1. UKM Learning and Research Repository
2. PHD Thesis / Tesis PHD
3. Faculty of Science and Technology / Fakulti Sains dan Teknologi

Title:	Enhanced transport critical current density in nano-sized PbO, HfO2 and MgO added (Bi1.6Pb0.4)Sr2Ca2Cu3O10 superconductor in bulk and tape form
Authors:	Yahya Nabil Ahmed (P59484)
Supervisor:	Roslan Abd Shukor, Prof. Dato Dr.
Keywords:	Critical current density Superconductor Effects of nano-sized Universiti Kebangsaan Malaysia -- Dissertations
Issue Date:	21-Aug-2014
Description:	The motion of magnetic flux line in the (Bi1.6Pb0.4)Sr2Ca2Cu3O10 ((Bi,Pb)-2223) superconductor under high magnetic fields and temperatures suppresses the transport critical current density (Jc) and this limits the application of this material. A study on the effects of nano-sized PbO (10-30 nm), HfO2 (60-80 nm) and four different nanosized MgO (average size 20, 40, 50 and 70 nm) additions on the superconducting properties of (Bi,Pb)-2223(MO)x/Ag (with MO = PbO, HfO2 and MgO) tapes has been carried out. The phase and microstructure of the samples were examined by powder xray diffraction (XRD) method and scanning electron microscopy (SEM), respectively. The onset transition temperature Tc onset, zero resistance temperature Tc zero, and Jc (using the 1 V/cm criterion) were determined by the four-probe method. The amounts (x in wt. %) of nanoparticle which showed the highest Jc in the pellets was used to fabricate the tapes. The influence of sintering time on the temperature and magnetic field dependence of Jc for the tapes were investigated. Most of the XRD peaks can be indexed to the (Bi,Pb)-2223 phase. All samples showed the plate-like microstructure. The MgO (20 and 70 nm) added pellets showed a higher Tc onset and Tc zero (105 and 109 K, respectively) compared with the 40 and 50 nm MgO added samples. The Jc of the tapes was larger than that of the pellets due to the improved weak link in the tapes. Jc of MgO (50 nm) added tape sintered for 50 h was 20460 and 2660 A/cm 2 at 30 and 77 K, respectively. A higher Jc was obtained when the tapes were sintered for 100 h due to improvement in grains connectivity. The MgO (20 nm) added tape sintered for 100 h exhibited the highest Jc (3680 A/cm 2 ) at 77 K among all MgO added tapes. The increase in Jc can be explained as the increase of the flux pinning strength due to the nanoparticles. The variations of Jc with temperature indicated different pinning mechanisms for the low and high temperature and magnetic field regions. HfO2 added samples also showed increase in Jc and the results are discussed. Jc of the PbO added tape sintered for 100 h was the highest among all added tapes in this study (26800 and 10740 A/cm 2 at 40 and 77 K, respectively). A combined effect of enhanced flux pinning and improved microstructure led to the significant increase in Jc of the added tapes. PbO is the best nanoparticle to enhance Jc in the (Bi,Pb-2223) tapes. This is partly due to the lower melting point of PbO which improved the connectivity between grains. A longer sintering time together in combination with other processing parameters is suggested to improve the transport properties. In order to enhance Jc, the size of the pinning center should be closer to the coherence length. The size of the flux pinning center at the nanoscale, type of nanoparticle and sintering time are important parameters to enhance Jc.,Pergerakan garisan fluks magnet dalam superkonduktor (Bi1.6Pb0.4)Sr2Ca2Cu3O10 ((Bi,Pb)-2223) di dalam medan magnet dan suhu yang tinggi mengurangkan ketumpatan arus genting (Jc) dan menyebabkan pengunaan bahan ini terhad. Kesan penambahan nanozarah PbO (10-30 nm) dan HfO2 (60-80 nm) dan MgO (saiz purata 20, 40, 50, dan 70 nm) terhadap sifat superkonduktor pita (Bi, Pb)-2223(MO)x/Ag (MO = PbO, HfO2 dan MgO) telah dijalankan. Fasa telah dikaji menggunakan pembelauan sinar-x dan dan mikrostruktur telah dikaji menggunakan mikroskop elektron imbasan (SEM). Suhu peralihan mula Tc mula, suhu rintangan sifar Tc sifar, dan Jc (menggunakan kriteria 1 V/cm) telah diukur dengan kaedah penduga empat titik. Amaun nanozarah (x % bt) yang memberikan Jc tertinggi dalam pelet telah digunakan untuk memfabrikasi pita yang ditambah nanozarah. Kesan suhu, medan magnet dan tempoh pemanasan terhadap Jc telah dikaji. Kebanyakan puncak dalam corak XRD boleh diindeks dengan fasa (Bi,Pb)-2223. Semua sampel menunjukkan butiran berbentuk plat. Pelet yang ditambah MgO (20 dan 70 nm) menunjukkan Tc mula dan Tc sifar yang lebih tinggi (105 dan 109 K, masing-masing) berbanding dengan sampel yang ditambah 40 dan 50 nm MgO. Jc untuk pita lebih tinggi berbanding pelet disebabkan pembaikan hubungan lemah dalam pita. Jc untuk pita yang ditambah MgO (50 nm) dan disinter selama 50 jam ialah 20460 A/cm 2 pada 30 K dan 2660 A/cm 2 pada 77 K. Jc yang lebih tinggi telah diperoleh apabila pita disinter selama 100 jam disebabkan oleh peningkatan dalam sambungan butiran. Pita ditambah MgO (20 nm) yang dipanaskan selama 100 jam menunjukkan Jc yang tertinggi (3680 A/cm 2 ) pada 77 K untuk semua pita ditambah MgO. Peningkatan Jc dapat dijelaskan dengan peningkatan kekuatan pengepinan fluks oleh nanozarah. Lengkung Jc yang berbeza pada julat suhu dan medan magnet yang berlainan menunjukkan mekanisme pengepinan yang berbeza pada julat tersebut. Sampel ditambah HfO2 juga menunjukkan peningkatan Jc dan keputusan dibincangkan dalam penulisan ini. Jc untuk pita ditambah PbO yang disinter selama 100 jam (26800 pada 40 K dan 10740 A/cm 2 pada 77 K) adalah yang tertinggi dalam kalangan semua pita dalam kajian ini. Gabungan faktor peningkatan pengepinan fluks dan mikrostruktur telah meningkatkan Jc. Kajian ini menunjukkan PbO adalah nanozarah yang terbaik untuk meningkatkan Jc dalam pita (Bi,Pb)-2223. Suhu pencarian PbO yang rendah yang telah meningkatkan hubungan antara butiran adalah salah satu faktor yang meningkatkan Jc. Pensinteran yang lebih lama serta gabungan parameter pemprosesan yang lain boleh memperbaiki sifat angkutan bahan ini. Untuk meningkatkan Jc, saiz pusat pengepinan perlu hampir dengan panjang koheren. Saiz pusat pengepinan fluks pada skala nano, jenis nanozarah dan masa pensinteran adalah penting untuk meningkatkan Jc.,Ph.D.
Pages:	181
Call Number:	QC611.96.Y337 2014 tesis
Publisher:	UKM, Bangi
Appears in Collections:	Faculty of Science and Technology / Fakulti Sains dan Teknologi

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.