يتضمن العمل الحالي دراسة تأثيراستبدال البزموث Bi بدلاً من الرصاص Pb والخارصين
Zn بدلاً من النحاس Cu للمركب السيراميكي (Pb1-x BixSr2 Ca2 Cu3-Y ZnYO8+δ) الذي أساس قاعدته الرصاص )Pb-Base( المحضرة بطريقة تفاعل الحالة الصلبة (SSR)، لمجموعتين من المركبات فائقة التوصيل )Y),(X) وبنفس نسب الاستبدال وتساوي )0.12 ,0.09 ,0.06 ,0.03 ,0(، وذلك للتحري عن ظروف ونسب الاستبدال الأفضل التي تعطي خصائص تركيبية وكهربائية وعزلية أفضل. من اجل تهيئة (العينات) تم استخدام مواد ذات نقاوة عالية ومن مناشئ عالمية رصينة على هيئة أكاسيد عالية النقاوة، تمت عملية خلط المساحيق لمدة (hr 2) باستخدام هاون يدوي مصنوع من مادة
العقيق (Gate mortar) ، ثم بعد إتمام عملية التحضير تم كلسنة المساحيق بدرجة حرارة )°C 750( ولمدة (hr 30) وبمعدل صعود (min\°C 10) ،بعدها تم تشكيل النماذج على شكل أقراص باستخدام قالب بقطر (cm 1.5) وسمك (cm 0.63) تحت ضغط بمقدار (ton\cm2 7) لمدة دقيقتين بواسطة مكبس هيدروليكي باستخدام آلية الضغط المحوري باتجاهين لتحقيق أعلى قيمة للكثافة، تـم تلبيد العينات في الهـواء الآعتيادي وعند درجة حـرارة تلبيد (°C 850) ولمـدة زمنية (hr 24) لنظام الرصـاص (PSCCO) عند معدل تسخين (min\°C 10) وذلك لكـي يتم الحصول على انتشار تدريـجي ما بيـن الذرات ثم تم بعدها التـبريد إلى درجـة حرارة الغرفة بمعدل التسخين نفسه، وأجري تـحليل نتائج فحوصات (XRD)، إذ تم تحديد نـوع التركيب )structure( ومعلمات الشبيـكة (a,b,c)، وحـجم وحدة الخلـية و الكثافة ايضاً، أوضحت نتائج اختبار حـيود الأشعـة السينـية بأن عينات نظام الرصـاص جميعها تمـتلك تركيـباً بلــوري مـعينــي قائــــم (Orthorhombic) متعدد الأطوار)Multiphase)، واظهرت احتواءها على النسبة الكبُــرى من الأطوار العالية النقـيــة (1223-Pb)، مع نسب قليلة من الأطوار الواطئة )1212-Pb) ، واطوار الشـــوائب، وأن أعلى نسبة كانت للطـــور العالــــي للعينــة ذات نسـبة استبدال البزموث بدل الرصاص هي (0.03=x) والتي تساوي % (82.06)، واعلى قيمة للطور العالي للعينة ذات نسبة استبدال الخارصين بدل النحاس (0.12=y) التي تساوي % (88.87) ومع بقــــاء نسبـة التبلـــورية مثل ماهي تقريباً وهذا يعزو إلى تحسن الروابط الضعيفة بين الحبيبات، كما أوضحت نتائج القياسات معلمات الشبيكـة (a,b,c)، واحتساب النسـبة (c/a) وحسـاب كثافــــــة وحــــدة الخليــــــة )ρm(، اظهرت النتائج ارتفاع في قيمة المحور (c) والتي كانت (Å 18.8394) والذي بدوره أدى إلى ارتفاع النسبة (c/a), أن اعلى قيمة للنسبة (c/a) للعينة النقية ذات نسبة الاستبدال (0.12=x) وتساوي
(4.9241) والعينة ذات نسبة الاستبدال )0.03=y( وتساوي (4.9394) ، بينما تمتلك العينة ذات
)0.12=x(أعلى قيمة لكثافة وحدة الخلية تساوي (5.3165)، واستناداً الى نتائج قياس (AFM) وجد أن قيم خشونة السطح تتفاوت من (20.68, 141.2 , 64.68) نانومتر مع زيادة محتوى Zn ( 0.12 , 0.03 ,0.0=Y(على التوالي توصف الدقائق المكونة للعينات ضمن الجسيمات متناهية الصغر (ultrafine particles) حسب المواصفة القياسية, تم الحصول على محتوى أوكسجين إضافي أعلى عند 0.03 =x،و0.12=y حيث يتم إضافة مستوى مستقبل Bi إلى طبقة CuO وتنشيط تفاعل الأكسدة ومن ثم زيادة الشحنات السالبة. تم استخدام تقنية المجسات الأربعة (Four-Probe Technique) للتحقق من تغير المقاومية الكهربائية كدالة لدرجة الحرارة عند تحليل سلوك العينات، وقد اظهرت العينات كافة هي فائقة التوصيلية وذات سلوك معدني، أما درجـة حـرارة الانتقال الحرجـة فقد س َّجلت أعلى قيمة للعينة (0.03=x) اذ بلغت )y=0.12)،(145 K( و بلغت (K 148) حيث كانت هذه العينات تقريباً خالية من الشوائب ، و أعتمدت هذه النتيجـة مع ما تم استحصالهُ من فحص (XRD)، وكذلك تم حساب قيمـة فجـوة الطاقـة حيث وجد أن أعلى قيمـة لها عندما (0.03=x) حيث بلغت )ev 0.044756) وعند نسبة استبدال الخارصين بالنحاس (0.12=y) بلغت )ev 0.043234) من هنا نستنتج ان (0.03=x) و(0.12=y) هي العينات الافضل من ما تقدم.
من خلال دراسة نتائج الخصائص العزلية اظهرت أن العينات جميعها تملك اكبر قيمـية لثاب العزل الحقيـقي عند التردد (HZ 50) هذا يتيح لها امكانية استخدامها في الكثير من التطبـيقات العملية عند الحالة الطبيعية ضمن الترددات الواطئة. كما يلاحظ أن مقدار التوصيلية المتناوبة تزداد بشكل واضح مع زيادة التردد للمجال الكهربائي المسلط للعينات جميعها باختلاف عينة واحدة عند المركب ( Pb0.97 Bi0.03Sr2Cu2Ca3O8+δ) هنالك صعود بطيء تدريجي ثم استقرار التوصيلية المتناوبة وهذا السلوك مختلف تقريبا عن العينات الباقية. وجــد أن استبدال الخارصين (Zn) بدلاً من النحـاس (Cu) من النسبة الأفضل من بيـن النسـب التي تم استخدمها في هذا العمـل من رفع قيمة الأطوار العاليـــــة ودرجـــــة حــــــرارة الأنتقــــــال الحرجـــــة وقيمة محتوى الاوكسجين، وقد لوحظ وجود علاقة بين محتوى
الاوكسجين ودرجة الحرارة الانتقالية الحرجة لنفس قيم نسب الاستبدال.
The current work involves studying the effect of replacing Bi bismuth instead of lead Pb and Zn instead of copper Cu of the ceramic compound (Pb1-x BixSr2 Ca2 Cu3-Y ZnYO8+δ), whose base is Pb-Base, prepared by solid-state reaction (SSR) method, for two groups of superconducting compounds (X) and Y) with the same substitution ratios equal to (0, 0.03, 0.06, 0.09, 0.12), to investigate the conditions and ratios of better replacement that give better compositional, electrical and dielectric properties. To prepare the samples, highly pure materials from reliable sources were used, and high-purity oxides were mixed manually using a gate mortar made of agate material for 2 hours. This work aims to enhance the understanding of the structural, electrical, and insulation properties of the mentioned ceramic compound and improve its performance through different compositions, determining the optimal conditions to achieve a high transition temperature in this system, After the preparation process, the powder was calcined at a temperature of 750 °C for 30 hours, with a heating rate of 10 minutes per degree Celsius. Disk-shaped samples with a diameter of 1.5 cm and a thickness of 0.63 cm were formed using a mold, applying (7 ton\cm2 )pressure for two minutes. Using a hydraulic press with a bidirectional axial pressing mechanism to achieve the highest density value, The samples were sintered in ambient air at a sintering temperature of 850 °C for 24 hours for the PSCCO system, with a heating rate of 10 minutes per degree Celsius, "To achieve a material with strong bonding, it is important to ensure optimal atomic diffusion, the samples were then cooled to room temperature at the same heating rate. X-ray diffraction (XRD) analysis was performed on the samples to determine the crystal structure, lattice parameters (a, b, c), density, and unit cell volume. The XRD results indicated that all samples of the lead system have a specific crystalline structure (orthorhombic) and are multiphase, The XRD results showed that the samples contained a significant
proportion of the pure phase (Pb-1223), with small amounts of the lower phases (Pb-1212) and impurity phases. The sample with a higher substitution ratio of bismuth for lead (x=0.03) exhibited the highest proportion of the high phase, 82.06%. Similarly, the sample with a higher substitution ratio of zinc for copper (y=0.12) had the highest proportion of the high phase, which was 88.87%. The crystallinity ratio remained approximately the same, indicating an improvement in the weak bonds between the particles. The lattice constants (a, b, c), c/a ratio, density, and unit cell volume were calculated from XRD measurements, The results showed an increase in the c-axis value, which was approximately 18.8394 Å, leading to a rise in the c/a ratio, The highest value of the (c/a) ratio for the pure sample with a substitution ratio of (x=0.12) is 4.9241, while for the sample with a substitution ratio of (y=0.03), it is 4.9394. Additionally, the sample with a substitution ratio of (x=0.12) has the highest density value for the unit cell, which is 5.3165. Based on Atomic Force Microscopy (AFM) measurements, it was found that the average range values decrease with an increase in the zinc content (Y=0.0, 0.03, 0.12) respectively, indicating the presence of ultrafine particles according to the standard specification. Furthermore, higher oxygen content was obtained in the samples with a substitution ratio of (x=0.03) and (y=0.12). Adding a receptor bismuth level to the CuO layer activates the oxidation reaction, increasing negative charges in the system.
The Four-Probe Technique was used to verify the change in electrical resistance as a function of temperature when analyzing the behavior of the samples. All samples exhibited superconductivity and metallic behavior. The sample's critical transition temperature registered at its highest value. (x=0.03) at 145 K and (y=0.12) at 148 K. These samples were characterized by their almost impurity-free nature, which agreed with the results obtained from the XRD analysis.
The energy gap value was also calculated, and the highest value was found for the sample (x=0.03) at 0.044756 ev, while for the substitution ratio of zinc (Zn)
for copper (Cu) (y=0.12), it was 0.043234 ev. Therefore, it can be concluded that the samples (x=0.03) and (y=0.12) are the optimal ones based on the increased proportion of high phases and critical transition temperature, Furthermore, the substitution of zinc (Zn) for copper (Cu) was found to be more favorable among the used ratios in this work, as it increased in the proportion of high phases and the critical transition temperature.
Through studying the results of the insulation properties, it was shown that all samples of the compound have the highest value of real insulation resistance at a frequency of 50 Hz. This enables their use in many practical applications under normal conditions within low frequencies. It is also observed that the alternating conductivity increases significantly with increasing frequency of the applied electric field for all samples, except for one sample of the compound (Pb0.97Bi0.03Sr2Cu2Ca3O8+δ), where the stability of the alternating conductivity follows a gradual slow rise. This behavior is different from the rest of the samples. A relationship between oxygen content and critical transition temperature has been observed for the same values of substitution ratios.
