Efeito da adição de PVP de diferentes massas molares na produção de fios submicrométricos de YBCO

Abstract

Neste trabalho foram obtidas amostras de YBa2Cu3O7 (Y123) em pó seguindo duas etapas principais, i.e., (i) síntese da solução precursora polimérica e (ii) tratamento térmico. Todavia, mesmo simples, uma série de reações químicas estão envolvidas no processo as quais, sem o devido estudo e entendimento, inviabilizam a obtenção de um material cerâmico de alta pureza. Nos trabalhos anteriores desenvolvidos pelo grupo GSMA foi observada a formação de fases de Y2O3, BaCuOx e CuO2, ao alterar o uso do polímero PvP 360.000g/Mol pelo 1.300.000g/Mol e também a concentração destes em solução. Desta forma, neste trabalho foi realizado um estudo da influência do grau de polimerização do PvP e a sua relação estequiométrica com os cátions metálicos. Com as devidas caracterizações, as amostras obtidas por soluções precursoras com concentrações mais elevadas de PvP, observou-se a influência tanto na formação da fase supercondutora e fases secundárias quanto no tamanho e forma de grãos. Com o polímero 360.000g/Mol apenas na concentração 1:0,5 mols cátions:PvP é que foi verificada a formação de BaCuO2, porém, com o PvP 1.300.000 houve ausência de fases secundárias apenas nas amostras com concentrações molares de 1:0,5 e 1:1 cátions:PvP. Interessante aspecto que pode estar relacionado com a propriedade do PvP de ser um agente redutor e estabilizante na solução precursora, é que na concentração 1:2, naturalmente ocorreu um crescimento dos grãos formando nanofios a partir de um núcleo maior. Esta ocorrência será melhor entendida em estudos posteriores.

In this work, samples of YBa2Cu3O7 (Y123) powder were obtained through two main stages: (i) synthesis of the polymeric precursor solution and (ii) thermal treatment. However, despite its apparent simplicity, the process involves a series of chemical reactions whose understanding is crucial to enable the production of high-purity ceramic material. Previous studies conducted by the GSMA group identified the formation of Y2O3, BaCuOx, and CuO2 phases when varying the PvP polymer from 360,000g/mol to 1,300,000g/mol, as well as their concentration in the solution. In this study, we investigated the influence of the PvP polymerization degree and its stoichiometric relation with the metal cations. Through proper characterizations, we observed that samples obtained with higher concentrations of PvP in the precursor solution showed alterations in the formation of the superconducting phase and secondary phases, as well as in grain morphology and size. Notably, only with the 360,000g/mol polymer, at a molar ratio of 1:0.5 cations:PvP, was the formation of BaCuO2 observed, while with the 1,300,000g/mol PvP, the absence of secondary phases was verified only in samples with molar ratios of 1:0.5 and 1:1 cations:PvP. An interesting aspect, possibly related to the PvP's ability to act as a reducing and stabilizing agent in the precursor solution, is that, at a molar ratio of 1:2, grain growth occurred, forming nanowires from a larger nucleus. This occurrence will be the subject of future studies for a better understanding.