ГЛАВА 2
ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЕ И ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ YBa2Cu3O6+x В ОБЛАСТИ ТЕМПЕРАТУР 350-750 К
На современном уровне изучения ВТСП-систем достаточно надежно установленным экспериментальным фактом следует считать сильную зависимость их кинетических и термодинамических свойств от содержания кислорода. Известно, что концентрация кислорода в ВТСП-объектах может изменяться в зависимости от температуры и среды, в которой они находятся. Для оптимально допированных образцов YBa2Cu3O6+x в кислородной или воздушной среде с повышением температуры в высокотемпературном интервале 350-750 К наблюдается монотонное уменьшение содержания кислорода. Тем не менее, физические свойства, связанные с диффузионными процессами в кислородной подсистеме соединения, демонстрируют аномальное поведение. В [49] изучалось релаксационное поведение электросопротивления поликристаллических образцов YBa2Cu3O6+x. Относительное изменение электросопротивления, измеряемое в процессе изотермических выдержек для различных температур отжига из интервала 350-750 К, может иметь как положительные, так и отрицательные значения, а температурные зависимости выделяемой зависящей от времени части электросопротивления при фиксированном времени выдержки имеют существенно немонотонный характер. В работе [49] высказано предположение, что на поведение электросопротивления влияет, во-первых, изменение концентрации кислорода вследствие выдержки образцов, во-вторых, в подсистеме перераспределяющихся кислородных вакансий возможны процессы их упорядочение и образования сверхструктур.
В настоящем разделе представлены экспериментальные результаты исследования влияния примеси на поведение зависящей от времени части электросопротивления, обратимости наблюдаемых эффектов, которые развивают предложенную гипотезу о природе аномального поведения изучаемого физического свойства, а также результаты изучения теплового расширения образцов YBa2Cu3O6+x в температурном интервале 350-750 К.
2.1. Методика эксперимента
Образцы YBa2Cu3О6+х синтезировались из порошков Y2O3, BaCO3 и CuO стандартным способом [79]. Порошки смешивались в соответствии с массовым соотношением в YBa2Cu3О6+х, компактировались при комнатной температуре и, затем, синтезировалось соединение YBa2Cu3О6+х при длительной (36 часов) выдержке при температурах 1125-1220 К, где в соответствии с диаграммой состояния [79] оно формируется в атмосфере кислорода. Затем таблетки дважды перетирались при комнатной температуре, вновь компактировались и процедура высокотемпературного синтеза повторялась. После всех высокотемпературных процедур таблетки медленно (вместе с печью) охлаждались до температуры 700 К и выдерживались в кислороде в течении нескольких суток. После последующего сравнительно медленного охлаждения до комнатной температуры (около 5 часов), таблетки YBa2Cu3О6+х идентифицировались рентгеновским способом и по значениям температуры сверхпроводящего перехода. Таблетки представляли собой мелкокристаллические объекты с размерами монокристаллидов от 2-5 мкм до 15-20 мкм в таблетках различных серий. Рентгеновские исследования при комнатной температуре показали однофазность приготовленных таблеток. Структура решетки - орторомбическая с параметрами решетки а=3,82 A; b=3,88 A; с=11,64 A и Тс=91,5-92,4 К. Отметим, что в различных сериях приготовления керамических поликристаллов YBa2Cu3О6+х величины параметров решетки и Тс изменялись в пределах а: 3,820-3,830 A; b: 3,880-3,890 A; с: 11,640-11,685 A; Тс: 89-92,5 К. По значениям параметров решетки и Тс оценивалась (при необходимости) средняя величина кислородного индекса, который изменяется в пределах х=0,8-0,9.
Для измерения электросопротивления YBa2Cu3О6+х из таблеток керамики механически вырезались образцы в форме прямоугольных пластинок с размерами 15?3?0,5 мм. К пластинкам с помощью клеевой проводящей пасты на основе серебра крепились токовые и потенциальные подводы из серебряной проволоки диаметром 0,08 и 0,02 соответственно. После приклеивания контактов при комнатной температуре образцы вместе с контактами проходили отжиговую обработку в кислороде или в воздухе при температуре заметно превышающей максимальное значение температуры дальнейшей термообработки. После обработки контакты были омическими, стабильными и не изменялись при последующих многократных температурных нагрузках.
Керамические образцы YBa0,5Sr1,5Cu3O6+x изготавливались по стандартной технологии, включающей перемешивание порошков окислов составляющих элементов, их спекание при высоких температурах в атмосфере кислорода (Т=1200 К), перемол и повторное спекание при тех же условиях, и наконец отжиг в течение суток при 800 К в атмосфере кислорода. Такой отжиг производился на приготовленных образцах для исследования электросопротивления в виде прямоугольных пластинок 15?2?0,5 мм с присоединенными на клеевой серебряной пасте потенциальными и токовыми подводами.
Образцы сверхпроводящих керамик, предварительно прошедшие полный цикл обработки в кислороде, вместе с контактами помешались в печь, наполненную воздухом, и изотермически выдерживались в течение заданного времени при каждой температуре из интервала 350-750 К.
Измерения электросопротивления осуществлялись на постоянном токе по компенсационной схеме на потенциометре P-363 с чувствительностью по напряжению 2?10-8 В. Измерительный ток составлял 1-2 mA. Температура образцов в процессе выдержки контролировалась термопарой хромель-алюмель и поддерживалась постоянной с точностью ?Т=?5 К.
Каждый исследуемый образец подвергался нескольким идентичным сериям изотермических отжигов, первая из которых осуществлялась после стабилизирующего отжига в кислороде, а последующие - после выдержек в воздухе. Это позволяло экспериментально изучать эволюцию электросопротивления на одном образце при каждом изотермическом отжиге и корректно выделять часть электросопротивления, зависящего от времени.
Для проведения экспериментов по изучению теплового расширения YBa2Cu3О6+х образцы после стабилизирующ
- Київ+380960830922