BÜLENT ECEVİT ÜNİVERSİTESİ
1. AR-GE PROJE PAZARI
13 MAYIS 2014 , ZONGULDAK
C4H6O5 Eklenmiş MgB2 Süperiletkeninin Manyetik Kaldırma Kuvveti
Özelliklerinin Elektromanyetik Uygulamalar İçin Araştırılması
Burcu Savaşkan, Ezgi Taylan Koparan*
ÖZET
YÖNTEM
Mıknatıslar ile süperiletkenler arasında oluşan kararlı manyetik kuvvet,
bu süperiletkenlerin manyetik yatak, enerji depolayan dönen çark, yük
taşıma, yük kaldırma, güçlü süperiletken mıknatıs ve manyetik olarak
havalanmış ulaşım araçları (MAGLEV trenleri) gibi büyük teknolojik enerji
kazanımları sağlayacak kontaksız sistemlerin yapılmasına imkân verir.Şekil
1’de MAGLEV treninin görüntüsü verilmiştir. Bu uygulamaların neredeyse
tamamı manyetik alan altında yüksek kritik akım yoğunluğu (Jc) gerektirir.
Metal alaşımlar içinde en yüksek geçiş sıcaklığına (~39K) sahip olması,
basit kristal yapısı, başlangıç materyallerinin bolluğu, taneler arası zayıf
bağların yokluğu, yüksek Jc ve yüksek manyetizasyon özelliklerine sahip
oluşu MgB2’yi çok sayıda teknolojik uygulamalar için umut vaat eden bir
aday yapmaktadır [1]. Malik asit katkılı MgB2 süperiletkeninin manyetik
kaldırma kuvveti bu proje ile ilk kez incelenmiş olacaktır.
Sinterleme süreci 650 °C’de 2 saat yüksek saflıkta 12 bar argon
ortamında gerçekleştirildi. İkinci adımda, reaksiyonu gerçekleşmiş
tozların homojenliğini arttırmak ve daha yoğun mikroyapılar elde etmek
için tabletler kırıldı ve 1,5 saat agat havanda tekrar öğütüldü ve tekrar
tablet haline getirildi. Son olarak 850°C’de 0,5 saat aynı şartlarda ısıl
işleme tabi tutuldu. Yüksek sıcaklıklarda Mg’nin uçuculuğundan dolayı
ve Mg’un oksitlenmesini önlemek için tabletler tantalyum (Ta) folyo ile
sarıldı ve paslanmaz çelik tüp içerisine konarak vakumu alındı.
SONUÇ
Yapılan manyetik kaldırma kuvveti deneylerinde alansız soğutma
işlemi (ZFC) sonrasında 24 K sıcaklıkta, ağırlıkça %10 malik asit
eklenmiş örneğe kadar her bir örneğin kendi kütlesinin yaklaşık 900
katını havada tutabildiği belirlendi. Özellikle ağırlıkça %4 malik asit
eklenmiş MgB2 süperiletken örneğin kendi ağırlığının yaklaşık 950
katını kaldırdığı bulundu. Bu sonuç şu ana kadar literatürdeki en
yüksek sonuç olarak belirlendi.
AMAÇ
20
20
(a)
20
(c)
15
Fz (N)
ZFC
15
24 K
10
15
ZFC
15
10
5
5
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
Fz (N)
0
0
Fz (N)
0.16
Amount of malic acid (wt%)
10
pure
4 wt% malic acid
6 wt% malic acid
8 wt% malic acid
10 wt% malic acid
12 wt% malic acid
15 wt% malic acid
5
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
Amount of malic acid (wt%)
10
pure
4 wt% malic acid
6 wt% malic acid
8 wt% malic acid
10 wt% malic acid
12 wt% malic acid
15 wt% malic acid
5
0
0
5
10
15
20
25
5
30
10
15
20
25
30
z (mm)
z (mm)
Şekil 2. (a)24 K ve (c) 32 K sıcaklıklarda sürekli mıknatıs ve örnekler
arasındaki dik mesafeye karşı sıfır alan soğutması (ZFC) altında MgB2+x
%wt C4H6O5 örneklerinin kaldırma kuvveti.
20
ZFC
pure
4 wt % MA
6 wt % MA
8 wt % MA
10 wt % MA
12 wt % MA
15 wt % MA
16
12
Fz (N)
Karbon kaynağı olarak malik asitin, MgB2 süperiletkenine eklenmesiyle
örnek içerisinde akı çivileme merkezleri oluşturması, böylece akı
tuzaklama kapasitesi, kritik akım yoğunluğu ve manyetik kaldırma kuvveti
özelliklerinin iyileştirilmesi amaçlanmaktadır. Manyetik kaldırma kuvveti
düşey ve yanal yönlerde ölçülerek, üretilecek katkılı süperiletkenlerin,
MAGLEV tren sistemlerinin temelini oluşturan kılavuzlama kuvveti olarak
kullanabilirliği de incelenmiş olacaktır.
Ülkemizin hazinesi olan Bor’un da içinde bulunduğu bir teknoloji olan
süperiletkenlik, ülkemizde bora dayalı sanayinin gelişmesi, ülke
ekonomisine katma değer sağlayacak Bor pazarının oluşması ve bor ürün
çeşitliliğinin artmasında önemli rol oynayacağı şüphesizdir. Artan enerji
ihtiyacını karşılayabilmek ve gelişmiş ülkelerle rekabet edebilmek için
büyük enerji kaynaklarına ihtiyacımız vardır. Ülkemizin doğal enerji
kaynaklarının sınırlı olması, bizi dirençsiz akım geçirebilen ve Meissner
özelliği ile sürtünmesiz enerji depolama ve havada hareket edebilen
ulaşım araçlarının üretiminde kullanılabilecek süperiletkenlerin
özelliklerini araştırmaya yöneltmiştir. Hem teknolojik hem de insanlık
açısından son derece önemli olan süperiletkenlik; yeni bor ürünlerinin
geliştirilmesi, yerli kaynakların yoğun olarak kullanıldığı üretim
teknolojileri ve yeni kullanım alanları bulunmasına olanak sağlamaktadır.
20
Fz (N)
Anahtar Kelimeler: MgB2 Süperiletkeni,C4H6O5 Katkı, Manyetik Kaldırma
Kuvveti
8
4
0
28
32
36
40
T (K)
Şekil 3. 1,5 mm mesafede MgB2+x %wt C4H6O5
örneklerinin sıcaklığa bağlı kaldırma kuvveti değişimi.
4
4
(c)
(a)
0
pure
4 wt% malic acid
6 wt% malic acid
8 wt% malic acid
10 wt% malic acid
12 wt% malic acid
15 wt% malic acid
-2
-4
Fz (N)
Fz (N)
0
Şekil 1: MAGLEV treni ve MAGLEV treninin kesit görüntüsü.
pure
4 wt% malic acid
6 wt% malic acid
8 wt% malic acid
10 wt% malic acid
12 wt% malic acid
15 wt% malic acid
-6
0
Bu projede hazırlanmış örneklerin hepsi, magnezyum tozu, amorf
bor tozu, malik asit (C4H6O5), ve toluen (C7H8) kullanılarak iki adım
katıhal tepkime metodu ile hazırlandı [2]. Malik asit ekleme seviyeleri,
toplam MgB2’nin ağırlıkça %0 ile %15’i arasında değiştirildi. İlk adımda
borun uygun miktarı ve malik asit toluenle quartz kapta karıştırıldı ve
150 °C’de 3 saat vakumlu etüv fırında bütün çözücü organik materyalleri
ortadan
kaldırabilmek
için
kurutuldu
[3,4].
Çözücünün
buharlaşmasından sonra, bu karışım uygun miktarda Mg tozu ( ısıl işlem
esnasında Mg kaybını önlemek için ağırlıkça %5 fazla Mg kullanıldı) ile
karıştırıldı. Bu karışım 1 saat agat havanda öğütüldü ve 385 MPa basınç
altında 18 mm çaplı tablet haline getirildi.
-2
-4
-6
YÖNTEM
FC
32 K
2
FC
24 K
2
10
20
30
z (mm)
40
50
0
10
20
30
40
50
z (mm)
Şekil 4. (a) 24 K ve (c) 32 K sıcaklıklarda sürekli mıknatıs ve örnekler
arasındaki dik mesafeye karşı alan altında soğutmada (FC)
MgB2+x%wt C4H6O5 örneklerinin kaldırma kuvveti.
REFERANSLAR
[1] E. Perini, G. Giunchi, M. Geri, A. Morandi, IEEE Trans. Appl.
Supercond. 1051-8223 (2009).
[2] S.C. Yan, L. Zhou, G. Yan, Q. Y. Wang, Y.F. Lu, Journal Alloys and
Compd. 459, 452-456 (2008).
[3] J H Kim, S X Dou, M S A Hossain, X Xu, J L Wang, D Q Shi, T Nakane,
H Kumakura, Supercond. Sci.Technol. 20, 715-719 (2007).
[4] J. H. Kim, S. Zhou, M.S.A. Hossain, A.V. Pan, S.X. Dou, Applied Physics
Letters 89, 142505 (2006)
Download

C4H6O5 Eklenmiş MgB2 Süperiletkeninin Manyetik Kaldırma