nustatyti gautų pavyzdžių tankius bei kritinės

temperatūras.Kritinė temperatūra labai priklauso nuo deguonies

kiekio medžiagoje, todėl reikės nustatyti x reikšmes

formulėje (jodometrinio titravimo būdu) .

YBa2Cu3O7-x sintezė

1/2Y2O3(k. ) + 2BaCO3(k. ) + 3CuO(k. ) + (0,5 –

x)/2 O2 = YBa2Cu3O7-x (k. )+ CO

2(d. ).

Darbo eiga. Tiksliai atsveriama 0,677 g Y2O3

, 2,37 g BaCO3 ir 1,43 g CuO, jie sumaišomi porcelianiniame

grūstuvėlyje ir gerai sutrinami (30-45 min) iki smulkių

miltelių. Milteliai perkeliami į porcelianinį tiglį, kurio

masė lygi 25,67105g. Porcelianinis tiglis kartu su medžiaga

pasveriamas (m=29,92535g), dedamas į šaltą mufletinę

kruosnį ir paliekamas iki rytojaus.

Kitą dieną porcelianinis tigliukas kartu su medžiaga

iškaitinamas (kaitinama apie 4 valandas ~1000 ºC temp).

Trečią dieną ataušęs tigliukas su medžiaga

išimamas ir pasveriamas, jo masė lygi 29,43030 g. Tada medžiagos

masės sumažėjimas Δ m lygus 0,49505g. Tai yra, po kaitinimo

medžiagos sumažėjo 11,64 procento. Galiausiai medžiaga

iškratoma į grūstuvėlį ir gerai sutrinama. Milteliai

supilami į tigliuką, užklijuojama etiketė (vardas,

pavardė, grupė) ir padedama į eksikatorių. Kitą

savaitę iš miltelių suspaudžiamos dvi tabletės:

1)Pirmosios tabletės darymas. 0,8519g mežiagos suberiama tarp

suspaudimo tablečių, išlyginamas, lygiai paskirstomas

miltelių tankis ir mechaninio spaustuvo pagalba tabletės

suspaudžiamos. Įjungiamas siurblys, lygiai po 1 minutės

padaromas 100 kg/cm2 slėgis. Po 5 minučių

atjungiamas siurblys, dar po 2 minučių sumažinamas slėgis

ir išimama suspausta medžiagos tabletė, kuri imant (dalis)

sutrupa.2)Antrosios tabletės darymas. 0,8510g medžiagos

suberiama tarp suspaudimo tablečių, išlyginamas, lygiai

paskirstomas miltelių tankis ir mechaninio spaustuvo pagalba tabletės

suspaudžiamos. Įjungiamas siurblys, lygiai po 1 minutės

padaromas 100 kg/cm2 slėgis. Po 8 minučių atjungiamas

siurblys ir sumažinus slėgį, išimama suspausta

medžiagos tabletė, kuri padedama ant cirkonio oksido

padėkliuko, kurio masė lygi 4,0204 g. 3)Trečiosios

tabletės darymas. 0,87g medžiagos suberiama tarp suspaudimo

tablečių, išlyginamas, lygiai paskirstomas miltelių tankis

ir mechaninio spaustuvo pagalba, tabletės suspaudžiamos.

Įjungiamas siurblys ir lygiai po 1 minutės pdaromas 100 kg/cm2

slėgis. Tada, po 8 minučių, atjungiamas siurblys ir

sumažinus slėgį, išimama suspausta medžiagos

tabletė, kuri padedama cirkonio oksido padėkliuko, šalia kitos

tabletės (ZrO padėkliuko, kartu su tabletėmis masė yra

5,7199 g) . Padėkliukas su tabletėmis dedamas į šaltą

mufelinę krosnį ir kaitinamas ~1000 ºC temperatūroje ~ 4

valandas. Iškaitinus ir pasvėrus, ZrO padėkliuko su

tabletėmis masė yra 5,7165 g. Masės sumažėjimas

Δm lygus 0,0034g, kas sudaro 0,20% . Tuomet išmatuojamos

tablečių varžos. Pirmosios tabletės varža yra

5,9Ώ, antrosios – 6,0Ώ. Tabletės pasveriamos: pirmosios

tabletės masė yra 0,8502 g, antrosios - 0,8493 g .Išmatuojami

tablečių diametrai ir storiai: pirmosios tabletės storis yra 1,3

mm, antrosios - 1,3 mm. Žinant šiuos duomenis apskaičiuojami

tablečių tankiai, pagal formules: d = m/V; V = 3,14r2h;

kur m – masė; d – tankis; V – tūris; r – spindulys; h – aukštis.

Pirmosios tabletės tankis lygus 4,927 g/cm3; antrosios – 4,922

g/cm3; bendras tablečių tankis – 4,9245 g/cm3.

Na2S2O3 TIRPALO STANDARTIZAVIMAS

Su stiklinę pipete įpilama 10ml standartinio (2,5275g-500ml) Cu

2+ tirpalo ir per vamzdelį pradedama leisti N2 dujas (100

padalų dujų srauto reguliatoriaus 4 kanalo rotametre). Trumpam

nukeliamas dangtis ir supilama 10ml šviežiai paruošto tirpalo,

turinčio ~ 1,5 g KI. Tirpalas pastoviai maišomas magnetiniu

maišikliu ir nesmarkiai kaitinamas. Titruojama, prieš tai

įdėjus 1-2ml krakmolo tirpalo. Taip titruojama kol išnyksta

tamsi tirpalo spalva ir jis tampa šviesus. Titruojama du kartus.

V1 = 27 mL,

V2 = 26 mL,

Vbendr. = 26,5 mL,

cCu = mCu/(0,5 L · MCu) = 0,0796 mol/L,

c1V1 = c2V2,

c(natrio tiosulfato) = 0,03002 mol/L.

Reakcijų lygtys :

Cu2+(aq. ) + 2I¯(aq. ) = CuI(k. ) + ½ I2(aq.),

I2(aq. ) + S2O32- (aq. ) = 2I2(aq. ) + S4O62- (aq. ).

SUPERLAIDININKO MILTELIŲ TITRAVIMAS

A titravimas

Tiksliai atsveriama 150 mg susintetinto superlaidininko ir titravimo

stiklinėlėje ištirpinama 10ml 1M HCl. Truputį

pašildoma, ištirpinama, tada ataušinama. Į

stiklinėlę įstatomas kamštis ir pradedamos leisti N2

dujos (tirpalas nuolat maišomas). Tuomet supilama 10 ml šviežiai

paruošto KI tirpalo, ir titruojama natrio tiosulfatu.

V1 = 18,7 mL,

V2 = 18,7 mL,

Vbendr = 18,7 mL.

B titravimas

Tiksliai atsveriama 150 mg susintetinto superlaidininko ir titravimo

stiklinėlėje ištirpinama 10ml 1MHCl. Truputį pašildoma

,ištirpinama, tada ataušinama. Į stiklinėlę

įstatomas kamštis ir pradedamos leisti N2 dujos (tirpalas

nuolat maišomas). Tuomet supilamama 10 ml šviežiai paruošto

KI tirpalo, ir titruojama natrio tiosufatu.

V1= 22,5 mL,

V2 = 22,7 mL,

Vbendr. = 22,6 mL.

Reakcijų lygtys :

2Cu3+(aq. ) + H2O(s. ) = 2Cu2+(aq. ) + ½ O2(d. ) + 2H+(aq. ),

2Cu3+(aq. ) + 3 I¯(aq. ) = 2CuI(k. ) + ½ I2(aq. ),

Cu2+(aq. ) + 2I¯(aq. ) = CuI(k. ) + ½ I2(aq),

I2(aq.) + 2S2O32-(aq. ) = 2I¯(aq. ) + S4O62-(aq. ).

Vario oksidacijos laipsnio apskaičiavimas :

n+ = 2 + ΔV/VA = 2,173, kur ΔV = VB

– VA, o VA – yra A titravime sunaudotas natrio

tiosulfatas, VB – B titravime sunaudotas natrio tiosulfatas.

SUPERLAIDININKO TABLETĖS TITRAVIMAS

A titravimas

Tabletė su didesne varža smulkiai sugrūdama. Tada tiksliai

atsveriama 150 mg superlaidininko tabletės ir titravimo

stiklinėlėje jis ištirpinamas 10 ml 1M HCl. Truputį

pašildoma, ištirpinama ir ataušinama. Į

stilinėlę įstatomas kamštis ir pradedamos leisti N2

dujos. Tuomet supilama 10 ml šviežiai paruošto KI tirpalo ir

titruojamas natrio tiosulfatu.

V1 =18,8ml

V2 = 18,6ml

Vbendr =18,7ml

B titravimas

Tisliai atsveriama 150 mg superlaidininko tabletės ir titravimo

stiklinėlje ištirpinama 10 ml 1M HCl. Truputį pašildoma,

ištirpinama ir ataušinama. Į stiklinėlę įstatomas

kamštis ir pradedamos leistis N2 dujos. Tuomet supilama 10 ml

šviežiai paruošto KI tirpalo, ir titruojama natrio tiosulfatu.

V1 =22,8ml

V2 =22,6ml

Vbendr =22,7ml

Reakcijos vyksta analogiškos kaip superlaidininko miltelių titravime.

Vario oksidacijos laipsnio nustatymas :

n+ = 2 + ΔV/VA =2+0,177=2,177

KRITINĖS TEMPERATŪROS NUSTATYMAS IŠ VARŽOS

PRIKLAUSOMYBĖS NUO TEMPERATŪROS MATAVIMŲ

Iškaitintos tabletės kritinė temperatūra yra nustatoma

iš jos varžos priklausomybės nuo temperatūros (~ 300 - 77

K intervale) keturių kontaktų būdų. Šiuo būdu

eliminuojamos kontaktinės varžos ir matuojamas įtampos

kritimas tik medžiagoje, tekant per ją srovei, kuri yra tiesiog

proporcinga medžiagos varžai.

Darbo eiga. Ant tabletės paruošiamos keturios vietos

kontaktams, tada ji įstatoma į laikiklį, taip, kad visi

kontaktai būtų ant jiems paruoštų vietų. Srovės

šaltinyje nustatoma 10 V įtampa, o varžyne – 40 Ώ

važa. Įjungiamas svorės šaltinis ir saviraščio

plunksna pakeliama 12 cm popieriaus skalėje, ampermetras rodo 226 mA

srovės stiprumą. Tada nuimamas dangtis ir į diuarą

įleidžiamas kontaktų (tabletės) laikiklis.

Įsitikinama, kad saviraščio plunksa yra pakelta, tada

leidžiamas laikiklis gilyn į diuarą tol, kol pasimerkia į

skystą azotą. Tačiau iš plunksnos padėties kitimo

nusprendžiama, jog kontaktų laikiklis yra per greitai

atšaldomas, todėl jis ištraukiamas iš skysto azoto ir

palaukiama kol plunksna sugrįš į pradinę padėtį,

tada vėl iš lėto laikiklis nuleidžiamas į skystą

azotą. Laukiama ~10 minučių. Tada pakeliamas laikiklis virš

skysto azoto paviršiaus, jo vamzdis įtvirtinamas stove ir paliekamas

lėtai atšilti, beveik iki kambario temperatūros. Atšilimo

metu brėžiama tabletės varžos (tiksliau jai proporcingo

įtampos kritimo) priklausomybė nuo temperatūros.

LEVITACIJOS REIŠKIMO STEBĖJIMAS

Tabletė įmetama į mėgintuvėlį, o ant jos

užmetamas magnetukas. Į tam skirtą samtelį pilamas,

iš diuaro, skystas azotas, kuris po to per piltuvėlį pilamas

į mėgintuvėlį ant tabletės tol, kol po intensyvaus

garavimo periodo mėgintuvėlyje lieka skysto azoto sluoksnis. Tuomet

stebimas magnetuko pakilimas ir levitavimas virš tabletės.

Levitacijos aukštis yra ~ 2 – 3 mm.

Galutinius darbo rezultatus

medž. forma	R, W	tabletes masė, storis	d, g/cm3	jodometr.titr-as m(g), v(1) ir V(2), ml	formulė	Dm* po kaitinimo %	Tc, DTc, K
milt.po kaitinimo		3,7593		0,150g 18,7ml 22,6ml	YBa2Cu3 2,173 O6,82	11,64
tabletė	5,9	0,8502 1,3	4,927	0,150g 18,6ml 22,7ml	YBa2Cu3 2,177 O6,64	0,20
tabletė	6,0	0,8493 1,3	4,922				Tc0=86,5K Tc=90K DTc=3,5K