Optimization of superconducting and mechanical properties of coated superconductor films

Abstract

Bu çalışmanın amacı, sol-jel spin kaplama tekniğiyle üretilen YBa2Cu3O6.56 (YBCO) esaslı süperiletken ince filmlere Mn ilave edilmesiyle oluşan BaMnO3 flux yapısının, filmin mikroyapısında, süperilektenlik özelliklerinde ve mekanik davranışında meydana gelen değişimlerinin belirlenmesidir. Bu kapsamda, farklı Mn içerikli filmler (001) SrTiO3 (STO) tek kristal altlıklar üzerine metalorganik depozitleme işlemi ile trifluoroacetate (TFA-MOD) yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Film yapısına etki eden solüsyon karakteristiklerini belirlemek için bulanıklılık, ph ve reolojik özelliklerin belirlenmesi amacıyla Türbidimetre, pH metre ve Reometre cihazları kullanılmıştır. Başlangıç sıcaklarda oluşan ürünlerin reaksiyon tiplerini, kimyasal yapısını ve uygun ısıl işlem rejiminin belirlenmesi için Diferansiyel Termal Analysis-Termogravimetrik analiz (DTA-TG) ve Fourier Geçiş kızılötesi spektrometresi (FTIR) kullanılmıştır. Üretilen filmlerin faz analizleri X-ışını difraktometresi (XRD) kullanılarak, yüzey morfolojisi incelemeleri ise Enerji Saçılım Spektroskopu ilaveli Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM/EDS) cihazı ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanılarak yapılmıştır. YBCO esaslı ince filmlerin Mn ilavesine bağlı olarak değişen mekanik özellikleri, CSM nanosertlik ölçüm cihazından elde edilen yükleme-yük boşaltma eğrilerinden faydalanılarak belirlenmiştir. Filmlerin tek kristal altlığa olan yapışma mukavemeti ise Shimadzu Scratch tester cihazı kullanılarak elde edilen kritik kuvvetlerden hesaplanmıştır. YBCO esaslı filmlere ait Mn ilave ile değişen elastisite modülü ve sertliğin yanı sıra akma mukavemeti veya hasar mukavemeti değerleri, deneysel olarak elde edilen yükleme-yük boşaltma eğrilerinin karşılaştırılmasının sonlu elemanlar modelleme programı ile yapılmasıyla belirlenmiştir. The aim of this study is to determine microstructure, superconducting and mechanical properties of YBa2Cu3O6.56 (YBCO) and YBCO thin films with Manganese (Mn) addition and BaMnO3 formation as a flux center. With this regard, YBCO superconducting films with/without Mn were spin-coated onto (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substrates by metalorganic deposition using trifluoroacetate (TFA-MOD) technique. In order to determine solution characteristics which influence thin film structure; turbidity, pH values and rheological properties of the prepared solutions were measured by Turbidimeter, pH meter and Rheometer machines before drying and heating processes. In order to use suitable process regime, to define chemical structure and reaction type of intermediate temperature products, Differential Thermal Analysis-Thermograviometric (DTA-TG) and Fourier Transform Infrared (FT-IR) analysis were performed in the powder production using xerogels. Structural analysis of the produce films was performed through multipurpose X-ray Diffractometer (XRD). Surface morphologies of the films were investigated using Scanning Electron Microscope (SEM) and Atomic Force Microscope (AFM). Mechanical properties of thin films were determined as a function of Mn addition by CSM nanoindentation tester by calculating Young?s modulus and hardness due to load?unload sensing analysis. Elastic properties and limit (E and ? y) of film and substrate materials was designated by using finite element method (FEM) and nanohardness experiments. Failure properties of films ( ? f) will be obtained using a different algorithm with FEM.