Ciencia de Materiales en Ingenieria División de Ingenierías Campus Irapuato Salamanca – Universidad Universidad de Guanajuato
Su per conductor T Ti p po III: YBCO ((Oxido dde C Co br e dde IItr io B Bar io) GRANADOS MARTÍNEZ ELIZABETH.
INGENIERÍA EN MECATRÓNICA DIVISIÓN DE INGENIERÍAS CAMPUS IRAPUATO SALAMANCA DE LA UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO Carretera Salamanca-Valle Salamanca-Valle de Santiago Km 3.5+1.8 Km Comunidad de Palo Blanco SALAMANCA, GUANAJUATO, MÉXICO.
RESUMEN El YBCO (óxido de cobre de itrio bario) es un superconductor a temperaturas relativamente altas, es decir alrededor de 93k, que es lo suficientemente frio a diferencia de la mayoría de los materiales de superconducción para la transferencia de electricidad sin resistencia, que solo lo pueden hacer a temperaturas aún más bajas. Es una familia de cristalinos compuestos químicos, famoso famoso por mostrar " superconductividad de alta temperatura". Incluye el primer material que se haya descubierto a ser superconductor por encima del punto de ebullición de nitrógeno líquido (77 K) en alrededor de 90 K. Muchos compuestos de YBCO tienen la fórmula general YBa 2Cu3O7-x (también conocida como Y-123), aunque existen relaciones de Cu, tales como: Ba2Cu4 (Y-124), 2Ba 4Cu7 (Y-247).
I. INTRODUCCIÓN La teoría de la superconductividad de baja temperatura ha sido reconocida y llamada teoría BCS (por las iniciales de sus autores: John Bardeen, Leon Cooper y Robert Schrieffer ) y fue presentada en 1957. Es un fenómeno por el cual un número de metales puros y aleaciones no ofrecen resistencia alguna al paso de la corriente por debajo de cierta temperatura (Tc temperatura critica). Sí una corriente está configurada en un cierto ciclo cerrado de un material x, en un principio continuara fluyendo siempre. De tal modo que pasara la corriente eléctrica a través de un material de este tipo sin perder energía en el proceso. Se basa en una peculiaridad de la interacción entre 2 electrones en una red cristalina. Sin embargo, no explica la superconductividad de alta temperatura, y su mecanismo exacto sigue siendo un misterio. Lo que se sabe es que la composición de los materiales de óxido de cobre tiene que ser controlada con precisión si se quiere que la superconductividad se produzca. YBa 2Cu3O7 (por sus siglas en inglés Yttrium Barium Copper Oxide) puede considerarse como derivado de semiconductor YBa 2Cu3O6 por dopaje con portadores de carga de O 2 formados por la oxidación. Sin embargo, el cristal no está completamente saturado con átomos de oxígeno, y hay un número de vacantes en la red. Así, el material superconductor actual Granados Martínez Elizabeth.
se escribe a menudo como YBa 2Cu3O7-d, donde ‘d’ debe ser inferior a 0,7 si el material va a ser superconductor. La razón de esto todavía no está clara, pero se sabe que las vacantes se producen sólo en ciertos lugares en el cristal, los planos de óxido de cobre y cadenas, dando lugar a un estado de oxidación peculiar de los átomos de cobre, que de alguna manera conduce al comportamiento superconductor. El YBCO fue el primer material encontrado a ser superconductor por encima de 77K el punto de ebullición del nitrógeno líquido. Todos los materiales desarrollados antes de 1986 se convirtieron en superconductores solo a temperaturas cerca del punto de ebullición de helio liquido (T b = 4,2 K) o hidrogeno liquido (T b = 20,28K) el más alto es Nb3Ge a 23K. La importancia del descubrimiento de YBCO es el costo mucho más bajo del refrigerante utilizado para enfriar el material por debajo de la temperatura critica. Relativamente YBCO puro fue sintetizado primero por calentamiento de una mezcla de los carbonatos de metal a temperaturas temperaturas entre 1000K a 1300K. Las propiedades superconductoras de YBa 2Cu3O7-x son sensibles al valor de x, su contenido de oxígeno. Solo aquellos materiales con 0 ≤ x ≤ 0, 65 son superconductores por debajo de Tc y cuando x ~ 0,07 el material superconductor a temperatura más alta que 95K, o en altos - Prof. Ing. Hernández Rodríguez J. Fernando
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Ciencia de Materiales en Ingenieria División de Ingenierías Campus Irapuato Salamanca – Universidad de Guanajuato campos magnéticos: 120T de B perpendiculares y 250 t para B paralelas a los planos de CuO 2. Además de ser sensibles a la estequiometria de oxígeno, las propiedades de YBCO están influenciadas por los métodos de cristalización. Se debe tener cuidado para la sinterización que es un material cristalino, y las mejores propiedades superconductoras se obtienen cuando en el cristal los límites de grano se alinean mediante un control cuidadoso de recocido y de enfriamiento a cierta variación de tasas de temperatura. Otros numerosos métodos para sintetizar YBCO se han desarrollado desde su descubrimiento por Wu y sus compañeros de trabajo, tales como la deposición de vapor químico (CVD), método de sol-gel, y el método de aerosoles. Estos métodos alternativos, sin e mbargo, todavía requieren cuidado de sinterización para producir un producto de calidad. Sin embargo, nuevas posibilidades se han abierto desde el descubrimiento de que el ácido trifluoroacético (TFA) , una fuente de flúor, impide la formación del no deseado carbonato de bario (BaCO 3). Rutas tales como la CSD (deposición solución química) han abierto una amplia gama de posibilidades, particularmente en la preparación de cintas YBCO de gran longitud. Esta ruta reduce la temperatura necesaria para conseguir la fase correcta a alrededor de 700°C. Esto, y la falta de dependencia de vacío, hacen que este método consiga de una manera muy prometedora, obtener cintas YBCO escalables.
II. MARCO TEÓRICO La superconductividad se descubrió primero en el mercurio en 1911, y fue seguido rápidamente por otros materiales tales como plomo, niobio y algunas aleaciones tales como V-Si. La temperatura crítica es una característica del material en cuestión, y por muchos años después del descubrimiento del primer superconductor todos los materiales superconductores conocidos han tenido umbrales de alrededor de unos pocos grados Kelvin. Esto, con el fin de observar el efecto, el material tuvo que ser enfriado utilizando helio líquido, que es extremadamente costoso y difícil de manejar. En 1957 John Bardeen, Leon Cooper y Robert Schrieffer presentaron una teoría denominada BCS con las iníciales de sus autores, recibiendo en 1972 los tres, el premio Nobel de Física. Esta teoría es un modelo de mecánica cuántica y sostiene que a bajas temperaturas en el interior de un súper conductor (un electrón por así decirlo), actúa con la red cristalina del material, perturbándola e interactuando dicha Granados Martínez Elizabeth.
red con otro electrón, dando lugar a una fuerza de atracción entre los dos electrones superando la fuerza de repulsión entre ellos dada por la ley de Coulomb. La unión de los electrones se denomina par de Cooper. Estos electrones tienen Spines opuestos e iguales, dando lugar a una sola partícula de spin entero igual a cero (un bosón). Los bosones no obedecen el principio de exclusión de Pauli. De esta manera todos los pares pueden estar en un mismo estado cuántico. Por esto una corriente eléctrica puede persistir en un metal el tiempo que este en un estado de superconductividad, así la resistencia será igual cero por la ausencia de colisiones individuales electrónicas. Y de esta manera no hay pérdida de energía. En el estado fundamental un superconductor a temperatura igual cero, los electrones se encuentran en pares y en un mismo estado energético. Cuando la temperatura se eleva demasiado como para romper los enlaces de pares de Cooper la atracción de los electrones cesa. A. El par de cooper
En los superconductores, los pares de Cooper son las parejas de electrones que se encuentran ligados atrayéndose a pesar de tener ambos cargas de igual signo, ya que interaccionan a través de la red cristalina formada por los iones positivos de un metal.
Fig. 1 Tipos de superconductores.
- Prof. Ing. Hernández Rodríguez J. Fernando
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Ciencia de Materiales en Ingenieria División de Ingenierías Campus Irapuato Salamanca – Universidad de Guanajuato B.
Superconductores Tipo 1
Es perfectamente Diamagnético, esto hace que no permitan que penetre en su interior el campo magnético externo, lo que se conoce como efecto Meissner. C. Superconductores Tipo 2
Los cuales son imperfectos, ya que en él, el campo magnético penetra a través de pequeños canales denominado vórtices.
E.
Súper Diamagnetismo
Este efecto en los del tipo 1, se debe a la capacidad del material para crear súper corriente de electrones sin pérdida de energía de forma tal que pueden permanecer siempre sin obedecer el efecto Joule, donde si hay disipación de energía por generación de calor. Estas corrientes crean un intenso campo magnético necesario para sustentar el efecto Meissner. F. La superconductividad de alta temperatura
Fig. 2 Diamagnetismo.
D. Diamagnetismo
Es la propiedad de los materiales que consiste en ser repelidos por los imanes, diferente con los materiales ferros magnéticos que son atraídos por imanes.
Fig. 3 Súper Diamagnetismo.
Granados Martínez Elizabeth.
La historia cambió drásticamente en 1986, cuando J. Georg Bednorz y K. Alex Müller producen un material, La2CuO4, con un umbral de temperatura de 35K. Este material es diferente de las clases anteriores de material en que tiene una estructura de cristal complejo compuesto de varios componentes, basada en unidades de óxido de cobre. Este descubrimiento obtuvo Bednorz y Müller un premio Nobel, y fue seguido un año después por el descubrimiento, por Paul Chu y sus colegas, de otro material, YBa 2Cu3O7-x (a menudo abrev. YBCO o Y-123 partir de la relación de sus átomos de metal) que tenía un umbral de temperatura aún mayor de alrededor de 92K. Esto significaba por primera vez que un material exhibe comportamiento superconductor a temperaturas superiores a la del nitrógeno líquido (77K), que es mucho más barato y más fácil de manejar que el líquido He. Los llamados ''superconductores de alta temperatura ” se descubrieron rápidamente en los años siguientes, empujando la temperatura crítica hasta alrededor de 130 K, y por un tiempo parecía que el sueño de un superconductor temperatura ambiente estaba a punto de hacerse realidad. Debido a que la cantidad de electrones en los súper conductores es infinita, la cantidad de corriente que puede soportar un material está limitado, por cuanto existe una corriente crítica que al ser superada en valor numérico, el material pierde sus propiedades de súper conductor y comienza a disipar energía. En los súper conductores del tipo 2, la aparición de vórtice ocasiona que a corrientes inferiores a la crítica se realice disipación energética, ocasionada por el choque de los vórtices con los átomos de la red. Los umbrales cerca de la temperatura ambiente traerían fenómenos superconductores dentro del alcance de la tecnología relativamente fácil. Algunas de las aplicaciones que podrían resultar incluyen los trenes de levitación, escáneres médicos más baratos y más potentes, computadoras más rápidas, y la transmisión de energía a través de largas distancias sin pérdida de energía.
- Prof. Ing. Hernández Rodríguez J. Fernando
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Fig. 4 Graficas de Temperaturas.
Desafortunadamente, sin embargo, después de que el optimismo inicial y la euforia que acompañó el descubrimiento de la superconductividad de alta temperatura, desde finales de la década de 1980 se han producido mayores incrementos dramáticos en el umbral y la temperatura crítica parece estar alrededor de 150K. Como resultado, algunas personas han dicho que "la superconductividad de alta temperatura" es un término equivocado, lo que realmente debería denominarse como: superconductividad de mayor temperatura. Pero esto sigue siendo en gran medida un área activa de investigación y científicos de todo el mundo todavía están buscando activamente el superconductor de temperatura ambiente difícil de alcanzar. YBCO es similar a un superconductor tipo II ya que tiene tanto un estado Meissner como un estado intermedio. Sin embargo, hay algunas diferencias en la forma en que el estado intermedio opera. Al igual que con el superconductor de tipo II, la penetración de flujo puede formar un enrejado ordenado. La principal diferencia con respecto a la clasificación de tipo II es cuando, ya sea el campo aplicado o la temperatura se vuelve lo suficientemente alta, el entramado de tubos de flujo comienza a descomponerse y moverse. Dado que los tubos de flujo pueden moverse, ahora pueden interactuar con las corrientes haciendo que se pierda un poco de energía.
Granados Martínez Elizabeth.
Una medición de la resistencia es, en esencia, una medida de la cantidad de energía que un electrón tiene perdida que pasa a través de un material. Si las corrientes ahora pueden interactuar con los tubos de flujo, hay un ligero aumento en la resistencia. El movimiento de los tubos de flujo amplía la transición superconductora en el estado superconductor. Esta es la razón por la que la temperatura más alta de los superconductores no puede tener una transición tan aguda. La migración de los tubos de flujo, llamada afluencia de flujo, puede ser frenada por los clavos de flujo. Esto se logra mediante el uso de dopantes metálicos que ayudan a fijar los tubos de flujo a una sola ubicación. Cuando esto ocurre el efecto de la resistividad es como una celosía pero ya no están organizados. Más bien, la estructura del tubo de flujo es análoga al vidrio, ya que el vidrio no tiene una estructura repetible. Los tubos de flujo todavía quedan en un solo lugar, pero no hay una especie de celosía ordenada. El camino a la comprensión de la superconductividad puede ser descrito como difícil en el mejor de los casos. Alguna vez se pensó que la superconductividad se había explicado plenamente con modelos como los presentados por la teoría Bardeen, Cooper y Schrieffer (BCS). El descubrimiento de los superconductores de alta temperatura desafía esta teoría, por lo que el fenómeno es de nuevo un misterio de los superconductores de alta temperatura. A pesar de que la teoría BCS explica la baja temperatura de superconductores así, se necesita una nueva teoría para la temperatura más alta de superconductores. Como Philip Anderson, un físico involucrado en la superconductividad, puesto que el consenso es que no hay absolutamente ningún consenso en la teoría de la alta superconductividad a Tc (temperatura crítica). Un paso útil para tratar de comprender la superconductividad es, en teoría, la comprensión de BCS. A pesar de que no puede explicar completamente la superconductividad de alta temperatura, las interacciones presentadas por la teoría todavía tienen alguna relevancia para los superconductores de alta temperatura. Una observación particularmente importante que conduce a la teoría BCS fue el descubrimiento del efecto isotópico. La ventaja de utilizar diferentes isótopos en una muestra es que proporcionan uniones similares y tienen la misma cantidad de electrones, pero la masa es diferente. Las diferentes masas de estos isótopos provocan un cambio en la medición de la temperatura crítica. Si se utilizan isótopos más ligeros, la temperatura de transición aumenta. Por otro lado, se encontró que la temperatura de transición ha de ser proporcional a la raíz - Prof. Ing. Hernández Rodríguez J. Fernando
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Ciencia de Materiales en Ingenieria División de Ingenierías Campus Irapuato Salamanca – Universidad de Guanajuato cuadrada inversa de la masa atómica. Volviendo a una masa en un resorte, la frecuencia de oscilación varía. La frecuencia de oscilación también está relacionada con la raíz cuadrada inversa de la masa. Esto parece ser más que una simple coincidencia y permitió saber la forma en que interactúa con los electrones en los átomos en estado superconductor. Estos resultados apuntan a la importancia de la vibración de átomos en condiciones requeridas para la superconductividad. Un desarrollo teórico importante surge de la idea de que los electrones pueden ser capaces de formar parejas a pesar de que deberían repelerse entre sí a través de la electrostática. En 1956 Leon Cooper propuso una teoría tal que conduciría finalmente a la teoría BCS completa. Lo que él propone es que a temperaturas muy bajas hubo algún mecanismo que crea pares con una unión, la energía que normalmente se ha superado por las vibraciones de la red. Propuso que había una pequeña atracción entre los electrones que permitirían formar pares. Esto es, que la estructura reticular debe ser fuerte donde las vibraciones serán lo suficientemente pequeñas para que la energía involucrada no rasgue los pares separados, y así ocurra el apareamiento.
distancia de 3.2A. La corriente que fluye a través de un superconductor fluye a través de los dos planos CuO2. La distancia entre los átomos de cobre en estos planos hace más fácil para la carga de saltar entre los iones que de un plano a otro. La consecuencia de esto es que el flujo de corriente en una muestra se ve afectado por la orientación. Si un solo cristal fuera fabricado, sus propiedades serian dependiendo de la orientación y proporcionarían altamente el mejor rendimiento para que la corriente fluyera paralela a los planos. En los intervalos entre estas capas de conducción que hay son de bario, de itrio y de oxígeno pares de cobre adicionales. Aunque estas capas no están donde las corrientes fluyen a través del material, que desempeñan un papel importante en la superconductividad. Está dentro estas capas donde se crea un depósito de carga de la prestación de los electrones que se convertirán en pares y llevara la corriente a través del material.
III. DESARROLLO G. Estructura de YBCO
La estructura de YBCO juega un papel importante en la superconductividad. Tiene una estructura en capas que consta de planos de oxígeno de cobre con itrio y bario átomos en la estructura cristalina también. La estructura cristalina resultante es similar a una perovskita con una célula de unidad que consiste en cubos apilados de BaCuO3 y YCuO3. La Figura 5 muestra la estructura y la composición química de los planos creados. Una importante cosa a tener en cuenta son los dos planos diferentes de cobre y oxígeno. Los aviones encima y por debajo de los átomos de itrio tienen 2 átomos de oxígeno por el átomo de cobre, donde el itrio tiene aviones cerca de él con un solo átomo de cobre por oxígeno. Estos aviones que son de uno a uno se dice que es deficiente en oxígeno en comparación con una estructura de perovskita completa hay dos átomos de oxígeno que faltan. La superconductividad del sistema parece surgir de estas capas de óxido de cobre desde que son comunes a los superconductores de óxido de cobre. Los dos planos de CuO2 están separados por un átomo de itrio, a una Granados Martínez Elizabeth.
Fig. 5 Estructura de YBCO.
Para la realización del proceso de síntesis de materiales superconductores de YBCO, se parte principalmente de tres componentes. Cu, óxido de cobre, óxido de itrio y de nitrato de bario, carbonato de bario o óxido de bario. En los vértices del diagrama ternario se observan cada una de las materias empleadas para la obtención de este material. - Prof. Ing. Hernández Rodríguez J. Fernando
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Fig. 6 Diagrama ternario.
uno del otro, pero al mismo tiempo, se aproximan a los parámetros a y b de un perovkskita cúbico (CaTiO3) con un valor de 3.905 Å. Se observa que el parámetro c del superconductor tiene correspondencia con 3 aproximadamente a los valores de parámetro c de la perovskita cúbica, demostrando así que la estructura del superconductor YBCO corresponde a una estructura de perovskita cúbica triple aproximadamente. Las medidas del magnetómetro SQUID heliumat 4K, el material sintetizado presenta una temperatura crítica de la superconductividad (Tc) de 92K (-181 ° C), que corresponde a un superconductor de alta temperatura. Los estudios que se llevaron a cabo de estos materiales, empleando el conocimiento de estructural Cristalografía, serán la base para la síntesis de nuevas estructuras, ya sea con variadas o dopados estequiometrías, que al mismo tiempo puedan influir en las propiedades de estos nuevos materiales, y ayudaran en las posibles aplicaciones futuras, tales como en la fabricación de generadores eléctricos de alta potencia, trenes magnéticos de levitación, cables de alimentación superconductor, entre otros. En la búsqueda de buenos conductores eléctricos, otro problema que apareció, fue la muestra degradada hasta el punto donde la superconductividad ya no estaba presente. Esto se confirmó por difracción de rayos x que el material tenía cambios desde que se hizo inicialmente.
Fig. 7 Diagrama complementario.
En este trabajo en particular, la síntesis de YBCO y la medición de la resistencia se tomaron como una función de la temperatura. Varios gránulos se hicieron y se hizo evidente la importancia de las conexiones eléctricas a YBCO. A través del método Sol -Gel, fue posible sintetizar el superconductor cerámico YBa 2Cu3O7 (Y- 123), ya que los reactivos químicos, tales como Y, Ba y Cu acetatos en cantidades estequiométricas , y por reacción de metátesis con oxalato solución, se obtuvo un precursor sólido que después de los tratamientos de calor, alcanzó la composición química de Y- 123. Los resultados de la medición DR-X demostraron que los parámetros refinados por el método de Rietveld fueron a = 3,8227Å, b = c = 3,8832Å y 11,6802Å, al sistema rómbico. Los parámetros a y b son ligeramente diferentes Granados Martínez Elizabeth.
Fig. 8 Disposición de los átomos en la celda unitaria del superconductor YBCO.
H. Síntesis
La muestra de YBCO fue creada mediante la combinación de óxido de itrio, carbonato de bario y óxido de cobre (II). La fórmula química para la reacción es: Y2O3 +2BaCO3 + 3CuO → 2YBa2Cu3O7 - Prof. Ing. Hernández Rodríguez J. Fernando
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Ciencia de Materiales en Ingenieria División de Ingenierías Campus Irapuato Salamanca – Universidad de Guanajuato Los ingredientes se mezclaron juntos con un mortero y mano de mortero para la relación de la ecuación de equilibrio anterior. Después de ser molidos juntos durante treinta minutos, el polvo se colocó en un horno a 900°C durante 24 horas. Una vez molida la muestra se volvió a moler durante 15 minutos y se colocó de nuevo en el horno. El día siguiente, se retiró, se vuelve a moler y luego se pulsa en gránulos.
Fig. 9 El pulido de la muestra para realizar las observaciones se ha de realizar en seco o con glicerina. No se puede emplear agua ya que el material reacciona y se degrada.
En la micrografía anterior se observa una distribución heterogénea de una fase mayoritaria (matriz) y una minoritaria (precipitado). Las grietas observadas son debidas al tratamiento de oxigenación que necesita el superconductor una vez sintetizado, para obtener la fase superconductora. Los sedimentos resultantes se colocan en el horno a 900°C una vez más durante 24 horas. Esto fue para endurecer el sedimento y homogeneizarlos. Después de verificar que los pellets se quedaron juntos, eran entonces colocados de nuevo en el horno a 450°C durante 24 horas. El propósito de este paso fue la captación tanto oxígeno en la muestra como sea posible ya que las propiedades del estado superconductor son dependientes de la concentración de oxígeno de la muestra. El método utilizado crea orientaciones aleatorias de los granos de YBCO. Dado que las propiedades dependen de la orientación de los planos de cobre, una orientación aleatoria de los granos no hace tener como mínimo de una resistencia. Para este experimento, este método era suficiente, pero se fuese a crear una mejor muestra, la orientación de los granos sería importante. La alineación de cereales podría lograrse de varias maneras diferentes. En Granados Martínez Elizabeth.
primer lugar por la aplicación de presión, los granos se pueden comprimir en una orientación particular. Otra forma es la de insertar los granos en un material compuesto tal como una resina epódica. Una vez incorporada, un campo magnético fuerte podría ser utilizado para orientar los granos. En tercer lugar, una muestra orientada puede ser producida por fusión de una muestra de polvo granular a continuación mediante el uso de un horno donde la temperatura varía regularmente a través de la muestra para la reforma del material.
Fig. 10 (a).
Fig. 10 (b). Fig. 10 Comparativa de difracción de rayos X.
También hay diferentes métodos de preparación para la creación de YBCO. Una posibilidad es la sustitución de carbonato de bario con óxido de bario. Esta sustitución proporciona algunas ventajas sobre carbonato de bario. La temperatura de descomposición del óxido de bario es - Prof. Ing. Hernández Rodríguez J. Fernando
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Ciencia de Materiales en Ingenieria División de Ingenierías Campus Irapuato Salamanca – Universidad de Guanajuato menor y también actúa como una fuente de oxígeno interna. Esto ayuda con el proceso de recocido por lo que es más fácil conseguir la forma YBa 2Cu3O7. Asimismo, puesto que no hay carbono en óxido de bario, no hay formación de dióxido carbono 16 en el proceso. Esto es deseable ya que el dióxido de carbono puede reaccionar con el YBCO para formar fases no superconductoras en los límites de grano. Estas pequeñas diferencias dan lugar a una más nítida transición en el estado superconductor. Este método no se utilizó debido a la disponibilidad de materiales en laboratorio.
Clasificación
Cerámico
Uso especifico Superconductor
Eléctrico YBCO
Composición química
69% Ba2Cu3O7 (Y-123) + 30% Y2BaCuO5 (Y-211) + 1% CeO 2
Materias primeras
Cu electrolítico, Ba(NO3)2, CeO2, PVA 6,1080 g/cm3 6,3048 g/cm3
Densidad de Y-123 ‘’ de YBCO ‘’
6,4607 g/cm3
de Y-211
de YBCO texturado Módulo elástico Coef. De Poisson
5,9175 g/cm3 88,5 – 235 GPa 0,3
Resistencia mecánica a la compresión.
41 – 562 MPa
Resistencia mecánica a la flexión. Resistencia mecánica a la tracción.
19 – 35 MPa
Tenacidad a fractura (Klc)
0,18 – 0,30 MPa*m1/2
Temperatura de fusión Densidad de corriente
1010°C Y-123, 1200°C Y-211 Entre 3,5*104 - 2,0*105 A/cm2 a 77K i 0T de campo magnético.
‘’
Fig. 11 Levitación de YBCO sobre un imán.
I.
Y 2O3,
Temperatura utilización
mínima
de
20 – 33 MPa
94K
Efecto Meissner
El efecto Meissner, también denominado efecto Meissner-Ochsenfeld, consiste en la desaparición total del flujo del campo magnético en el interior de un material superconductor por debajo de su temperatura crítica. Meissner y Ochsenfeld encontraron que el campo magnético se anula completamente en el interior del material superconductor y que las líneas de campo magnético son expulsadas del interior del material, por lo que este se comporta como un material diamagnético perfecto. El efecto Meissner es una de las propiedades que definen la superconductividad y su descubrimiento sirvió para deducir que la aparición de la superconductividad es una transición de fase a un estado diferente. La primera prueba era ver si la muestra de YBCO “ready made ” podría levitar un imán. La Figura 3 muestra la levitación de un imán sobre un disco grande que muestra la presencia del efecto Meissner y confirmar que la muestra demuestra propiedades superconductoras.
Granados Martínez Elizabeth.
Tabla 1 Propiedades de YBCO
J. Aplicaciones potenciales
Los materiales superconductores están encontrando uso como imanes en formación de imágenes de resonancia magnética, levitación magnética, y uniones Josephson; Una limitante en el uso de este material en aplicaciones tecnológicas está asociado con el procesamiento del material. Materiales de óxido tales como este son frágiles, y formándolos en los cables por cualquier procedimiento convencional no produce un superconductor útil. Una aplicación en telecomunicaciones podría ser e igual que todos los superconductores, YBCO muestra el efecto de Meissner. Por debajo de su temperatura crítica, YBCO se vuelve perfectamente diamagnético y excluye los campos magnéticos suficientemente débiles de pasar a través de él.
- Prof. Ing. Hernández Rodríguez J. Fernando
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Fig. 12 Macrografía Nº1. Barra superconductora.
Las potenciales aplicaciones tecnológicas del compuesto superconductor YBCO son: cables para el transporte de la energía eléctrica, transformadores eléctricos, dispositivos sensores de campo magnético, dispositivos en el equipo de Resonancia Magnética Nuclear, entre otras. Estas aplicaciones transformarán el panorama electrónico actual y producirán una nueva revolución electrónica en los próximos años. Además, esta temperatura crítica superconductora de 92 K se encuentra por encima de la temperatura de ebullición del nitrógeno líquido (N2≈ 77K), la cual abre una enorme e
increíble oportunidad para preparar, caracterizar e investigar materiales cerámicos superconductores en una realidad científica como la peruana.
Fig. 13 Aparato RMN Ultra estabilizador.
Granados Martínez Elizabeth.
Fig. 14 Cinta de plata con depósito de capa fina superconductora.
IV.
CONCLUSION De acuerdo al desarrollo de la obtención de YBCO con capacidades para superconducir, se ha logrado obtener el compuesto YBa2Cu3O7-x a través del método de Síntesis por Sol-Gel, comprobándose que presenta las características de un superconductor, cuya estructura es de una triple perovskita. Los datos óptimos experimentales para la síntesis se dieron a través de la reacción de metátesis con la correspondiente formación del precursor a base de oxalatos de Y, Ba y Cu en proporción estequiométrica de 1:2:3 a un pH de 5,6. La temperatura de calcinación y sinterización del precursor óptima fue de 880°C. Se ha realizado el refinamiento de la estructura cristalina del superconductor obtenido, tomando como base la estructura de una triple perovskita cuyos datos cristalográficos han sido corroborados. El método de Rietveld ha demostrado ser una potente herramienta para la obtención de información estructural y el análisis cuantitativo de fases a partir de difractogramas de polvo. Se ha cuantificado la presencia de la fase secundaria CuO y espuria Y 2BaCuO5 en el YBCO superconductor. En la síntesis del compuesto YBCO por la ruta del solgel, la pureza de la fase del producto final depende mucho de la homogeneidad del gel. Una distribución homogénea de los iones metálicos en el gel conlleva a la formación de la fase pura del óxido superconductor, exhibiendo una temperatura crítica superconductora máxima de 92K. Los parámetros de red de la celda unidad de la estructura cristalina del YBa 2Cu3O7 sintetizado por el método Sol-Gel y evaluado con el Refinamiento Rietveld son: a = 3,8227Å, b = 3,8832Å y c = 11,6802 Å, corroborándose de que se trata de una estructura del sistema ortorrómbico. Tomando como referencia la información de la investigación aquí presentada. - Prof. Ing. Hernández Rodríguez J. Fernando
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V.
REFERENCIAS
Páginas en internet: [1] By Luis Hernandez, https://prezi.com/s9d0kufhesr-/ybco/ [3] https://en.wikipedia.org/wiki/Yttrium_barium_copper_oxide [4] http://www.ch.ic.ac.uk/rzepa/mim/century/html/ybco.htm [5] By Otto Nuñez http://www.batanga.com/curiosidades/4208/lateoria-bcs-de-los-superconductores Libros: [6] Brown, Ronald F. Física del estado sólido. San Luis Obispo: El Corral de Publicaciones, 2006. [7] Knizhnik, a (2003). "Interrelation of preparation conditions, morphology, chemical reactivity and homogeneity of ceramic YBCO". Physical C: Superconductivity 400: 25. Bibcode: 2003PhyC...400...25K. doi:10.1016/S0921-4534(03)01311-X. Jump up. Grekhov, I (1999). "Growth mode study of ultrathin HTSC [8] YBCO films on YBaCuNbO buffer". Physical C: Superconductivity 324: 39. Bibcode: 1999PhyC...324...39G. doi:10.1016/S0921-4534(99)00423 Reportes Técnicos: Chris Safranski, Resistance of the Superconducting Material YBCO, the Faculty of the Department of Physics; California Polytechnic State University, San Luis Obispo, California, Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree, Physics, 2010.
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