Structural and Magnetic Effects of Sb and Ag Co-Substitution on (Bi, Pb) – 2223 Systems

Year 2025, Volume: 25 Issue: 2, 261 - 268

Gönül Bilgeç Akyüz , Filiz Aksoy

Abstract

In this study, structural and magnetic effects of partial displacements of lead-doped Bismuth-based High Temperature Superconductors ((Bi, Pb) – 2223) on the Pb and Cu region for some determined values of Sb and Ag, respectively, have been investigated. Sb-Ag doping has been done for five different values in the range of x=0.00-0.20 in the high temperature superconducting composition in the form of Bi1.7Pb0.3-xSbxSr2Ca2Cu3-xAgxOy prepared by Solid-State Reaction method. By evaluating the XRD, SEM, EDAX and M-T analysis results of these materials; the effect of doping element Sb and Ag, the substituted region and the amount of substitution (x) on the superconducting structure have been investigated. In addition, using these analyzes, the lattice parameters of the materials, the type of cyrstal structures, the ratio of high and low temperature phases, particle sizes and effect on critical temperature have been determined. When the results are examined, it is observed that this displacement process have significant effects on critical temperatures, superconductivity phases of samples and the structure, connectivity and dimensions of the particles that composed of the material.

Keywords

Effect of Sb-Ag Co-Substitution, SEM, XRD, M-T, (Bi,Pb)-2223

Sb ve Ag’nin birlikte katkılanmasının (Bi, Pb) – 2223 sistemler üzerine yapısal ve manyetik etkileri

Abstract

Bu çalışmada, kurşun katkılı Bizmut-tabanlı Yüksek Sıcaklık Süperiletkenlerin ((Bi, Pb) – 2223) Pb bölgesine Sb ve Cu bölgesine Ag’nin belirlenen bazı değerleri için yapılan kısmi yer değiştirmelerin yapısal ve manyetik etkileri araştırılmıştır. Katı-Hal Reaksiyon yöntemi ile hazırlanan Bi1.7Pb0.3-xSbxSr2Ca2Cu3-xAgxOy formundaki yüksek sıcaklık süperiletken bileşiminde, Sb-Ag katkılamaları x=0.00-0.20 aralığındaki beş farklı değer için yapılmıştır. Bu malzemelerin, XRD, SEM, EDAX ve M-T analiz sonuçları değerlendirilerek; katkılanan Sb ve Ag elementlerinin, süperiletken malzeme içinde yer değiştirme işleminin yapıldığı bölgenin ve yer değiştirme miktarlarının (x), süperiletken yapıya etkisi incelenmiştir. Ayrıca bu analizler kullanılarak, malzemelerin örgü parametreleri, kristal yapılarının çeşidi, yüksek ve düşük sıcaklık fazlarının oranı, tanecik boyutları ve kritik sıcaklığa etkisi belirlenmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, yapılan bu yer değiştirme işleminin, numunelerin kritik sıcaklıkları, süperiletkenlik fazları, malzemeyi oluşturan taneciklerin yapısı, bağlanabilirliği ve boyutları üzerinde önemli etkiler oluşturduğu gözlenmiştir.

Keywords

Sb-Ag Etkisi, SEM, XRD, M-T

References

• Agnıhotry, S. A., Bhawalkar, R.H., Rashmi and Chandra, S., 1994. Effect of calcination temperature on the Sb-doped Bi-Sr-Ca-Cu-O (BSCCO) system. Journal Of Materials Science Letters 13, 241-244. https://doi.org/10.1007/BF00571763
• Agnıhotry, S. A., Ghosal, P., Nagpal, K.C., & Chandra, S., 1991. Enhancement of Tcon, appearance of a 'new phase' and faster kinetics in Pb+Sb doped Bi2Sr2Ca2Cu3Oy. Superconductor Science and Technology, 4, 7-12. https://doi.org/10.1088/0953-2048/4/1/003
• Bergen et al, 2019. Design and in-field testing of the world’s first ReBCO rotor for a 3.6 MW wind generator, Supercond. Sci. Technol., 32, 125006
• Bednorz, J.G., & Muller, K.A., 1986. Possible high Tc superconductivity in the Ba-La-Cu-O system. Zeitschrift für Physik B, 64, 189-193. https://doi.org/10.1007/BF01303701
• Bilgili, Ö., Yurddaskal, M., 2021. Effects of Graphene Oxide Doping on Magnetic and Structural Properties of Bi1.6Pb0.4Sr2Ca2Cu3Oy Superconductor. Journal of Electronic Materials 50, 4999-5006.
• Bolat, S., Çelebi, S., Gencer, A., Comert, H., & Yanmaz, E. 1998. The effect of Ag-doping on the magnetic behaviour of Bi–(Pb)–Sr–Ca– Cu–O ceramic superconductors. Journal of Alloys and Compounds, 269, 1–6. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(98)00133-9
• Boussoufa, N., Mosbah, M.-F., Guerfia, T., Bouaïcha, F., Chamekh, S., & Amira, A., 2009. The effects of Ag, Mg, and Pr doping on the superconductivity and structure of BSCCO. Physics Procedia, 2, 1153- 1157 https://doi.org/10.1016/j.phpro.2009.11.077
• GüL, E., Özkurt, B., Aytekin, M. E., Ocakoğlu, K., 2021. Au katkılı Bi-2212 süperiletkenlerin yapısal, elektriksel ve manyetik özellikleri. Pamukkale Univ Muh Bilim Derg, 27(1), 70-77.
• Khalil, S.M., 2001. Enhancement of superconducting and mechanical properties in BSCCO with Pb additions. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 62 (3), 457-466. https://doi.org/10.1016/S0022-3697(00)00088-3
• Kırat, G., Kızılaslan, O. ve Aksan, M.A., 2016. Effect of the Er-substitution on critical current density in glass-ceramic Bi2Sr2Ca2(Cu3-xErx)O10+δ superconducting system. Ceramics International, 42:15072-15076.
• Kızılaslan, O., Kırat, G. ve Aksan, M.A., 2015. Magnetic relaxation behavior in the Bi2Sr2Ca2Cu3-xMoxO10+δ system fabricated by glass-ceramic technique. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 384:186-191.
• Koralay, H. 2007. Farklı oranlarda Vanadyum katkısı yapılmış Bi-tabanlı yüksek sıcaklık süperiletkenlerinin üretimi, yapısal ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi. Doktora Tezi, Fizik, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
• Maeda, H., Tanaka, Y., Fukutumi, M., & Asano, T., 1988. A New High-Tc Oxide Superconductor without a Rare Earth Element. Japanese Journal of Applied Physics, 27 (2), L209-L210. https://doi.org/10.1143/JJAP.27.L209
• Mahtali, M., & Chamekh, S., 2011. Superconductive and Magnetic Properties of Bi2Sr2Ca2Cu3O10+y ceramics Doped by Pb. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 24 (1), 351-355. https://doi.org/10.1007/s10948-010-1008-1
• Man, N. K., Hoa, N. D., & Nhan, D. T. T., 2019. Improvement of Critical Current Density in Bi-2223 Superconductor by Ag-Doping. VNU Journal of Science: Mathematics – Physics, 35 (4), 41-51. https://doi.org/10.25073/2588-1124/vnumap.4357
• Matsushita, T., Suzuki, A., Kishida, T., Okuda, M., & Naito, H., 1994. The effect of Ag on the superconductivity of Bi2-xPbxSr2Ca2Cu3Oy superconductors prepared by an optimum thermal procedure. Superconductor Science and Technology, 7 (4): 222–226. https://doi.org/10.1088/0953-2048/7/4/007
• Sanchez, A., Rodriguez, J.E., & Marino, A., 2000. Thermoelectric and thermomagnetic effects of Ag-doped BSCCO samples. Physica B 284-288, 1940-1941. https://doi.org/10.1016/S0921-4526(99)03055-0
• Shengnan, Z., Chengshan, L., Quigbin, H., Jiangqing, F. ve Pingxiang, Z., 2017. Influence of Cu Content in Precursor Powders on the Phase Evolution and Superconducting Properties of Bi-2212 Superconductors. Rare Metal Materials and Engineering, 46:585-590.
• Şakiroğlu, S., Kocabaş, K., 2011. The Effect of Silver Substitution in Bi1.7Pb0.3Sr2Ca2-xAgxCu3Oy. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 24, 1321-1325.
• Togano, K., Kumakura, H., Maeda, H., Yanagisawa, E., & Takahashi, K., 1988. Properties of Pb-doped Bi-Sr-Ca-Cu- O superconductors. Applied Physics Letters, 53 (14), 1329-1331. http://dx.doi.org/10.1063/1.100452
• Uzunoğlu, A., & Bilgeç Akyüz, G., 2014. Ag-Katkılı BiPbSrCaCuO Seramiklerinin SEM ve XRD Analizleri. SDU Journal of Science (E-Journal), 9 (2), 152-159.
• Yufang, R., Zuotao, Z., Jian, M., & Ping, H., 1990. The effect of Ag on the superconductivity of Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O. Solid State Communications, 75 (8), 625–627. https://doi.org/10.1016/0038-1098(90)90212-T
• https://openstax.org/details/books/university-physics - volume-2.