EFFECTS OF CuF2 NANO-PARTICLE INCLUSION ON MgB2 SUPERCONDUCTOR. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Final_PhD_dissertation_9May2018.pdf Download (6MB) | Preview

Arabic Abstract

نستقصي في هذه الرسالة آثار تضمين حبيبات CuF2 النانومترية على الخصائص الهيكلية والانتقالية والمغناطيسية للموصل الفائق MgB2 / (CuF2) x لـ 0 ≤ x ≤ 0.1 عند تسخين العينات عند 750 و850 درجة مئوية. قمنا باستخدام تقنيات مختلفة مثل جهاز مطياف الأشعة السينية للحيود وجهاز قياس القابلية المغناطيسية المترددة ومقياس المقاومة وجهاز اهتزاز العينة المغناطيسي لأجل دراسات الخواص المختلفة للعينات. أظهرت نتائج جهاز مطياف الأشعة السينية للحيود إنخفاضا كبيراَ في MgO الموجود عادة بين حبيبات الموصل الفائق. MgB2 وعلاوة على ذلك، وجد أن CuF2 يثبط تشكيل أكاسيد البورون B2O و B2O3 وينقي MgB2 من الشوائب وأكدت قياسات المقاومة أن CuF2يحسن الاتصال بين حبيبات MgB2. أشارت هذه الدراسات أن تركيز2% من CuF2 هو التركيز الأمثل وأن درجة حرارة التسخين المثلى 750 درجة مئوية. كما قمنا بحساب كثافة التيار الحرج Jc، وقوى التثبيت Fp باستخدام منحنى التخلف المغناطيسي مع نموذج بينز وقد وجد أن العينة المثلى MgB2 /(CuF2)0.02 لديها أعلى كثافة تيار حرجة وأقصى قوى تثبيت بين كل العينات المعدة. وقد تم تحليل ومعايرة قوى التثبيت والمجال المغناطيسي باستخدام بارمتران معايرة هما قوة التثبيت العظمى Fp,max والمجال غير العكسي H_irr^K على التوالي عند درجات حرارة مختلفة وتركيزات متنوعة من CuF2 وقد تم استخدام إجراءات قانون فيتز- ويب لمواءمة كل من قوى التثبيت والمجال المغناطيسي التي اظهرت وجود ثلاثة انواع مختلفة من مراكز قوى التثبيت في ثلاثة نطاقات مختلفة من درجات الحرارة: درجة حرارة منخفضة (15-4) كلفن، ودرجة الحرارة المتوسطة (25-20) كلفن، ودرجة حرارة عالية (32-30) كلفن. كما أظهرت نتائج الموائمة أن التعزيز السائد لمراكز قوى التثبيت تم من خلال عيوب حدود حبيبات السطوح في كل العينات المشوبة والنقية وأن ذروة المجال تعززت مع زيادة مستوى الإشابة في العينات.

English Abstract

In this work, we studied the effect of CuF2 nanoparticle inclusion on the structural, transport and magnetic properties of MgB2/(CuF2)x superconductor for 0 ≤x ≤0.1. The samples were annealed at 750oC and 850oC and then investigated by different techniques such as XRD, Ac- susceptibility measurement, resistivity measurement and VSM (magnetic measurement). XRD results showed a significant reduction of MgO commonly found at the grain boundaries in the MgB2 superconductor. Moreover, CuF2 inhibited the formation of boron oxides B2O and B2O3 leading to single phase of MgB2. The resistivity measurements confirmed that the grain connectivity is improved by CuF2. These measurements indicate that the optimal CuF2 concentration is close to 2%, and the optimal annealing temperature is 750oC. The critical current density, Jc and pinning force, Fp were calculated from the hysteresis loop using Bean’s Model. The optimal sample (MgB2/(CuF2)0.02) has the highest critical current density (Jc) and the maximum pinning force (Fp) amongst all the annealed samples. The normalized volume pinning forces have been analyzed at different temperatures and CuF2 concentrations. Fietz-Webb scaling law procedure has been used to fit the normalized pining force and normalized field 〖H/H〗_irr^K where we used Kramer’s plots to obtain the irreversibility field H_irr^K. The normalization procedure revealed three different temperature ranges where pinning force curves follow universal behavior: low temperature(4-15K), intermediate temperature(20-25K) and high temperature(30-32K). The results indicate different dominant pinning mechanisms in each region; single vortex pinning, grain boundary pinning and normal point pinning for low, intermediate and high ranges of temperature mentioned, respectively. The grain boundary pinning is found to be the dominant pinning mechanism in all the doped and undoped samples. The peak field enhances with the increase of doping level which embodies the suppression of anisotropy from clean to dirty limit.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Physics
Department:	College of Engineering and Physics > Physics
Committee Advisor:	Ziq, Khalil Ali
Committee Members:	Nasser, Ibraheem M.A. and Shahabuddin, Mohammed and Mekki, Abdelkarim and El-Said, Ayman Sherif
Depositing User:	Esam Gunaid Al-nahari (g200704690)
Date Deposited:	18 Sep 2018 05:32
Last Modified:	30 Dec 2020 12:12
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140709