Nghiên cứu đặc trưng chuyển pha siêu dẫn loại 2 của hệ siêu dẫn bi(pb) 2223 pha tạp li chế tạo bằng phương pháp phản ứng pha rắn

Hình 2.9 Quy trình chế tạo bột siêu dẫn bằng phương pháp gốm Hình 3.1 Các đặc trưng điện trở suất phụ thuộc nhiệt độ của hệ mẫu BiPb-2223... Hiện nay, các nghiên cứu về siêu dẫn đi th

NGUYỄN VĂN THẮNG

Nghiên cứu đặc trưng chuyển pha siêu dẫn loại 2 của hệ siêu dẫn Bi(Pb)-2223

pha tạp Li chế tạo bằng phương pháp phản ứng pha rắn.

chuyªn nghµnh: vËt liÖu ®iÖn ®iÖn tö

Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn tới TS Nguyễn Khắc Mẫn đã giao

đề tài và chỉ bảo em tận tình giúp em hoàn thành luận văn này

Em xin bày tỏ lòng cảm ơn tới các thầy cô, cán bộ Viện Đào tạo Quốc tế

về Khoa học Vật liệu (ITIMS) – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã trang

bị kiến thức và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập tại Viện

Nhân đây, em xin gửi lời cám ơn đến Đề tài NCCB Nafosted 103.02-2010-22 (14 VËt lý) đã hỗ trợ một phần kinh phí trong quá trình làm luận văn

Em xin được bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy, cô giáo Khoa Điện-Điện tử , Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên đã tạo điều kiện giúp đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình học tập và công tác

Sự thành công của bản luận văn này có sự động viên, giúp đỡ rất nhiều của gia đình, bạn bè đối với tôi trong những năm qua

Hà nội, ngày 20 tháng 10 năm 2011

Nguyễn Văn Thắng

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: Tổng quan hệ siêu dẫn nhiệt độ cao chứa Bismuth ……… 3

1.1 Lịch sử quá trình phát triển……….……….… … 3

1.2 Hệ vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao chứa Bismuth ……….……… 4

1.2.1 Cấu trúc vi mô trong chất siêu dẫn ……….……….4

1.2.2 Cấu trúc và tính chất của hệ siêu dẫn BSCCO 7

1.2.3 Quá trình hình thành pha trong HC siêu dẫn nhiệt độ cao BSCCO ………15

1.2.4.Các phương pháp chế tạo bột siêu dẫn nhiệt độ cao BSCCO …… …… 18

1.2.5.Màng siêu dẫn nhiệt độ cao chứa Bismuth ……… 22

1.3 Ứng dụng của hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao 25

1.3.1 Dây dẫn điện……….……… 26

1.3.2 Tàu chạy trên đệm từ (Nhật Bản)……… 27

1.3.3.Thiết bị cộng hưởng từ (MRI-Magnetic Resonance Imaging).……… 27

1.3.4 Máy phát điện và máy biến thế ……… 28

CHƯƠNG 2: Thực nghiệm ……… 29

2.1.Các phương pháp nghiên cứu ……… 29

2.1.1.Đo điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ ……… 29

2.1.2.Kỹ thuật phân tích cấu trúc bằng phổ nhiễu xạ tia-X ……….35

2.1.3 Ảnh hiển điện tử quét (SEM)……… 36

2.1.4.Đo hệ số từ hoá động ……… .37

2.2 Phương pháp chế tạo mẫu ……… 40

2.2.1.Phương pháp chế tạo bột siêu dẫn bằng phương pháp phản ứng pha rắn 40

CHƯƠNG 3: Kết quả và thảo luận .……… 43

3.1 Hệ Bi(Pb)-2223 ……… 43

3.1.1 Đặc trưng điện trở suất phụ thuộc nhiệt độ ……… 43

3.1.2.Giản đồ nhiễu xạ tia-X …….……… 47

3.1.3 Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) ……….……… 51

3.1.4 Đường cong từ trễ và mật độ dòng tới hạn 53

KẾT LUẬN ……… 55

Tài liệu tham khảo 56

Hình 1.1 Quá trình tiến triển theo thời gian của nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn

Tc

Hình 1.2 Ảnh của các xoáy tam giác trong chất siêu dẫn nhiệt độ cao họ

BiSrCaCuO nhận được bằng phương pháp bột từ

Hình 1.3 Cấu trúc xoáy tứ giác (a) và tam giác (b)

Hình 1.4 Cấu trúc tinh thể của các pha Bi-2201, Bi-2212 và Bi-2223

Hình 1.5 Điện trở suất theo trục c (ρc) và điện trở suất theo mặt ab (ρab)

của đơn tinh thể siêu dẫn Bi2Sr2Ca2Cu3O10

Hình 1.6 Đường cong điện trở suất tỉ đối phụ thuộc nhiệt độ

R(T)/R(140 K) của gốm siêu dẫn Bi-2223

Hình 1.7 Đường cong từ độ phụ thuộc từ trường ngoài đối với chất siêu dẫn

Hình 1.14 Dây dẫn điện bằng vật liệu siêu dẫn

Hình 1.15 Tàu chạy trên đệm từ (Nhật Bản)

Hình 1.16 Thiết bị cộng hưởng từ (MRI) dùng trong y học và ảnh chụp não

người

Hình 1.17 Máy phát điện và máy biến thế

Hình 2.1 Sơ đồ bốn mũi dò và các đường dòng gần hai mũi dò

dòng:1,4-Hình 2.4 Hệ thống kẹp mẫu đo điện trở bằng phương pháp bốn mũi dò

Hình 2.5 Nhiễu xạ ia X (Bruker D50 5))

Hình 2.6 Kính hiển vi điện tử quét SEM (Jeol 5410 LV)

Hình 2.7 Mối liên hệ giữa từ độ m, từ trường xoay chiều và các thành

phần χ′ và χ′′ của hệ số từ hoá động

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý của phép đo hệ số từ hoá động

Hình 2.9 Quy trình chế tạo bột siêu dẫn bằng phương pháp gốm

Hình 3.1 Các đặc trưng điện trở suất phụ thuộc nhiệt độ của hệ mẫu

Bi(Pb)-2223

Hình 3.2a Đặc trưng đts phụ thuộc nhiệt độ của hệ mẫu Bi(Pb)-2223

Hình 3.2b Đường vi phân điện trở suất tỉ đối theo nhiệt độ của hệ mẫu

Bi(Pb)-2223

Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia-X của mẫu Bi(Pb)-2223 (K 0)chưa pha Li

Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia-X của hệ mẫu Bi(Pb)-2223 (K 5)pha 15%Li

Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia-X của hệ mẫu Bi(Pb)-2223 (K 0 -K 5 )

Hình 3.6 Ảnh SEM của mẫu siêu dẫn Bi(Pb)-2223 không pha tạp Li (mẫu K

Hình 3.7 Ảnh SEM của hệ mẫu siêu dẫn Bi(Pb)-2223 pha tạp Li

Hình 3.8 Đường cong từ trễ của mẫu Bi(Pb)-2223 pha 2,5%

Hình 3.9 Đường cong từ trễ của mẫu Bi(Pb)-2223 pha 7,5%

Bảng 1.1 Nhiệt độ TC, độ thấm sâu London λL, độ dài kết hợp ξ ở 0K của

3 chất siêu dẫn điển hình

Bảng 1.2 Thông số vật lý của một số chất SDNĐC

Bảng 2.1 Thành phần các oxide có trong hệ mẫu

Bảng 3.1 Các đặc trưng chuyển pha siêu dẫn hệ siêu dẫn Bi(Pb)-2223

T Nhiệt độ tuyệt đối

HC1 Từ trường tới hạn thứ I trong chất siêu dẫn loại II

HC2 Từ trường tới hạn thứ II trong chất siêu dẫn loại II

MỞ ĐẦU

Hiện nay, các nhà khoa học thực nghiệm về vật lý và vật liệu đã và đang nghiên cứu để tìm ra các chất siêu dẫn có nhiệt độ chuyển pha cao hơn, nhằm mục đích ứng dụng trong khoa học kỹ thuật và đời sống Điều này cho thấy các chất siêu dẫn nhiệt độ cao rất đa dạng đó là những hợp chất chứa đồng (Cu) và ôxy (O), trong đó có cả những hợp chất đất hiếm và liên kim loại Sự phức tạp và

đa dạng của các hợp chất siêu dẫn là đề tài cực kỳ hấp dẫn cho các nhà vật lý lý thuyết và thực nghiệm Các nhà lý thuyết đang gắng sức tìm hiểu về cơ chế vĩ

mô của chất siêu dẫn nhiệt độ cao Một số lý thuyết tập trung vào mối liên kết đặc biệt giữa các nguyên tử đồng và ôxy tạo nên các mặt CuO2 và các chuỗi CuO trong cấu trúc tinh thể

Mặc dù còn gặp nhiều khó khăn trong việc tìm hiểu về cơ chế siêu dẫn và đặc biệt là cơ chế siêu dẫn nhiệt độ cao, nhưng những nghiên cứu về vật liệu siêu dẫn vẫn được tiến hành một cách sôi động tại nhiều phòng thí nghiệm trên khắp thế giới Hiện nay, các nghiên cứu về siêu dẫn đi theo hai hướng chính: thứ nhất là cố gắng tìm ra vật liệu có nhiệt độ chuyển pha cao, thứ hai là việc lựa chọn, điều chỉnh công nghệ chế tạo nhằm nâng cao tính chất (như: mật độ dòng tới hạn, từ trường tới hạn…), ổn định chất lượng của vật liệu dựa trên nền tảng của các vật liệu siêu dẫn

đã được tìm ra và hướng này hiện nay được nhiều phòng thí nghiệm cũng như các công ty nghiên cứu về ứng dụng công nghệ đặc biệt quan tâm với mục đích ứng dụng chúng vào các lĩnh vực của đời sống xã hội: truyền tải điện năng, y tế, công nghệ điện tử và truyền thông…

Các tính chất đặc trưng của vật liệu siêu dẫn được quan tâm là nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn Tc, độ rộng chuyển pha ∆Tc, hàm lượng pha siêu dẫn và mật độ dòng tới hạn Jc Trong quá trình thực nghiệm, quá trình xử lý nhiệt (nhiệt độ, thời gian của quá trình nung sơ bộ, thiêu kết) đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng màng siêu dẫn hệ Bismuth nói riêng và vật liệu siêu dẫn nói chung

Cho đến nay, việc chế tạo thành công vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao cách lớn trong vật liệu Tuy nhiên trong các chất siêu dẫn hai chiều ( các chất siêu dẫn nhiệt độ cao thuộc họ ô xít đồng), liên kết của các cặp cooper xảy ra trên khoảng cách không lớn lắm

Bi(Pb)-2223 (Tc =110K) đã được tiến hành bằng nhiều phương pháp như; phương pháp phản ứng pha rắn, phương pháp sol-gel tổng hợp bằng con đường đồng kết tủa, phương pháp sol-gel bằng con đường tạo phức, thủy phân alkoxide…Tuy nhiên các phương pháp này đều có quy trình chế tạo khác nhau Do

đó, vấn đề lựa chọn điều kiện công nghệ để thực hiện tại các phòng thí nghiệm ở Việt Nam nhằm mục đích chế tạo vật liệu siêu dẫn Bi(Pb)-2223 chất lượng cao, giá thành rẻ

Trong điều kiện trang thiết bị ở ITIMS, trong luận văn này chúng tôi lựa chọn chế tạo mẫu bằng phương pháp phản ứng pha rắn Đây là phương pháp đơn giản, rẻ tiền

Với mục đích trên, trong luận án này, chúng tôi đã lựa chọn vấn đề : “Nghiên cứu đặc trưng chuyển pha siêu dẫn loại 2 của hệ siêu dẫn Bi(Pb)-2223 pha tạp Li chế tạo bằng phương pháp phản ứng pha rắn”

Luận án gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan hệ siêu dẫn nhiệt độ cao chứa Bismuth

Chương 2: Thực nghiệm

Chương 3: Đưa ra các kết quả thu được và các ý kiến nhận xét đánh giá

Cuối cùng, chúng tôi đưa ra một số kết luận chung và một số đề xuất phương hướng nghiên cứu tiếp theo

115 K [3] Năm năm sau, tức là vào năm 1993 hai nhà vật lý người Nga là E V Antipov và S N Putilin khám phá ra hệ siêu dẫn chứa thuỷ ngân là Hg-Ba-Ca-Cu-O

mà cho đến tận bây giờ hệ này vẫn giữ kỷ lục về nhiệt độ chuyển pha, Tc ~ 135 K [4]

0 20 40 60 80 100 120 140

160

HgBaCaCuO TlSrCaCuO BiSrCaCuO YBaCuO

LaSrCuO NbGe NbN

Nb Hg

1.2 Hệ vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao chứa Bismuth

1.2.1 Cấu trúc vi mô trong chất siêu dẫn

Nếu quan tâm đến trật tự xa của cặp cooper trong chất siêu dẫn, ta có thể thấy rằng sẽ có một sự tương tự như trong vật liệu từ Trong chất sắt từ, tương tác trao đổi giữa các spin gây nên sự định hướng song song của các mô men từ ở dưới nhiệt độ Curie, trong khi đó trong các chất siêu dẫn trật tự xa liên quan đến hàm sóng ψ của cặp cooper (ψ được viết dưới dạng ψ =ψ e iϕ, trong đó ψ là biên độ

và ϕlà pha) Hướng của ψ (tức là pha ϕ) đóng một vai trò định hướng của các spin Pha ϕ của các cặp cooper cần phải có sự liên kết chặt chẽ trên một khoảng cách lớn trong vật liệu Tuy nhiên trong các chất siêu dẫn hai chiều ( các chất siêu dẫn nhiệt độ cao thuộc họ ô xít đồng), liên kết của các cặp cooper xảy ra trên khoảng cách không lớn lắm

Như đã nói ở trên, trong các chất siêu dẫn loại I, từ trường có thể thấm vào

Hình 1.2: Ảnh của các xoáy tam giác trong chất siêu dẫn nhiệt

độ cao họ BiSrCaCuO nhận được bằng phương pháp bột từ [9]

(a) (b)

Hình 1.3: Cấu trúc xoáy tứ giác (a) và tam giác (b)

Đường đứt nét chỉ ô cơ bản [7]

trạng thái trung gian: từ trường yếu bị đẩy ra ngoài, còn từ trường có cường độ

mạnh hơn B C1 thấm được vào chất siêu dẫn một cách không đồng nhất mà hình thành các xoáy có cấu trúc tứ giác hoặc tam giác (hình 1.3) Các xoáy tạo thành các đường sức từ thấm vào vật liệu như các ống Có thể quan sát điều này bằng phương pháp bột từ: các hạt sắt từ đặt trên bề mặt của vật liệu sẽ bị hút bởi các đường sức từ

và sẽ co cụm lại như hình ảnh của các xoáy Các hạt sắt từ này cũng có thể tạo bởi

kỹ thuật phun màng, khi đó hình ảnh các xoáy có thể quan sát bằng kính hiển vi điện tử truyền qua Ảnh của các xoáy trong chất siêu dẫn họ BiSrCaCuO được minh họa trên hình 1.2 Từ trường càng tăng thì các xoáy từ càng nở rộng ra trong lòng chất siêu dẫn, tương đương như hiện tượng phát triển mầm Khi từ trường vượt quá

giá trị tới hạn B C2 thì tính siêu dẫn sẽ biến mất Các chất siêu dẫn khác nhau có giá

trị từ trường tới hạn B C1 và B C2 khác nhau

Từ thông trong các xoáy được định lượng, mỗi đường sức từ mang n lượng

tử từ thông φ0 (φ0 =h 2/ e) Nếu ta xét một xoáy riêng biệt, có thể khẳng định rằng đường kính của nó là độ dài thấm sâu λL của từ trường trong chất siêu dẫn Đối với các chất siêu dẫn nhiệt độ cao loại ôxít đồng, ξ có giá vào cỡ 1- 2 nm ở nhiệt độ thấp, trong khi λL có giá trị vào cỡ 100 nm

Các xoáy thường được “giam giữ” bởi các sai hỏng cấu trúc hoặc các tạp

chất trong vật liệu Sự dịch chuyển của các đường xoáy trong vật liệu có thể xem là một điều bất lợi vì đây là yếu tố phung phí năng lượng Trong thực tế, để phát triển các ứng dụng của các chất siêu dẫn bao giờ người ta cũng muốn ghim các xoáy lại

để tránh sự dịch chuyển đó Khi đó các sai hỏng điểm sẽ là các yếu tố ổn định của chất siêu dẫn Trong các chất siêu dẫn nhiệt độ cao, việc ghim các xoáy liên quan đến cấu trúc mặt của các vật liệu: hai mặt phẳng ôxit đồng CuO2 (mà ở đó các điện

tử trong trạng thái siêu dẫn thường tập trung) quyết định cấu hình của xoáy Các mặt phẳng ôxit đồng CuO2 thường được phân tách bởi các lớp điện môi hay dẫn yếu (hình 1.4) Các điện tử chuyển động giữa các mặt phẳng siêu dẫn bởi hiệu ứng đường ngầm qua các lớp này Để tăng cường tính ổn định của các xoáy, các thay thế hoá học thường được tiến hành để làm tăng khoảng cách giữa các mặt CuO2 và tăng liên kết giữa các lớp này để tăng các tâm ghim từ

Do đặc tính của cấu trúc xếp lớp xen kẽ các mặt dẫn Cu2O và các khối điện môi hay dẫn yếu mà tính dị hướng của vật liệu này rất cao Sự dị hướng của chúng được phản ánh bằng sự dị hướng trong cả trạng thái thường lẫn trạng thái siêu dẫn Giá trị độ dài kết hợp ξ và độ thấm sâu London λL khác nhau theo hướng song song

với mặt CuO2 (mặt ab) và vuông góc với mặt này (trục c) Bảng 1.1 cho chúng ta

những thông tin về những giá trị này cho một số hợp chất tại nhiệt độ T=0K

Bảng 1.1: Nhiệt độ T C , độ thấm sâu London λL , độ dài kết hợp ξ ở 0K của 3 chất siêu dẫn điển hình [10]

Hợp chất TC(K) λLab(Å) λLc(Å) ξab(Å) ξc(Å) BC2ab(T)

BC2c(T)

La2-xSrxCuO4 38 800 4000 35 7 80 15 Y123 92 1500 6000 15 4 150 40 Bi2223 110 2000 10 000 13 2 250 30

γ = (mc/mab)1/2 = λc /λab =ξab /ξc = (BC2ab/BC2c) =(BC1c/BC1ab)

1.2.2 Cấu trúc và tính chất của hệ siêu dẫn BSCCO

1.2.2.1 Cấu trúc tinh thể của hệ BSCCO

Hệ siêu dẫn nhiệt độ cao BSCCO có công thức tổng quát là

Y n

Hình 1.4: Cấu trúc tinh thể của các pha Bi-2201, Bi-2212 và Bi-2223

Cấu trúc tinh thể của hợp chất BSCCO là cấu trúc lớp Xen giữa các lớp CuO2 là các lớp điện môi hoặc dẫn điện kém

+ Pha Bi-2201 chứa một lớp CuO2

+ Pha Bi-2212 chứa hai lớp CuO2

+ Pha Bi-2223 chứa ba lớp CuO2

Đặc trưng chung của các hợp chất siêu dẫn cuprate là có cấu trúc lớp [3] Vì vậy để mô tả các đặc trưng này với độ chính xác vừa đủ song lại đơn giản và thuận tiện, ta xem các chất siêu dẫn nhiệt độ cao có cấu trúc kiểu chồng chất xen kẽ một - một theo trục c (trục vuông góc với mặt CuO2) của các mặt CuO2 (CuO2 sheet) và các lớp khối (block layer)

Các lớp CuO2 có vai trò quan trọng ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu siêu dẫn Số lớp CuO2 tăng (từ 1-3) thì nhiệt độ chuyển pha cũng tăng Cấu trúc ô mạng

là giả tứ giác (pseudotetragonal): pha Bi-2223 và pha Bi-2212 có các hằng số mạng a=b= 5,42 Å còn hằng số mạng c lần lượt là 36,8 Å và 30,8 Å [6]

1.2.2.2 Một số tính chất cơ bản của hệ siêu dẫn nhiệt độ cao BSCCO

* Tính dị hướng [7]

Hình 1.5: Điện trở suất theo trục c (ρc ) và điện trở suất theo mặt ab (ρab ) của đơn tinh

thể siêu dẫn Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10

Do cấu trúc đặc biệt như trên mà vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao có tính dị hướng rất cao Tính dị hướng này thể hiện ở đặc tính dẫn điện, độ dài kết hợp, độ thấm sâu London theo mặt ab và theo trục c khác nhau rõ rệt

* Tính dẫn điện và điện trở suất

Do cấu trúc tinh thể có dị hướng, nên tính dị hướng được biểu lộ rõ rệt trong đặc tính dẫn điện của tinh thể Độ dẫn điện cao là hướng song song với các mặt CuO2, trong khi đó độ dẫn điện theo hướng vuông góc với các mặt CuO2 là nhỏ hơn cỡ từ 2 đến 5 bậc về độ lớn (ở nhiệt độ phòng) Số bậc này phụ thuộc vào từng loại hợp chất và chất lượng của đơn tinh thể được sử dụng trong các phép đo thực nghiệm

Ví dụ về tính dị hướng của điện trở suất của đơn tinh thể siêu dẫn Bi2Sr2Ca2Cu3O10

được cho trên hình 1.5 Điện trở suất đo theo hướng mặt CuO2 (mặt ab), ρab giảm tuyến tính theo nhiệt độ trong vùng 120-300 K, sau đó suy giảm nhanh về không tại nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn Tc (Tc = 106 K) Đường đặc trưng ρc phụ thuộc nhiệt độ là rất khác

so với của ρab Ở nhiệt độ phòng ρc cao hơn 4 bậc so với ρab.ρc không biểu thị sự phụ thuộc nhiệt độ tuyến tính mà có một đặc trưng dạng như của một chất bán dẫn, tăng nhanh ở vùng nhiệt độ thấp trước khi giảm đột ngột về không tại Tc

Vì tính dẫn điện là đại lượng nghịch đảo của điện trở suất, nên tính dẫn điện trên mặt ab (σab) cũng lớn hơn cỡ 2-5 bậc so với tính dẫn điện theo trục c (σc) Các

số liệu ở trên nói lên sự tăng lên của tính dị hướng khi nhiệt độ suy giảm trong trạng thái thường Đặc biệt tính dị hướng tăng nhanh gần nhiệt độ chuyển pha Tc Điều này có thể được giải thích như là sự xuyên ngầm đơn hạt giữa các lớp bị ngăn trở tại nhiệt độ chuyển pha, thay vào đó là sự xuyên ngầm của các cặp Cooper dưới nhiệt độ chuyển pha Tc [8]

Trong các mẫu đa tinh thể, đặc biệt là các mẫu chế tạo theo phương pháp gốm, thì điện trở suất của chúng nằm giữa các giá trị của điện trở suất theo trục ab

và theo trục c của mẫu đơn tinh thể chất lượng tốt

Thông thường độ rộng vùng chuyển pha của các mẫu gốm khá lớn (∆Tc ~ 3-10 K) so với của mẫu đơn tinh thể (∆Tc ~2-5 K) tuỳ thuộc vào điều kiện chế tạo mẫu, chủ yếu là phụ thuộc vào tỉ phần các pha siêu dẫn và các tạp có trong mẫu Thí dụ về đường cong điện trở suất R(T) và độ rộng chuyển pha ∆Tc của mẫu gốm siêu dẫn Bi-2223 được cho trên hình 1.6 với Tc ~ 110 K và độ rộng chuyển pha ∆Tc ~ 3,5 K [7]

Vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao dạng gốm có cấu tạo từ các hạt siêu dẫn liên kết yếu với nhau qua biên hạt, đó là liên kết yếu Josephson Cơ chế dẫn điện của vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao dạng hạt chủ yếu theo cơ chế xuyên hầm của các cặp Cooper qua biên hạt

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

chuyển pha siêu dẫn của mẫu này thông qua đường cong vi phân của điện

trở suất tỉ đối nói trên

80 90 100 110 120 130 140 -0.02

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1080 90 100 110 120 130 140

-0.02 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

Phần lớn các ôxit là chất điện môi hay bán dẫn ở trạng thái thường, nhưng những ôxit siêu dẫn lại có đặc tính kim loại và bộc lộ tính dị hướng đặc biệt

Mật độ dòng tới hạn (Jc) của hệ siêu dẫn BSCCO phụ thuộc vào từ trường và nhiệt độ của vật liệu Các kết quả công bố về giá trị của Jc cho thấy tuỳ thuộc vào phương pháp chế tạo mẫu mà giá trị Jc của chúng thu được là khác nhau Trong khoảng nhiệt độ từ 77-90K các mẫu khối có Jc ≈ 2.104 A/cm2, còn ở nhiệt độ 4,2K

có Jc ≈ (106 ÷ 107) A/cm2 với mẫu đơn tinh thể có tính dị hướng cao (Jab lớn hơn Jc

khoảng 80000 lần) [7]

* Tính chất từ [5]

Hệ siêu dẫn BSCCO là siêu dẫn loại II Có hai từ trường tới hạn Hc1 và Hc2

Ở trạng thái thường là vật liệu thuận từ (χ >0), ở trạng thái siêu dẫn (T<Tc)

vật chuyển từ thuận từ sang nghịch từ lí tưởng( χ = -1) Như vậy sự chuyển pha siêu dẫn sẽ dẫn đến sự chuyển tính chất từ của vật liệu

Hình 1.7: Đường cong từ độ phụ thuộc từ trường ngoài đối với chất siêu dẫn loại II

• Khi H < Hc1: Vật ở trạng thái siêu dẫn giống như chất siêu dẫn loại I, thể hiện tính nghịch từ lý tưởng

• Khi Hc1 < H < Hc2: Vật liệu ở trạng thái hỗn hợp, tồn tại cả vùng thường và vùng siêu dẫn nằm xen kẽ nhau Trên giới hạn Hc1 các lõi thường và các xoáy liên kết xuất hiện trên bề mặt và bắt đầu đi sâu vào vật liệu Các lõi

xoáy từ thông định hướng song song với từ trường ngoài Khi thông lượng từ trong vật liệu bắt đầu khác không, từ độ đột ngột giảm Trong từ trường Hc1

< H < Hc2 số các xoáy tăng cùng với sự tăng của từ trường ngoài và từ độ giảm Gần giới hạn trên Hc2 mật độ từ thông và từ hoá thay đổi một cách tuyến tính với từ trường đặt vào Tại Hc2 có một sự thay đổi gián đoạn trong

độ dốc của mật độ từ thông và đường cong từ hoá

• Khi H > Hc2 Vật ở trạng thái thường, từ trường xuyên vào toàn bộ vật thể với mật độ từ thông bằng µo H A và độ từ hoá bằng không

* Mật độ dòng tới hạn và các cơ chế phá vỡ siêu dòng [9]

Mật độ dòng tới hạn của một chất siêu dẫn nhiệt độ cao (Jc) là một thông số quan trọng cho việc quyết định ứng dụng vật liệu này vào trong mục đích cụ thể Có

ba cơ chế chủ yếu hạn chế mật độ dòng Jc là: Cơ chế phá vỡ cặp Cooper, cơ chế phá

vỡ sự ghim và cơ chế phá vỡ các mối liên kết yếu

Cơ chế phá vỡ cặp Cooper: Theo mô hình London và lý thuyết BCS thì mật

độ dòng tới hạn cần thiết để cặp Cooper bị phá là Jdp ~ n*(ν)e*h/π2m*ξ0 (T = 0 K) Ở đây n*, e*, m*, ν, ξ0 là mật độ, điện tích, khối lượng, vận tốc và độ dài kết hợp của cặp Cooper, còn h là hằng số Planck Vì độ dài kết hợp ξ rất nhỏ ~ 10 Å nên Jdp ~

109 A/cm2

Cơ chế phá vỡ sự ghim: Vì từ trường tới hạn dưới (Hc1) của các chất siêu dẫn loại cuprate là rất nhỏ, kết hợp với mục đích ứng dụng trong các nhiệt độ cao, cho nên các vật liệu này hầu như chỉ được ứng dụng trong trạng thái trung gian, tức là trạng thái có tồn tại các xoáy từ và các thăng giáng nhiệt Ở trên từ trường Hc1/(1-N) với N là hệ số khử từ của mẫu, các đường từ thông mang các lượng tử từ thông Φ0

chui vào trong mẫu Các từ trường này có thể được cung cấp bởi nguồn từ trường ngoài hoặc từ trường riêng do dòng điện truyền trên mẫu tạo ra Dòng truyền J tác động lên các đường từ thông tính trên một đơn vị chiều dài một lực Lorentz là

FL = J×Φ0H/H Lực Lorentz gia tốc đường từ thông đến vận tốc v và một điện trường E = B×v sẽ được sinh ra trong mẫu, kết quả là điện trở suất của mẫu khác không Để cản trở sự chuyển động của các đường từ thông người ta thường tạo

ra các tâm ghim nhờ pha tạp, chiếu xạ Các tâm này chính là các các sai hỏng điểm, lệch mạng, pha lạ Trong các chất siêu dẫn có tính dị hướng cao như hệ Bi-

2212 thì các đường từ thông có thể được hình dung bao gồm các đĩa từ thông chuyển động gần như độc lập với nhau Đây là một vấn đề gây trở ngại cho việc ứng dụng các chất siêu dẫn loại này cần được khắc phục

Cơ chế phá vỡ các liên kết yếu: Mật độ dòng tới hạn Jc cũng bị suy giảm mạnh bởi các vật liệu không siêu dẫn trong mẫu, đây là vấn đề cần quan tâm đối với các mẫu đa tinh thể Jc cũng phụ thuộc gián tiếp vào độ dài kết hợp ξ thông qua khe năng lượng ∆ Vì ∆ suy giảm nhanh bởi cấu trúc và sự biến đổi hoá học gần bề mặt chất siêu dẫn Đối với các chất siêu dẫn nhiệt độ cao dạng cuprate do ξ nhỏ nên các lớp biên làm suy giảm Jc khá mạnh

Trong thực tế, các chất siêu dẫn nhiệt độ cao có một số điểm ưu việt so với các chất siêu dẫn nhiệt độ thấp Ví dụ các màng mỏng Y-123 cho Jc ~ 106 A/cm2 trong từ trường riêng (từ trường do chính dòng Jc tạo ra) ở 77 K, cũng ở nhiệt độ này trong từ trường 1 Tesla băng Bi(Pb)-2223 cho Jc ~ 104 A/cm2 Ở những từ trường lớn hơn 15 Tesla và T = 4,2 K, băng hoặc dây Bi-2212, được bọc ngoài bằng một lớp kim loại Ag cho mật độ dòng Jc ~ 104 A/cm2 Đây là giá trị mà các chất siêu dẫn nhiệt độ thấp không có được

* Độ dài kết hợp và độ thấm sâu London

Một trong những đặc tính rất khác với siêu dẫn loại II truyền thống là siêu dẫn nhiệt độ cao chứa Cu có độ dài kết hợp rất thấp Từ lý thuyết BCS

hơn siêu dẫn truyền thống thì có thể chờ đợi giá trị của ξ thấp đi cỡ 10 lần Nhưng

do nồng độ hạt tải của siêu dẫn cuprate thấp mà vận tốc fecmi của chúng cũng thường thấp hơn các kim loại thường một chút Trong thực tế ξ của vật liệu cuprate

có thể so sánh được với kích thước ô cơ sở (~10 Å) Độ xuyên sâu thấm từ của vật liệu này cao (λ~3000 Ao) Nhiều tính chất lý thú có liên quan đến độ dài kết hợp thấp như từ trường tới hạn Bc2 rất cao, trạng thái hỗn hợp phức tạp

Do đặc tính của cấu trúc xếp lớp xen kẽ các mặt dẫn CuO2 và các khối điện môi hay dẫn yếu mà tính dị hướng của vật liệu này rất cao Sự dị hướng của chúng được phản ánh bằng sự dị hướng trong cả trạng thái thường lẫn trạng thái siêu dẫn Giá trị độ dài kết hợp ξ và độ xuyên sâu thấm từ λ khác nhau theo hướng song song với mặt CuO2 (mặt ab) và vuông góc với mặt này (trục c) Bảng 1 cho ta một

số thông tin về những giá trị này cho một số hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao [10], [11]

Bảng 1.2: Thông số vật lý của một số chất SDNĐC

(nm)

Độ dài kết hợp (nm) Hợp chất

* Khe năng lượng [7]

Theo lí thuyết BCS giá trị khe năng lượng 2∆( )0 ~3.5k B T C Bằng nhiều phép

cao, độ rộng của khe năng lượng( 2θ(0)) nằm trong khoảng giữa 5 ~ 8k B T C với giá trị đặc trưng ~50 meV Giá trị khe năng lượng cũng có tính dị hướng Giá trị này theo mặt ab lớn hơn theo trục c

1.2.3 Quá trình hình thành pha trong hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao BSCCO [6]

Trong hệ hợp chất SDNĐC BSCCO, có tồn tại ba pha siêu dẫn: 2201,

Bi-2212 và Bi-2223 Qua một số nghiên cứu thấy rằng, các pha Bi-2201 và

Bi-2212 sạch có thể thu được dễ dàng hơn pha Bi-2223 Qua ảnh nhiễu xạ tia X có thể xác định được tỷ phần của hai pha Bi-2201 và Bi-2212 theo các phương trình sau:

Trong đó:

F là tỷ phần của pha

ΣIi là tổng của tất cả các pha có trên giản đồ nhiễu xạ tia X

Đối với pha Bi-2223 luôn chứa một phần nhỏ pha Bi-2212 và một lượng nhỏ các pha phụ khác Theo lý thuyết nhiễu xạ tia X, tỷ phần pha Bi-2223 trong mẫu có thể được xác định theo phương trình sau [6], [12]:

F2223%= 0012 100

2223

008 2212

0012

+ I I I

Với: 0012

2223

I là cường độ đỉnh (0012) của pha Bi-2223 trong giản đồ nhiễu xạ tia X

1.2.3.1 Sự tạo thành pha Bi - 2201

Các kết quả nghiên cứu cho thấy sự tạo thành pha Bi-2201 nhạy với nhiệt độ thiêu kết nhưng không phụ thuộc vào thời gian nung Khi nhiệt độ thiêu kết tăng hàm lượng pha Bi-2201 cũng tăng lên, nhưng đến nhiệt độ từ 740oC - 8000C thì hàm lượng pha Bi-2201 bị giảm đi, sự hình thành pha Bi-2212 bắt đầu xuất hiện Vậy nhiệt độ thiêu kết đối với sự hình thành pha Bi-2201 cỡ 7200C, các phản ứng hình thành pha siêu dẫn Bi - 2201 được cân bằng sau khi mẫu được nung thiêu kết

từ 680 - 8000C

Quá trình hình thành pha Bi - 2201 được mô tả qua các phương trình phản ứng sau:

6 2 2 3

2 3 2

3 2

2 3

2

22

CuO Sr Bi O

Bi CuO Sr

CuO Sr CuO SrO

CO SrO

SrCO

→+

→+

+

→

1.2.3.2 Sự tạo thành pha Bi-2212

Sự tạo thành pha Bi-2212 phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian thiêu kết Trong khoảng nhiệt độ thiêu kết từ 680 - 8000C thì các vật liệu vô cơ ban đầu dùng

để tạo mẫu sẽ tạo thành pha Bi-2201 chiếm một lượng không đáng kể, phần còn lại

là hỗn hợp của Ca2CuO3, CaCu2O3, CaO, CuO… Khi nhiệt độ lên đến 8200C đến

8400C với thời gian nung thích hợp pha Bi - 2201 giảm và pha Bi - 2212 tăng lên đáng kể Sự hình thành pha Bi-2212 được mô tả như sau:

8 2 2

2 6

2 2

3 2 8

2 2

2 3

2 6

2 2

8 2 2

2 3

6 2 2

8 2 3

6 2

O CaCu Sr

Bi CuO CaO

CuO Sr Bi

CuO Ca O CaCu Sr

Bi Cuo

Ca CuO

Sr Bi

CaO O

CaCu Sr

Bi CaCuO

CuO Sr Bi

CaO O

SrCaCu CaCuO

CuO Sr

→+

+

+

→+

+

→+

+

→+

1.2.3.3 Sự tạo thành pha Bi - 2223

Từ khi phát hiện ra hệ siêu dẫn Bi vào năm 1988, đã có rất nhiều nhà khoa

học tham gia nghiên cứu quá trình hình thành nên hệ siêu dẫn này, đặc biệt là quá

trình tạo pha 2223 So với hai pha Bi-2201 và Bi-2212 thì sự tạo thành pha 2223 có

phần khó hơn Cũng như pha 2212 sự tạo thành pha này phụ thuộc mạnh vào nhiệt

độ, thời gian thiêu kết và tỉ phần của pha siêu dẫn 2212 và 2223 trong hợp chất Sự

tạo thành pha 2223 được mô tả như sau:

10 3 2 2 2 8

2 2

10 3 2 2 2 3

2 8

2 2

10 3 2 2 2 2

8 2 2

2

O Cu Ca Sr Bi CuO

CaO CaCuO

Sr Bi

CuO O

Cu Ca Sr Bi O

CaCu CaCuO

Sr Bi

O Cu Ca Sr Bi CaCuO

O CaCu Sr

Bi

→ +

+

+

→ +

→ +

1.2.3.4 Vai trò của Pb thay thế Bi trong quá trình tạo pha Bi – 2223 [12]

Thực tế để thu được hợp chất Bi-2223 đơn pha là rất khó nếu không có sự

thay thế của cation Pb Việc thay thế Pb cho Bi đặc biệt có lợi trong quá trình hình

thành và ổn định pha Bi-2223 Hợp chất này có công thức danh định là

Bi2-xPbxSr2Ca2Cu3O10

Khi thay thế một phần Pb cho Bi trong hệ BSCCO, thấy rằng nhiệt độ tạo

pha 2223 giảm Nguyên nhân là do tạo thành pha lỏng Ca2PbO4 ở nhiệt độ cao và

do đó tăng cường tốc độ tạo pha 2223 Ngoài ra, Pb có thể thay thế vào vị trí của Bi

trong ô mạng và làm ổn định pha siêu dẫn 2223 [10] Như vậy, vai trò chính của Pb

trong quá trình tạo pha 2223 là thay đổi hoạt tính của các nguyên tố như Ca2+ trở

nên mạnh mẽ hơn, dễ phản ứng với các nguyên tố khác trong hệ hơn và pha 2223

được tạo thành dễ dàng hơn

1.2.4 Các phương pháp chế tạo bột siêu dẫn nhiệt độ cao BSCCO

1.2.4.1 Phương pháp phản ứng pha rắn

Nói chung các chất SDNĐC đều được chế tạo từ các bột ôxit sạch (3N - 4N)

Ưu điểm của phương pháp này là: Quy trình công nghệ đơn giản, dễ làm, không đòi hỏi các thiết bị đắt tiền, ít tốn kém Có thể thực hiện được ở nhiều phòng thí nghiệm, nhất là ở các phòng thí nghiệm có cơ sở vật chất còn nhiều hạn chế Nhược điểm: Mẫu tạo ra có độ đồng nhất chưa cao, chất lượng mẫu chưa tốt, khó tạo được mẫu đơn pha

Quy trình chế tạo các mẫu siêu dẫn nhiệt độ cao bằng phương pháp phản ứng pha rắn tuân theo sơ đồ khối mô tả trên hình 1.8:

Hình 1.8: Quy trình chế tạo các mẫu siêu dẫn nhiệt độ cao bằng phương pháp phản

Sấy khô mẫu (100 OC ~ 1

Ủ trong môi trường

hoặc nguội theo lò

đến nhiệt độ phòng

Sản phẩm mẫu siêu dẫn nhiệt độ cao

1.2.4.2 Phương pháp sol-gel [13]

Phương pháp sol-gel là phương pháp trong những năm gần đây đã thu được nhiều thành công trên vật liệu gốm và thuỷ tinh Phương pháp này do R Rog đề xuất từ năm 1956 cho phép trộn lẫn các chất ở qui mô nguyên tử [9] Bản chất của quá trình sol-gel là phản ứng thủy phân và phản ứng ngưng tụ

Ưu điểm:

- Trộn lẫn các chất ở quy mô nguyên tử, sản phẩm sinh ra ở nhiệt độ thấp,

độ tinh khiết hóa học cao, hạt tạo ra có kích thước nhỏ và đồng đều

- Các giai đoạn của quá trình sol-gel đều có thể điều khiển được để thu được dạng sản phẩm như mong muốn Đặc biệt là sử dụng phương pháp này có thể tạo được hạt siêu mịn có kính thước dưới 10nm có nhiều hiệu ứng đặc biệt

- Tiết kiệm năng lượng, không gây ô nhiễm môi trường

Sơ đồ chung của quá trình tổng hợp sol-gel:

- Sol: Hệ phân tán vi dị thể rắn trong lỏng, trong đó các hạt của pha phân tán

Aerogel

các nguyên tố cảm biến, nhiệt độ ủ tương đối thấp, khả năng kết tủa ion với phổ phân bố rộng, thiết bị thí nghiệm đơn giản, rẻ tiền

Phương pháp sol-gel có ba hướng tổng hợp chính:

- Phương pháp sol-gel theo con đường thủy phân alkoxide

- Phương pháp sol-gel theo con đường thủy phân muối

- Phương pháp sol-gel theo con đường tạo phức

Các chất ban đầu (precusor: alkoxide, muối, phức) là yếu tố vô cùng quan trọng trong phương pháp sol-gel Chúng ảnh hưởng trực tiếp lên tính xốp, chỉ số khúc xạ, độ cứng và các tính chất về sắp xếp khác của sản phẩm (dạng bột hay màng mỏng) Thêm vào đó, các precusor luôn là yếu tố quyết định đến tính năng và giá thành sản phẩm

* Sol-gel với EDTA

Vật liệu ban đầu là oxit và muối cacbonat hòa tan vào HNO3 nồng độ 65% Trong quá trình hòa tan, CO2 từ các muối cacbonat thoát ra

Hòa tan axit rắn ethylenediaminetetracetic acid (EDTA) và ammonium (NH4OH) với tỉ lệ 1: 4

Hai dung dịch này được hòa tan vào nhau theo tỷ lệ nồng độ EDTA/Σ Mn+ = 1 (Mn+: ion kim loại) có trong đó Điểm đặc biệt của phương pháp này là khả năng tạo phức cao và có sự thay đổi pH trong quá trình tạo phức Để tránh hiện tượng thuỷ phân của các muối (làm bền phức), pH của dung dịch tạo phức được giữ trong khoảng 6 - 7 bằng dung dịch ammonium NH4OH Sau khi gia nhiệt (80 - 90 oC) để nước bay hơi hết, kết quả cuối cùng chúng ta thu được gel

* Sol-gel với EDTA và ethylene glycol

Các muối nitrate có độ sạch cao được hoà tan trong nước cất Dung dịch này được trộn với hệ dung môi EDTA/ethylene glycol Điều chỉnh pH của môi trường

ra khỏi sol ở 80 - 90 oC, ta thu được gel Đốt gel được tạo ra ở 300 oC để phân hủy

ra bột dạng xốp

* Sol-gel với polyethylene glycol

Các ôxít được hòa tan trong nước cất HNO3 đặc được thêm vào bằng cách nhỏ từ từ đến khi thu được dung dịch trong suốt Thêm polyethylene glycol cho đến khi ra màu đen Bay hơi dung môi từ từ Đặt sản phẩm khô vào một cái đĩa nóng, gia nhiệt để phân hủy trong 10 phút Rồi đem bột đi nung

* Sol-gel với citric acid và ethylene glycol

Các muối hữu cơ kim loại (Bi(CH2COO)3 , Pb(CH3COO)2, Sr(CH3COO)2, Ca(CH3COO)2, Cu(CH3COO)2) được hòa tan trong dung dịch nước chứa axit citric/eylen glycol Gel được tạo thành khi làm bay hơi nước ở 90 - 100 oC Phương pháp này dựa trên độ bền của phức citrate - kim loại trong hỗn hợp dung môi nước - ethylene glycol do sự polyme hóa giữa ethylene glycol và phức của axit citric với kim loại tham gia

1.2.5 Màng siêu dẫn nhiệt độ cao chứa Bismuth

1.2.5.1 Tính chất [14]

Trong nhiều ngành kỹ thuật, đặc biệt là kỹ thuật điện tử và vi điện tử, hầu hết các linh kiện tổ hợp đều được chế tạo dưới dạng màng Vật liệu được chế tạo dưới dạng màng gọn, nhẹ, có thể chế tạo các hình dạng theo yêu cầu và cần ít năng lượng

để nuôi Với độ dày cực mỏng cỡ nm màng có thể mang tính chất của hệ hai chiều

Do hiệu ứng kích thước và điều kiện biên mà vật liệu màng có những đặc tính mà vật liệu dạng khối không có được

1.2.5.2 Chế tạo màng dày siêu dẫn nhiệt độ cao hệ Bismuth

* Phương pháp cán [15]

Phương pháp này là một phương pháp rất tốt cho việc chế tạo màng siêu dẫn với bề mặt lớn (hình1.9) Bột siêu dẫn ban đầu được trộn với polyme hữu cơ, tạo ra

dạng keo Keo này sẽ được đổ lên bề mặt đế, bộ phận cán mẫu được gia nhiệt rồi cán lớp keo đều khắp bề mặt của đế Sau đố màng tiếp tục được xử lý nhiệt nhằm loại bỏ polyme hữu cơ và cuối cùng đem đi thiêu kết, ta sẽ thu được màng có tính siêu dẫn

Hình 1.9 : Phương pháp cán

* Phương pháp in lưới (screen-printing) [15], [24], [25]

Phương pháp này được phát triển từ cuối những năm 60 của thế kỷ XX [10]

Ưu điểm của phương pháp screen-priting là tạo ra được màng có bề mặt đồng nhất

và độ mấp mô nhỏ, quá trình chế tạo nhanh

Với màng siêu dẫn, bột siêu dẫn được trộn với dung môi hữu cơ tạo thành một dạng keo loãng (slurry), sau đó được đưa lên lưới và in vào đế Tùy thuộc vào chiều dày màng cần nghiên cứu mà ta in 1, 2 hoặc nhiều lần lên đế đó

Hình 1.10: Phương pháp in lưới

Spin coating là phương pháp được sử dụng phổ biến khi phủ các lớp mỏng lên trên một đế nền tương đối phẳng Trong phương pháp này, vật liệu ban đầu được hòa tan, phân tán trong dung môi tạo thành một hỗn hợp sol Dung dịch phủ này sẽ được đưa lên trên bề mặt đế và quay cho đến khi tạo được lớp mỏng và đều trên bề mặt đế

Phủ quay có 4 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Đưa dung dịch lên bề mặt đế

- Giai đoạn 2: Dung dịch phủ loang ra trên bề mặt đế do chuyển động quay

- Giai đoạn 3: Dung dịch loãng dần ra

- Giai đoạn 4: Dung môi bay hơi tạo thành lớp phủ mỏng

Hình 1.11: Phương pháp quay phủ

Độ dày của màng mỏng tạo thành tỷ lệ với căn bậc hai của nghịch đảo tôc độ quay:

2 / 1

Tuy nhiên tính chất của dung dịch sol-gel phủ như độ nhớt, nồng độ cũng ảnh hưởng đến độ dày lớp phủ

* Phương pháp nhúng (Dip-Coating) [16]

Phương pháp nhúng là quá trình đế được nhúng vào trong dung dịch chứa vật liệu cần tạo màng, sau đó được nhấc ra một cách từ từ với tốc độ nhấc phù hợp, áp

suất và nhiệt độ có thể điều khiển được Số lần nhúng và tốc độ nhúng là các yếu tố quạn trọng nhất trong kỹ thuật phủ nhúng

Hình 1.12: Phương pháp nhúng

Nếu điều khiển tốc độ chính xác, sự dao động giữa chất nền và bề mặt chất lỏng nhỏ thì ta sẽ thu được lớp màng có độ dày chính xác và đều Độ dày màng mỏng phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ nhúng, hàm lượng chất rắn và độ nhớt của chất lỏng

Nếu tốc độ nhấc đế ra được coi như là tốc độ của máy ở chế độ Newton thì

độ dày lớp phủ có thể tính theo phương trình Landau-Levich:

( )

6 / 1

3 / 2

94.0

g

v h

LV ρ γ

Phương pháp cán ép là quá trình có màng mỏng chất lỏng được tạo ra trên đế nền chuyển động liên tục do một hay nhiều trục quay Kỹ thuật cán ép là kỹ thuật được cải tiến từ công nghệ in lưới Nó thường được sử dụng để tạo những lớp phủ mỏng của các sol có độ nhớt thấp với tốc độ cao

- Màng dễ bị bong hoặc rạn nứt trong quá trình xử lý nhiệt

1.3 Ứng dụng của hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao

Hiện nay vật liệu siêu dẫn, đặc biệt là siêu dẫn nhiệt độ cao được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là tạo ra các cáp truyền tải điện năng, máy phát điện, máy cộng hưởng từ dùng trong y học, tàu chạy trên đệm từ … Theo đánh giá của

ngân hàng thế giới, đến năm 2020, giá trị của các thiết bị có sử dụng vật liệu siêu dẫn sẽ đạt đến 244 triệu đô la Mỹ

1.3.1 Dây dẫn điện

Dây dẫn điện bằng chất siêu dẫn Bi-2223 có khả năng dẫn điện gấp 5 lần so với dây dẫn điện bằng Cu

Hình 1.14: Dây dẫn điện bằng vật liệu siêu dẫn

Một vài thông số của dây dẫn điện Bi-2223: [17]

+ Ứng suất cực đại: 75 MPa