Skip to main content
Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 2/2016

27.10.2015

Solubility limit of tetravalent Zr nanoparticles in Bi-2223 crystal lattice and evaluation of fundamental characteristic properties of new system

verfasst von: N. K. Saritekin, C. Terzioglu, M. Pakdil, T. Turgay, G. Yildirim

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 2/2016

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

In this comprehensive work, we focus sensitively on the changes of microstructural, electrical, superconducting and mechanical properties belonging to the bulk Bi1.7Pb0.4Sr2.0Ca2.0ZrxCu3.1Oy materials with the different Zr nanoparticles (0 ≤ x ≤ 1.0) inserted in the superconducting matrix. The characterizations of the materials prepared are experimentally performed by bulk density, dc resistivity (ρ–T), X-ray powder diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), electron dispersive X-ray (EDX) and Vickers microhardness (H v ) investigations. It is found that all the characteristics given above (especially superconducting properties) degrade considerably with the increment in the Zr addition level, and in fact they reach to the global minimum points in case of the maximum dopant level. The main reason of the rapid decrement in the electrical and superconducting properties stems from the presence of the localization problem in the Cu–O2 consecutively stacked layers. Likewise, the Zr foreign addition increases the artificial random defects, dislocations and grain boundary weak-links in the superconducting system, even being favored by the SEM examinations. At the same time, the EDX surveys indicate that the Zr nanoparticles in the tetravalent state prefer to substitute for the divalent states of the Cu inclusions through the crystal structure as a result of their close ionic radius values (86 pm for Zr4+ ion and 87 pm for Cu2+ ion). Thus, the differentiation of the electronegativity reduces the mobile hole concentration in the Cu–O2 slabs. Additionally, the XRD experimental findings show that there is a systematic decrement in the Bi-2223 (high) phase up to the Zr concentration level of x = 0.70 beyond which new characteristics peaks of ZrO2 appear immediately. This is in relation to the fact that the solubility limit corresponding to the Zr foreign impurity in the Bi-2223 system is about x = 0.70. Similarly, the regular decrement in both the c-axis length and crystallite size with the dopant confirms the deterioration of the superconducting properties. Furthermore, the dramatic reduction of the H v values stems from the suppression of the crystallinity and connection quality in the intergrain coupling of the superconducting samples exhibiting typical Indentation Size Effect behavior due to the existence of both elastic and plastic deformations in the system.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat O. Uzun, T. Karaaslan, M. Gögebakan, M. Keskin, J. Alloys Compd. 376, 149–157 (2004)CrossRef O. Uzun, T. Karaaslan, M. Gögebakan, M. Keskin, J. Alloys Compd. 376, 149–157 (2004)CrossRef
2.
Zurück zum Zitat N. Güçlü, U. Kölemen, O. Uzun, S. Çelebi, Physica C Supercond. 433(1–2), 115–122 (2005)CrossRef N. Güçlü, U. Kölemen, O. Uzun, S. Çelebi, Physica C Supercond. 433(1–2), 115–122 (2005)CrossRef
3.
Zurück zum Zitat J. Gong, H. Miao, Z. Zhao, Z. Guan, Mater. Sci. Eng A. 303, 179–186 (2001)CrossRef J. Gong, H. Miao, Z. Zhao, Z. Guan, Mater. Sci. Eng A. 303, 179–186 (2001)CrossRef
4.
Zurück zum Zitat R. Tickoo, R.P. Tandon, K.K. Bamzai, P.N. Kotru, Mater. Sci. Eng. B 110(2), 177–184 (2004)CrossRef R. Tickoo, R.P. Tandon, K.K. Bamzai, P.N. Kotru, Mater. Sci. Eng. B 110(2), 177–184 (2004)CrossRef
5.
Zurück zum Zitat K. Sangwall, B. Surowska, P. Blaziak, ‘Mater. Chem. Phys. 80, 428–437 (2003) K. Sangwall, B. Surowska, P. Blaziak, ‘Mater. Chem. Phys. 80, 428–437 (2003)
6.
Zurück zum Zitat O. Sahin, O. Uzun, U. Kölemen, B. Düzgün, N. Uçar, Chin. Phys. Lett. 22, 3137–3140 (2005)CrossRef O. Sahin, O. Uzun, U. Kölemen, B. Düzgün, N. Uçar, Chin. Phys. Lett. 22, 3137–3140 (2005)CrossRef
7.
Zurück zum Zitat N.K. Saritekin, M. Dogruer, G. Yildirim, C. Terzioglu, J Mater Sci: Mater Electron 25, 3127–3136 (2014) N.K. Saritekin, M. Dogruer, G. Yildirim, C. Terzioglu, J Mater Sci: Mater Electron 25, 3127–3136 (2014)
8.
Zurück zum Zitat N.K. Saritekin, Y. Zalaoglu, G. Yildirim, M. Dogruer, C. Terzioglu, A. Varilci, O. Gorur, J. Alloys Compounds. 610, 361–371 (2014)CrossRef N.K. Saritekin, Y. Zalaoglu, G. Yildirim, M. Dogruer, C. Terzioglu, A. Varilci, O. Gorur, J. Alloys Compounds. 610, 361–371 (2014)CrossRef
9.
Zurück zum Zitat M. Yilmazlar, Karadeniz Technical University, Institute of Natural Sciences, Ph.d. Thesis, (2002), Trabzon, Turkey M. Yilmazlar, Karadeniz Technical University, Institute of Natural Sciences, Ph.d. Thesis, (2002), Trabzon, Turkey
10.
Zurück zum Zitat K. Çolakoğlu, Serway, vol. 3, Palme Press, p: 1318 (1996) K. Çolakoğlu, Serway, vol. 3, Palme Press, p: 1318 (1996)
12.
Zurück zum Zitat D.C. Harris, M.E. Hills, T.A. Hewston, J. Chem. Educ. 64, 847–850 (1987)CrossRef D.C. Harris, M.E. Hills, T.A. Hewston, J. Chem. Educ. 64, 847–850 (1987)CrossRef
13.
Zurück zum Zitat P.B. Allen, Y.E. Picket, H. Krakauer, Phy. Rev. B 37, 7482–7490 (1988)CrossRef P.B. Allen, Y.E. Picket, H. Krakauer, Phy. Rev. B 37, 7482–7490 (1988)CrossRef
14.
Zurück zum Zitat S. Martin, M. Gurvitch, C.E. Rice, A.F. Hebard, P.L. Gammel, R.M. Fleming, A.T. Fiory, Phys. Rev. B 39, 9611–9613 (1989)CrossRef S. Martin, M. Gurvitch, C.E. Rice, A.F. Hebard, P.L. Gammel, R.M. Fleming, A.T. Fiory, Phys. Rev. B 39, 9611–9613 (1989)CrossRef
15.
Zurück zum Zitat D.M. Newns, P.C. Pattnaik, C.C. Tsuei, Phys. Rev. B 43, 3075–3084 (1991)CrossRef D.M. Newns, P.C. Pattnaik, C.C. Tsuei, Phys. Rev. B 43, 3075–3084 (1991)CrossRef
16.
Zurück zum Zitat M.B. Turkoz, S. Nezir, C. Terzioglu, A. Varilci, G. Yildirim, J. Mater. Sci: Mater. El. 24, 896–905 (2013) M.B. Turkoz, S. Nezir, C. Terzioglu, A. Varilci, G. Yildirim, J. Mater. Sci: Mater. El. 24, 896–905 (2013)
17.
Zurück zum Zitat S.B. Guner, O. Gorur, S. Celik, M. Dogruer, G. Yildirim, A. Varilci, C. Terzioglu, J. Alloy. Compd. 540, 260–266 (2012)CrossRef S.B. Guner, O. Gorur, S. Celik, M. Dogruer, G. Yildirim, A. Varilci, C. Terzioglu, J. Alloy. Compd. 540, 260–266 (2012)CrossRef
18.
Zurück zum Zitat K. Kocabas, O. Ozkan, O. Bilgili, Y. Kadıoglu, H. Yılmaz, J. Supercond. Nov. Magn. 23, 1485–1492 (2010)CrossRef K. Kocabas, O. Ozkan, O. Bilgili, Y. Kadıoglu, H. Yılmaz, J. Supercond. Nov. Magn. 23, 1485–1492 (2010)CrossRef
19.
Zurück zum Zitat D. Mangapathi, T. Rao, V. Somaiah, Y.C. Haribabu, Venudhar. Cryst. Res. Technol. 28, 285–298 (1993)CrossRef D. Mangapathi, T. Rao, V. Somaiah, Y.C. Haribabu, Venudhar. Cryst. Res. Technol. 28, 285–298 (1993)CrossRef
20.
Zurück zum Zitat A. Ianculescu, M. Gartner, B. Despax, V. Bley, R. Th Lebey, M.Modreanu Gavrila, Appl. Surf. Sci. 253, 344–348 (2006)CrossRef A. Ianculescu, M. Gartner, B. Despax, V. Bley, R. Th Lebey, M.Modreanu Gavrila, Appl. Surf. Sci. 253, 344–348 (2006)CrossRef
21.
Zurück zum Zitat A.I. Abou-Aly, S.A. Mahmoud, R. Awad, M.M.E. Barakat, J. Supercond. Nov. Magn. 23, 1575–1588 (2010)CrossRef A.I. Abou-Aly, S.A. Mahmoud, R. Awad, M.M.E. Barakat, J. Supercond. Nov. Magn. 23, 1575–1588 (2010)CrossRef
22.
Zurück zum Zitat S. Vinu, P.M. Sarun, A. Biju, R. Shabna, P. Guruswamy, U. Syamaprasad, Supercond. Sci. Technol. 21, 045001–045005 (2008)CrossRef S. Vinu, P.M. Sarun, A. Biju, R. Shabna, P. Guruswamy, U. Syamaprasad, Supercond. Sci. Technol. 21, 045001–045005 (2008)CrossRef
23.
Zurück zum Zitat R. Shabna, P.M. Sarun, S. Vinu, A. Biju, U. Syamaprasad, Supercond. Sci. Technol. 22, 045016–045022 (2009)CrossRef R. Shabna, P.M. Sarun, S. Vinu, A. Biju, U. Syamaprasad, Supercond. Sci. Technol. 22, 045016–045022 (2009)CrossRef
24.
Zurück zum Zitat R. Shabna, P.M. Sarun, S. Vinu, A. Biju, P. Guruswamy, U. Syamaprasad, J. Appl. Phys. 104, 013919 (2008)CrossRef R. Shabna, P.M. Sarun, S. Vinu, A. Biju, P. Guruswamy, U. Syamaprasad, J. Appl. Phys. 104, 013919 (2008)CrossRef
25.
Zurück zum Zitat R. Shabna, P.M. Sarun, S. Vinu, U. Syamaprasad, J. Alloy. Compd. 493, 11–16 (2010)CrossRef R. Shabna, P.M. Sarun, S. Vinu, U. Syamaprasad, J. Alloy. Compd. 493, 11–16 (2010)CrossRef
26.
Zurück zum Zitat S. Bazargan, H. Javanmard, M. Akhavan, Physica C 466, 157–162 (2007)CrossRef S. Bazargan, H. Javanmard, M. Akhavan, Physica C 466, 157–162 (2007)CrossRef
27.
Zurück zum Zitat G.I. Harus, A.I. Ponomarev, T.B. Charikova, A.N. Ignatenkov, L.D. Sabirzjanova, N.G. Shelushinina, V.F. Elesin, A.A. Ivanov, I.A. Rudnev, Physica C 383, 207–213 (2002)CrossRef G.I. Harus, A.I. Ponomarev, T.B. Charikova, A.N. Ignatenkov, L.D. Sabirzjanova, N.G. Shelushinina, V.F. Elesin, A.A. Ivanov, I.A. Rudnev, Physica C 383, 207–213 (2002)CrossRef
28.
Zurück zum Zitat P. Starowicz, J. Sokowski, M. Balanda, A. Szytua, Physica C 363, 80–90 (2001)CrossRef P. Starowicz, J. Sokowski, M. Balanda, A. Szytua, Physica C 363, 80–90 (2001)CrossRef
29.
Zurück zum Zitat C. Nguyen-Van-Huong, C. Hinnen, J.M. Siffre, J. Mater. Sci. 32, 1725–1731 (1997)CrossRef C. Nguyen-Van-Huong, C. Hinnen, J.M. Siffre, J. Mater. Sci. 32, 1725–1731 (1997)CrossRef
30.
Zurück zum Zitat Y. Zalaoglu, G. Yildirim, C. Terzioglu, O. Gorur, J. Alloy. Compd. 622, 489–499 (2010)CrossRef Y. Zalaoglu, G. Yildirim, C. Terzioglu, O. Gorur, J. Alloy. Compd. 622, 489–499 (2010)CrossRef
31.
Zurück zum Zitat P.M. Sarun, S. Vinu, R. Shabna, A. Biju, U. Syamaprasad, J. Alloy. Compd. 472, 13–17 (2009)CrossRef P.M. Sarun, S. Vinu, R. Shabna, A. Biju, U. Syamaprasad, J. Alloy. Compd. 472, 13–17 (2009)CrossRef
32.
Zurück zum Zitat A. Biju, P.M. Sarun, R.P. Aloysius, U. Syamaprasad, J. Alloy. Compd. 454, 46–51 (2008)CrossRef A. Biju, P.M. Sarun, R.P. Aloysius, U. Syamaprasad, J. Alloy. Compd. 454, 46–51 (2008)CrossRef
33.
34.
Zurück zum Zitat A. Yildiz, K. Kocabas, G.B. Akyuz, J. Supercond. Nov. Magn. 25, 1459–1467 (2012)CrossRef A. Yildiz, K. Kocabas, G.B. Akyuz, J. Supercond. Nov. Magn. 25, 1459–1467 (2012)CrossRef
35.
Zurück zum Zitat M.T. Malachevsky, C.A. Dovidio, Supercond. Sci. Technol. 18, 289–293 (2005)CrossRef M.T. Malachevsky, C.A. Dovidio, Supercond. Sci. Technol. 18, 289–293 (2005)CrossRef
36.
37.
Zurück zum Zitat O. Ozturk, E. Asikuzun, M. Erdem, G. Yildirim, O. Yildiz, C. Terzioglu, J. Mater. Sci: Mater. El. 23, 511–519 (2012) O. Ozturk, E. Asikuzun, M. Erdem, G. Yildirim, O. Yildiz, C. Terzioglu, J. Mater. Sci: Mater. El. 23, 511–519 (2012)
38.
Zurück zum Zitat Y. Zalaoglu, G. Yildirim, H. Buyukuslu, N.K. Saritekin, A. Varilci, C. Terzioglu, O. Gorur, J. Alloy. Compd. 631, 111–119 (2015)CrossRef Y. Zalaoglu, G. Yildirim, H. Buyukuslu, N.K. Saritekin, A. Varilci, C. Terzioglu, O. Gorur, J. Alloy. Compd. 631, 111–119 (2015)CrossRef
39.
Zurück zum Zitat K. Kocabas, M. Ciftcioglu, Phys. Status Solidi A 177, 539–545 (2000)CrossRef K. Kocabas, M. Ciftcioglu, Phys. Status Solidi A 177, 539–545 (2000)CrossRef
40.
Zurück zum Zitat C.J. Poole, H.A. Farach, R. Creswick, Superconductivity (Academic Press, San Diego, 1995) C.J. Poole, H.A. Farach, R. Creswick, Superconductivity (Academic Press, San Diego, 1995)
41.
Zurück zum Zitat R.R. Reddy, M. Murakami, S. Tanaka, P.V. Reddy, Physica C 257, 137–142 (1996)CrossRef R.R. Reddy, M. Murakami, S. Tanaka, P.V. Reddy, Physica C 257, 137–142 (1996)CrossRef
42.
Zurück zum Zitat O. Ozturk, G. Yildirim, E. Asikuzun, M. Coskunyurek, M. Yilmazlar, A. Kilic, J. Mater. Sci: Mater. El. 24, 4643–4654 (2013) O. Ozturk, G. Yildirim, E. Asikuzun, M. Coskunyurek, M. Yilmazlar, A. Kilic, J. Mater. Sci: Mater. El. 24, 4643–4654 (2013)
44.
Zurück zum Zitat M. Dogruer, C. Terzioglu, G. Yildirim, O. Gorur, J. Supercond. Nov. Magn. 27, 755–761 (2014)CrossRef M. Dogruer, C. Terzioglu, G. Yildirim, O. Gorur, J. Supercond. Nov. Magn. 27, 755–761 (2014)CrossRef
45.
Zurück zum Zitat E. Asikuzun, O. Ozturk, H.A. Cetinkara, G. Yildirim, A. Varilci, M. Yılmazlar, C. Terzioglu, J. Mater. Sci: Mater. El. 23, 1001–1010 (2013) E. Asikuzun, O. Ozturk, H.A. Cetinkara, G. Yildirim, A. Varilci, M. Yılmazlar, C. Terzioglu, J. Mater. Sci: Mater. El. 23, 1001–1010 (2013)
46.
Zurück zum Zitat M. Dogruer, Y. Zalaoglu, G. Yildirim, A. Varilci, C. Terzioglu, J. Mater. Sci: Mater. El. 24, 2019–2026 (2013) M. Dogruer, Y. Zalaoglu, G. Yildirim, A. Varilci, C. Terzioglu, J. Mater. Sci: Mater. El. 24, 2019–2026 (2013)
47.
Metadaten
Titel
Solubility limit of tetravalent Zr nanoparticles in Bi-2223 crystal lattice and evaluation of fundamental characteristic properties of new system
verfasst von
N. K. Saritekin
C. Terzioglu
M. Pakdil
T. Turgay
G. Yildirim
Publikationsdatum
27.10.2015
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 2/2016
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-015-3964-5

Weitere Artikel der Ausgabe 2/2016

Journal of Materials Science: Materials in Electronics 2/2016 Zur Ausgabe

Neuer Inhalt