COMPARISON OF THE PHYSICAL PROPERTIES OF Y134 SUPERCONDUCTOR DOPED MANGANESE OXIDE (Mn3O4) ​PREPARED BY BALL MILLING AND MORTAR

Abstract

This research is a synthesis of Y134 (YBa3Cu4O9.5) superconductor doped with manganese oxide (YBa3Cu4O9.5(Mn3O4)x series with x=0, 0.005, 0.010 and 0.015) by two solid state reaction processes which used grinding by mortar and ball milling, then a comparison of the physical properties of superconductor, consisting of surfaces, elements ratio, critical temperature, structure and Cu3+/Cu2+ ratio. The analyzed result from SEM and EDX found that ball milling gave samples more homogeneity, less porosity, greater unitary of elements and smaller average Cu3+/Cu2+ ratio from Iodometric titration than mortar preparation. They caused a smaller gap between offset-onset critical temperature (ΔTc) of the ball milling group. Moreover, ball milling can increase efficiency of manganese oxide doping, as demonstrated by the best critical temperature of ball milling sample doped with 0.015 mol of manganese oxide as 98.7 K from the 4-point-probe resistivity measurement by the Van Der Pauw method, while the mortar group had unchanged critical temperature. The XRD results showed that the orthorhombic structure of the Y134 superconductor was not changed by manganese oxide doping which refers to their molecules inserted in the pores and more homogeneous samples were obtained.

งานวิจัยนี้เป็นการสังเคราะห์ตัวนำยวดยิ่งชนิด Y134 (YBa3Cu4O9.5) เจือสารแมงกานีสออกไซด์ (YBa3Cu4O9.5(Mn3O4)x โดย x=0, 0.005, 0.010 และ 0.015) ด้วยวิธีปฏิกิริยาสถานะของของแข็งโดยใช้วิธีการบดด้วยโกร่งบดสารและเครื่องบดบอลมิลล์และเปรียบเทียบสมบัติทางฟิสิกส์ของตัวนำยวดยิ่ง ได้แก่ ลักษณะพื้นผิวของตัวอย่าง ปริมาณธาตุที่เป็นองค์ประกอบ อุณหภูมิวิกฤต ลักษณะโครงสร้างและอัตราส่วนของ Cu3+ ต่อ Cu2+ ผลการวิเคราะห์ด้วย SEM และ EDX พบว่าการบดด้วยเครื่องบดบอลมิลล์ให้ตัวอย่างที่มีความเป็นเนื่อเดียวกันมากกว่า มีรูพรุนลดลง การกระจายตัวของสารตั้งต้นดีกว่าและอัตราส่วนของ Cu3+ ต่อ Cu2+ เฉลี่ยจากวิธีไอโอโดเมตริกไทเทรชันน้อยกว่าเมื่อเทียบกับการบดด้วยโกร่งบดสาร ทำให้ตัวอย่างกลุ่มนี้มีผลต่างระหว่างอุณหภูมิวิกฤตออฟเซตและออนเซต (ΔTc) น้อยกว่ากลุ่มที่เตรียมด้วยโกร่งบดสาร ซึ่งการบดด้วยเครื่องบดบอลมิลล์นี้ยังเพิ่มประสิทธิภาพของการเจือสารแมงกานีสออกไซด์ ทำให้มีอุณหภูมิวิกฤตสูงขึ้น โดยผลจากการวัดสภาพต้านทานไฟฟ้า 4 ขั้วด้วยวิธีแวน เดอร์ พาว พบว่าตัวอย่างที่เจือด้วยแมงกานีสออกไซด์ 0.015 โมลและเตรียมด้วยเครื่องบดบอลมิลล์มีอุณหภูมิวิกฤตสูงสุดที่ 98.7 K ในขณะที่ตัวอย่างที่เตรียมด้วยโกร่งบดสารมีอุณหภูมิวิกฤตค่อนข้างคงที่ ผลจาก XRD พบว่าการเจือด้วยแมงกานีสออกไซด์ไม่เปลี่ยนแปลงโครงสร้างหลักของตัวนำยวดยิ่ง Y134 ซึ่งเป็นโครงสร้างแบบออร์โทรอมบิก จึงสรุปได้ว่าโมเลกุลของแมงกานีสออกไซด์แทรกลงในช่องว่างระหว่างเกรนทำให้ตัวอย่างมีความเป็นเนื้อเดียวกันมากขึ้น