Efeitos da dopagem por átomos magnéticos e não magnéticos nas propriedades morfológicas de fibras de YBCO produzidas por SBS

Abstract

A produção de supercondutores através da técnica de Solution Blow Spinning (SBS) tem ganhado destaque devido à sua eficiência e potencial para aplicações tecnológicas. Esta tese tem como objetivo avaliar a morfologia de fibras de YBCO dopadas com átomos magnéticos (Ni) e não magnéticos (Zn), nas concentrações 0,01, 0,02, 0,04, 0,08, 0,16 e 0,32 produzidas por SBS. Para isso, soluções precursoras foram preparadas pelo método "One Pot" utilizando sais metálicos e PVP com diferentes massas molares (360.000 g/mol e 1.300.000 g/mol), cujas viscosidades foram medidas para garantir a adequação ao processo de fiação. As fibras produzidas foram analisadas morfologicamente por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). No estado verde, as fibras apresentaram forma cilíndrica, superfície lisa, alongada e contínua. Após a sinterização, mantiveram o aspecto fibroso, mas algumas se aglutinaram e formaram pontos de interconexão, resultando em uma superfície rugosa devido à formação de grãos em um fio policristalino. As fibras produzidas com PVP de 1.300.000 g/mol apresentaram diâmetros médios ligeiramente menores comparadas às produzidas com PVP de 360.000 g/mol. Após a sinterização, houve uma redução média nos diâmetros das fibras de 51,6% para o PVP de menor massa molar e de 41,6% para o PVP de maior massa molar. As análises de Difração de Raios X (DRX) confirmaram a predominância da fase ortorrômbica do YBCO em todas as amostras. Nas amostras sem dopagem e com pequenas concentrações de dopantes, foi observada a presença da fase secundária BaCuO₂. Alterações no pico associado ao plano (110) do YBCO indicaram mudanças na estrutura cristalina, possivelmente devido à concentração de oxigênio. O refinamento Rietveld corroborou a dopagem da rede, sem evidenciar picos de Ni e Zn. Adicionalmente, as análises termogravimétricas (TGA, DTG e DTA) das amostras dopadas comprovaram a formação das fases YBCO e BaCuO₂. Cabe ressaltar que este é o primeiro trabalho que apresenta a produção fibras de YBCO dopadas com Ni e Zn a partir do SBS.

The production of superconductors through the Solution Blow Spinning (SBS) technique has gained prominence due to its efficiency and potential for technological applications. This thesis aims to evaluate the morphology of YBCO fibers doped with magnetic (Ni) and non-magnetic (Zn) atoms at concentrations of 0.01, 0.02, 0.04, 0.08, 0.16, and 0.32, produced by SBS. For this purpose, precursor solutions were prepared using the "One Pot" method with metallic salts and PVP of different molar masses (360,000 g/mol and 1,300,000 g/mol), and their viscosities were measured to ensure suitability for the spinning process. The fibers produced were morphologically analyzed by Scanning Electron Microscopy (SEM). In the green state, the fibers exhibited a cylindrical shape, smooth, elongated, and continuous surface. After sintering, they retained the fibrous aspect, but some fibers agglomerated and formed interconnection points, resulting in a rough surface due to the formation of grains in a polycrystalline wire. The fibers produced with 1,300,000 g/mol PVP had slightly smaller average diameters compared to those produced with 360,000 g/mol PVP. After sintering, there was an average reduction in fiber diameters of 51.6% for the lower molar mass PVP and 41.6% for the higher molar mass PVP. X-Ray Diffraction (XRD) analyses confirmed the predominance of the orthorhombic phase of YBCO in all samples. In undoped samples and those with small dopant concentrations, the secondary phase BaCuO₂ was observed. No characteristic peaks of the dopant elements were detected, even after Rietveld refinement. However, there were changes in the peak associated with the (110) plane of YBCO, indicating changes in the crystal structure, possibly due to oxygen concentration. The analyses support the hypothesis of lattice doping, as no Ni and Zn peaks were evidenced. Additionally, thermogravimetric analyses (TGA, DTG, and DTA) of the doped samples confirmed the formation of the YBCO and BaCuO₂ phases. To the best of our knowledge, this is the first work that presents the production of Ni- and Zn-doped YBCO fibers from SBS.