การเจืออินเดียมสงผลกระทบตอสมบัติของสารประกอบ

ตัวนํายวดย่ิง YBa2Cu

3O

y ที่ไดจากการเผาและฟลมบาง

(Effects of indium doping on the superconducting properties of YBa2Cu3Oy

sintered compounds and thin films)

นางสาวหทัยทิพย วงคมามี รหัสนักศึกษา 07500287

จุดประสงค

ศึกษาการเจือ In2O3 วามีผลกระทบตอสมบัติของสาร

ตัวนํายวดยิ่ง YBCO อยางไร เพ่ือใชในการหาสารใหมๆ มาใช

เปน APC ทําใหเกิดฟลมบางที่มีคากระแสวิกฤตสูง

ขอบเขตการนําเสนอ

• บทนํา

• การทดลอง

• ผลและการอภิปราย

• สรุป

บทนํา

การเพิ่มคากระแสวิกฤต (Jc) ใหกบัสารตัวนํายวดยิ่ง REBa2C3Oy

(REBCO,RE123) นั้นมีความสําคัญในการนําเม็ดสารและฟลมบางไป

ประยุกตใชในการทําแมเหล็กถาวรท่ีมีความเขมสูง

มีรายงานอยูสองถึงสามฉบับไดรายงานเร่ืองการเจืออินเดียมลงในสาร

ตัวนํายวดยิ่ง REBCO แตยังไมพบการรายงานเร่ืองการเติม In2O3 ลงในสาร

ตัวนํายวดยิ่งหรือการเจืออินเดียมลงในฟลมบาง REBCO จึงมีการทดลองเพิ่ม

ข้ึนมากับสารตัวอยางท่ีไดจากการเผาคือมีการศึกษาผลกระทบของการเติม

In2O3 ลงในฟลมบางโดยใชเทคนิค pulsed-laser deposited YBCO (PLD-

YBCO)

การทดลอง

ทดลองโดยเตรียมสารตัวอยาง 2 ชนิด

ชนิดที่ 1 : YBa2Cu3-xInxOy (YBCIO)

ชนิดที่ 2 : Yba2Cu3Oy (YBCO,Y123)

แบบท่ี 1 การเตรียมโดยการเผา

แบบท่ี 2 การเตรียมฟลมบาง

ชนิดท่ี 1 : การเตรียมสารตัวอยาง YBa2Cu3-xInxOy (YBCIO)

Y2O3 (99.9%), BaCO3 (99.95%), CuO (99.99%) ,In2O3(99.999%)

นํามาบดและเผาที่ 1173 K เวลา 12 ชั่วโมง

ทําซ้ําอีกคร้ัง

นําผง YBCIO ที่ไดมาอัดเปนเม็ดแลวเผาที่ 1233 K เปนเวลา 12 ชั่วโมงในอากาศ

ทําซ้ําอีกคร้ัง

ชนิดที่ 2 : การเตรียมสารตัวอยาง Yba2Cu3Oy (YBCO,Y123)

ที่มีการเจือ In2O3

เติม In2O3 ลงไปใน YBCO ในจํานวน 2% ถึง 30 % โดยปริมาตร

เผาที่ 1233 K

นําไปแอนนีลท่ี 1183 K โดยมีการผานกาซออกซิเจนดวยเปนเวลา 12 ชั่วโมง

ผง YBCO ท่ีไดนําไปบดและอัดเม็ดแลวเผาท่ี 1233 Kในอากาศเปนเวลา 12 ชั่วโมง

ทําใหเย็นตัวลงมาท่ี 773 K และทําใหอุณหภูมิคงท่ีเปนเวลา 12 ชั่วโมง

ปลอยใหสารเย็นตัวลงภายในเตาจนถึงอุณหภูมิหอง

ชนิดที่ 2 (ตอ)

การเตรียมฟลมบางท่ีมีการเจือ In2O3 ลงใน YBCO และฟลมบาง YBCIO

สารตัวอยางท่ีไดนําไปศึกษาสภาพความตานทานไฟฟา

โดยใชเทคนคิส่ีขั้วมาตรฐาน

ใชเทคนคิ pulsed laser deposition (PLD)

ข้ันตอนการเตรียมฟลมบาง

ทําการวิเคราะหสารตัวอยาง

หาคากระแสวิกฤติ (Jc) ท่ีอุณหภูมิ 77 K คํานวณจากกราฟ B,M ไดจาก

superconducting quantum interference device

(SQUID)

X-ray diffractometry (XRD)

scanning electron microscopy (SEM)

energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX)

ผลและการอภิปราย

รูป 1. แสดงคาอุณหภูมิวิกฤต (Tc) ที่ขึ้นอยูกับ (a.) การเติมสารประกอบ In2O3

(b.) การเติมอินเดียมปริมาณ x สําหรับการเผาสารตัวอยาง

YBCO YBCIO

รูป 2. XRD 2θ spectra สําหรับการเผาสารตัวอยาง (a.) สารตัวอยางที่มีการเจือ

In2O3 ลงใน YBCO เปนจํานวน 7.8% โดยปริมาตร (b.) YBCIO (x = 0.3)

และ(c.) สาร YBCO บริสุทธ์ิ

2θ ~ 29.55

Ba3Cu3In4O12

Y2BaCuOy (Y211)YBCO

In2O3 YBCO Ba3Cu3In4O12

Y211 (Y2BaCuOy)

รูป 3. แสดงพื้นผิวจาก SEM ของการเติมอินเดียมในสารตัวอยางการเผา (a.) การเจือ In2O

3

ใน YBCO 2.1%โดยปริมาตร (b.) การเจือ In2O

3 ในYBCO 9.5% โดยปริมาตร

(c.) YBCIO (x = 0.1) และ (d.) YBCIO (x = 0.3) ผลึกสี่เหลี่ยมแสดงใหเห็นดวยลูกศรมี

การวิเคราะหโดย EXD

Ba : Cu : In : Y = 3.0 : 2.9 : 3.3 : 0.15

ซ่ึงสอดคลองกับอัตราสวนอะตอมของสาร Ba3Cu3In4O12

2.1 % โดยปริมาตร 9.5 % โดยปริมาตร

ไมพบเกรนท่ีมีรูปเปนส่ีเหล่ียมลูกบาศกในสารตัวอยาง YBCIO

ขนาดเกรนของสารตัวอยาง YBCIO มีขนาดลดลงเม่ือคา x เพิ่มขึ้น

X = 0.1 X = 0.3

รูป 4. แสดงคากระแสวิกฤต (Jc) ท่ี 77 K ในสาร x ท่ี Jc(0.1 T) และ Jc(0)

รูป 5. แสดงคาอุณหภูมิวิกฤต (Tc) กับ (a.) ปริมาณการเจือ In2O3

ลง ใน YBCO ท่ีใชเปนเปาทําฟลมบาง (b.) ปริมาณอินเดียมท่ีเตมิ

ใน YBCIO ท่ีใชเปนเปาทําฟลมบาง

สรุป

สารตัวอยางท่ีมีการเจือ In2O3 ลงใน YBCO กับสารตัวอยาง YBCIO มีคา

อุณหภูมิวิกฤตสูงกวา 80 K

เม่ือมีการเติมอินเดียมเพิ่มขึน้จนคา x=0.3 ทําใหคา Jc(0.1 T)/Jc(0)

มีคาเพิ่มขึ้นดวย

การเตรียมสารจากการเผา

สารท่ีเตรียมโดยฟลมบาง

คาอุณหภูมิวิกฤตขึ้นกับคาการเจืออินเดียมมีลักษณะคลายกันท้ังสาร

ตัวอยางท่ีเปนฟลมบางกับสารท่ีเตรียมไดจากการเผา

เม่ือนําผลการทดลองมาเปรียบเทียบกบัการทดลองท่ีผานมานั้น

พบวาการเจืออินเดียมไมไดสงผลกระทบอยางรุนแรงในสารตัวนํายวด

ยิ่งยวดทําใหไดสาร APC ชนิดใหมข้ึนมา

คําถาม ??

เพิ่มเติม

pulsed laser deposition (PLD)

superconducting quantum interference device

(SQUID)

การตรวจสอบโครงสรางผลึกดวยเทคนคิ XRD

เทคนิคการเล้ียวเบนของรังสีเอ็กซ ( X-ray Diffraction, XRD )

เปนเทคนิคหนึง่ที่ใชในการศึกษาวิเคราะหโครงสรางผลึก โดยรังสี

เอ็กซจะเล้ียวเบนไปตามชองวางระหวางอะตอมภายในผลึกและจะถกู

บันทกึคา แลวทําการวิเคราะหธรรมชาติของโครงสรางผลึกนัน้ๆ โดย

ระยะหางระหวางอะตอมนัน้สามารถคํานวณไดจากสมการของ Bragg

2d sin θ = nλ

เทคนิคสี่ข้ัวมาตรฐาน

scanning electron microscopy (SEM)

หลักการทํางานของ SEM

จะประกอบดวยแหลงกําเนิดอิเล็กตรอนซึ่งทําหนาที่ผลิตอิเล็กตรอนเพื่อ

ปอนให กับระบบ โดยกลุมอิเล็กตรอนที่ไดจากแหลงกําเนิดจะถูกเรงดวย

สนามไฟฟา จากนั้นกลุมอิเล็กตรอนจะผานเลนสรวบรวมรังสี (condenser lens) เพื่อ ทําใหกลุมอิเล็กตรอนกลายเปนลําอิเล็กตรอน ซึ่งสามารถปรับใหขนาดของลําอิเล็กตรอนใหญหรือเล็กไดตามตองการ หากตองการภาพที่มีความ

คมชัดจะปรับใหลําอิเล็กตรอนมีขนาดเล็ก หลังจากนั้นลําอิเล็กตรอนจะถูกปรับ

ระยะโฟกัสโดยเลนสใกลวัตถุ (objective lens) ลงไปบนผิวชิ้นงานที่ตองการศึกษา หลังจากลําอิเล็กตรอนถูกกราดลงบนชิ้นงานจะทําใหเกิด

อิเล็กตรอนทุติยภูมิ (secondary electron) ขึ้น ซึ่งสัญญาณจากอิเล็กตรอนทุติยภูมินี้จะถูกบันทึก และแปลงไปเปนสัญญาณทางอิเล็กทรอกนิกส

และ ถูกนําไปสรางเปนภาพบนจอโทรทัศนตอไป และสามารถบันทึกภาพจาก

หนาจอโทรทัศนไดเลย

energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX)