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Síntese do supercondutor YBa2Cu3O7-δ por reação de combustão

Bibliographic Details
Main Author: Basi, Rafael Henrique
Publication Date: 2024
Format: Bachelor thesis
Language: por
Source: Repositório Institucional da UFSCAR
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Summary: Superconductivity, characterized by zero resistance and the ability to repel magnetic flux, has found applications in efficient energy storage, the production of advanced magnets, and the development of levitation technologies. However, the practical use of superconductors is still limited due to the need for temperature control to maintain the superconducting state. Most superconductors with a relatively high critical temperature are complex oxides, like YBa2Cu3O7-δ, which has a critical temperature above the liquefaction point of nitrogen. The conventional synthesis of these oxides typically involves high energy expenditures and long periods of thermal treatments. Thus, there is a need to improve the methods of obtaining these materials. A very promising method in this regard is solution combustion synthesis, which tends to produce homogeneous powders with high stoichiometric control. Accordingly, this work studied the synthesis of the superconductor YBa2Cu3O7-δ by the solution combustion method, using two different fuels: citric acid and urea. The effects of each fuel on the synthesis process and the characteristics of the final material were analyzed. The combustion synthesis transformed the precursors into powders with different characteristics based on the fuel used. The calcination step, carried out at 930oC, showed considerable efficacy in obtaining the orthorhombic phase of YBa2Cu3O7-δ. This was an excellent result, given that it was performed in an open atmosphere, eliminating the need for oxygen gas during synthesis. Sintering at 950oC promoted the elimination of secondary phases from the samples produced with urea. Tablets produced with both fuels demonstrated significant formation of the phase of interest, enabling the observation of the Meissner effect through the levitation test.
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However, the practical use of superconductors is still limited due to the need for temperature control to maintain the superconducting state. Most superconductors with a relatively high critical temperature are complex oxides, like YBa2Cu3O7-δ, which has a critical temperature above the liquefaction point of nitrogen. The conventional synthesis of these oxides typically involves high energy expenditures and long periods of thermal treatments. Thus, there is a need to improve the methods of obtaining these materials. A very promising method in this regard is solution combustion synthesis, which tends to produce homogeneous powders with high stoichiometric control. Accordingly, this work studied the synthesis of the superconductor YBa2Cu3O7-δ by the solution combustion method, using two different fuels: citric acid and urea. The effects of each fuel on the synthesis process and the characteristics of the final material were analyzed. The combustion synthesis transformed the precursors into powders with different characteristics based on the fuel used. The calcination step, carried out at 930oC, showed considerable efficacy in obtaining the orthorhombic phase of YBa2Cu3O7-δ. This was an excellent result, given that it was performed in an open atmosphere, eliminating the need for oxygen gas during synthesis. Sintering at 950oC promoted the elimination of secondary phases from the samples produced with urea. Tablets produced with both fuels demonstrated significant formation of the phase of interest, enabling the observation of the Meissner effect through the levitation test.A supercondutividade, que é caracterizada pela resistência nula e pela capacidade de repelir fluxos magnéticos, tem encontrado aplicações em armazenamento eficiente de energia, na produção de imãs avançados e no desenvolvimento de tecnologias de levitação. Entretanto, a utilização prática dos supercondutores é ainda limitada por conta da necessidade do controle da temperatura para que o estado de supercondutividade seja mantido. A maioria dos supercondutores que apresentam uma temperatura crítica relativamente alta, é formada por óxidos complexos, como o YBa2Cu3O7-δ, que possui temperatura crítica superior ao ponto de liquefação do nitrogênio. A síntese convencional desses óxidos normalmente envolve altos gastos energéticos e longos períodos de tratamentos térmicos. Desse modo, surge também a necessidade de aprimoramento dos métodos de obtenção destes materiais. Um método muito promissor nesse sentido é a síntese por combustão em solução, que tende a produzir pós homogêneos e com alto controle estequiométrico. Diante disso, este trabalho estudou a realização da síntese do supercondutor YBa2Cu3O7-δ pelo método de combustão em solução, empregando dois combustíveis diferentes: ácido cítrico e ureia. Os efeitos de cada combustível no processo de síntese e nas características do material final foram analisados. A síntese de combustão transformou os precursores em pós de diferentes características com base no combustível usado. A etapa de calcinação, realizada a 930oC mostrou uma considerável eficácia na obtenção da fase ortorrômbica do YBa2Cu3O7-δ. Isso foi um excelente resultado, uma vez que foi realizada em atmosfera aberta, dispensando o uso de gás oxigênio durante a síntese. A sinterização a 950oC promoveu a eliminação de fases secundárias das amostras produzidas com ureia. As pastilhas produzidas com ambos os combustíveis apresentaram a formação significativa da fase de interesse, o que possibilitou a observação do efeito Meissner pelo teste de levitação.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosEngenharia de Materiais - EMaUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessSupercondutividadeYBa2Cu3O7-δReação combustãoEfeito MeissnerENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSSíntese do supercondutor YBa2Cu3O7-δ por reação de combustãoSynthesis of YBa2Cu3O7-δ superconductor by combustion reactioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTRafael Henrique Basi.pdf.txtRafael Henrique Basi.pdf.txtExtracted texttext/plain89073https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/60cf639f-4cc2-45fd-89f7-2e01d1aa2362/downloadd960c51ccbf0334a58f2dff511d116aeMD53falseAnonymousREADTHUMBNAILRafael Henrique Basi.pdf.jpgRafael Henrique Basi.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4849https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/178cea87-bd16-4e5a-9849-977e91292f17/download3d352cf64b7bb1ddd1f02e5aacbdf84cMD54falseAnonymousREADORIGINALRafael Henrique Basi.pdfRafael Henrique Basi.pdfapplication/pdf4350891https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/ac8577d9-2b87-4592-a61e-ef8cd7ee921e/downloadbe0cf9d2869058702c403dc3dfe2745bMD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/62c5465d-3a4b-461d-9bac-a5a5b522003b/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52falseAnonymousREAD20.500.14289/198862025-02-06 02:17:48.608http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/19886https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T05:17:48Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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