鑽洞對Y-Ba-Cu-O超導體塊材的超導性質與微結構影響之研究

Translated title of the thesis: Study of the Superconductivity of Bulk Y-Ba-Cu-O Superconductors with Artificial Holes
  • 張 堯期

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

本研究主要在探討YBCO超導體在鑽洞後,分析並歸納已鑽洞塊材擄磁能力大於未鑽洞塊材的原因。本實驗除了準備一般未鑽洞塊材,也將塊材鑽以直徑2mm 4、8、16個洞以及直徑1mm 8、16、32個洞,並根據氧氣通道的增加、釘扎中心(pinning center)的變化以及影響塊材半徑的因子進行歸納與分析。 本研究於溫度77K,外加磁場1T下,進行塊材擄獲磁場能力的量測,發現鑽以直徑2mm孔洞的塊材中以4個洞的擄磁能力最大,在退火400小時後,其擄磁能力可高達2300 高斯(Gauss)。當退火時間由200小時增加至400小時,塊材擄磁能力的增幅會隨著鑽洞數增加而增加,以16個孔洞的擄磁增幅最大,有91%。而在直徑1mm孔洞的塊材中,則以8個洞之擄磁能力最大,塊材僅退火200小時,更可高達3000高斯的擄磁能力。經各項數據比較後,推測擄磁能力與塊材表面積以及體積有關。 鑽洞後塊材增加氧氣通道,有益於充氧退火度的有效增加,因此本研究首先進行重量增加量的量測,由重量增加量的結果中可推測已鑽洞塊材皆已達到充氧退火飽和,而未鑽洞塊材重量增加量則是持續上升。理論計算氧氣於溫度300℃,時間200小時的條件下,擴散深度僅有3μm,但在觀察已鑽洞塊材的雙晶面(twin plane)時,雙晶分佈距離卻高達500μm,然而未鑽洞塊材僅可部分區域觀察到退火相的分佈,由此推測出已鑽洞塊材會較未鑽洞塊材快速達到退火飽和。 由於影響擄磁能力的因子有塊材半徑、厚度以及電流密度,其中半徑因子是成三次方倍數影響,而電流密度的影響則是來自非超導項的比表面積,因此本研究接著進行孔隙率、211覆?率、面積收縮率以及微裂縫覆?率判斷半徑因子的改變,以Y211比表面積的計算判斷電流密度的影響。結果顯示,已鑽洞塊材之半徑因子與Y211比表面積的量值皆大於未鑽洞塊材,經計算值與實際值的比較後,雖有8 79%的差異,而其原因可能來自於計算過程假設兩塊材皆達退火飽和,以及其他未定量但可形成釘扎中心(Pinning center)的缺陷。 本研究將鑽直徑2mm 4個洞塊材進行溫度30K、外加磁場2T下,塊材擄磁能力的量測與釘扎能(pinning energy)的計算,結果顯示塊材最終可擄獲1 843T的磁場,並且有1 23eV之釘扎能。
Date of Award2015 Jan 19
Original languageChinese
SupervisorIn-Gann Chen (Supervisor)

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鑽洞對Y-Ba-Cu-O超導體塊材的超導性質與微結構影響之研究
堯期, 張. (Author). 2015 Jan 19

Student thesis: Master's Thesis