أكسيد نحاس الإيتريوم الباريوم مركب غير عضوي، وهو من المركبات فائقة التوصيل للحرارة، له كثافة تيار حرجة عالية جدًا  أما البلورات المتعددة منه لها كثافة تيار حرجة منخفضة جدًا، وتم تحقيق العديد من التطبيقات التجارية للمواد فائقة التوصيل ذات درجة الحرارة العالية على سبيل المثال، تستخدم المواد فائقة التوصيل كمغناطيس في التصوير بالرنين المغناطيسي، والتحليق المغناطيسي، وتقاطعات جوزيفسون.

 

أكسيد نحاس الإيتريوم الباريوم

 

في الكيمياء إن مركب أكسيد نحاس الإيتريوم الباريوم، غالبًا ما يُختصر بـ (YBCO)، وهو عبارة عن مركب كيميائي غير عضوي يمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (YBa2Cu3O7)، واكتسبت هذه المادة، المعروفة باسم “الموصل الفائق عالي الحرارة”، مكانة بارزة لأنها كانت أول مادة تحقق الموصلية الفائقة فوق درجة غليان النيتروجين.

 

تركيب أكسيد نحاس الإيتريوم الباريوم

 

تم تصنيع أكسيد نحاس الإيتريوم الباريوم لأول مرة عن طريق تسخين خليط من الكربونات المعدنية عند درجات حرارة تتراوح بين 1000 إلى 1300 كلفن، تبعا للمعادلة التالية:

4BaCO3 + Y2(CO3)3 + 6 CuCO3 → 2 YBa2Cu3O{7-x} + 13 CO2 + (3+x)O2

تستخدم التوليفات الحديثة لأكسيد نحاس الإيتريوم الباريوم الأكاسيد والنترات المقابلة، وإن خاصية التوصيل الفائق لـ (YBa2Cu3O {7-x}) حساسة لقيمة (x)، محتوى الأكسجين فيه، فقط تلك المواد التي تحتوي على (0 ≤ x ≤ 0.5) هي مواد فائقة التوصيل أقل من (Tc)، وعند (x ~ 0) تكون المواد فائقة التوصيل عند أعلى درجة حرارة، 95 كلفن.

 

بالإضافة إلى كونه حساسة لقياس العناصر المتكافئة للأكسجين، تتأثر خصائص أكسيد نحاس الإيتريوم الباريوم بطرق التبلور، يجب توخي الحذر لتلبيده (YBCO)، أكسيد نحاس الإيتريوم الباريوم عبارة عن مادة بلورية، ويتم الحصول على أفضل أداء للتوصيل الفائق عندما يتم محاذاة حدود الحبوب البلورية عن طريق التحكم الدقيق في معدلات درجة حرارة التلدين والتبريد.

 

بنية أكسيد نحاس الإيتريوم الباريوم

 

يتبلور أكسيد نحاس الإيتريوم الباريوم في هيكل بيروفسكايت معيب يتكون من طبقات، يتم تحديد حدود كل طبقة بواسطة طائرات من وحدات أكسيد النحاس (CuO4) المستوية المربعة التي تشترك في 4 رؤوس، على الرغم من أن (YBa2Cu3O7) عبارة عن مركب كيميائي محدد جيدًا له بنية محددة وقياس كيميائي.

 

فإن المواد التي تحتوي على أقل من سبع ذرات أكسجين لكل وحدة صيغة هي مركبات غير متكافئة، يعتمد هيكل هذه المواد على محتوى الأكسجين، الشكل رباعي الزوايا من (YBCO)، وغالبًا ما أدى تعديل سطح المواد إلى خصائص جديدة ومحسنة، وتم تطوير تثبيط التآكل، والتصاق البوليمر والتنوي، وإعداد الهياكل العضوية فائقة التوصيل / العازل / ثلاثي الطبقات فائقة (Tc)، وتصنيع المعادن / العازل / تقاطعات أنفاق الموصل الفائق.

 

وكل ذلك باستخدام (YBCO) المعدل السطحي، ويتم تصنيع هذه المواد ذات الطبقات الجزيئية باستخدام قياس الفولتميتر الدوري، حتى الآن ،لقد تم إنتاج أكسيد نحاس الإيتريوم الباريوم مع طبقات الألكيلامين والأريلامين والثيول بثبات متفاوت للطبقة الجزيئية، وتم اقتراح أن الأمينات تعمل كقواعد لويس وترتبط بمواقع سطح النحاس الحمضية لويس في (YBa2Cu3O7) لتكوين روابط تنسيق مستقرة.

 

تطبيقات في التكنولوجيا لأكسيد نحاس الإيتريوم الباريوم

 

1- تم تحقيق العديد من التطبيقات التجارية للمواد فائقة التوصيل ذات درجة الحرارة العالية، على سبيل المثال تستخدم المواد فائقة التوصيل كمغناطيس في التصوير بالرنين المغناطيسي والتحليق المغناطيسي وتقاطعات جوزيفسون، ولم يتم استخدام أكسيد نحاس الإيتريوم الباريوم في العديد من التطبيقات التي تتضمن الموصلات الفائقة لسببين رئيسيين:

 

  • أولاً، في حين أن بلورات أكسيد نحاس الإيتريوم الباريوم (YBCO) المفردة لها كثافة تيار حرجة عالية جدًا، فإن البلورات المتعددة لها كثافة تيار حرجة منخفضة جدًا، أي أنه لا يمكن تمرير سوى تيار صغير مع الحفاظ على الموصلية الفائقة، ترجع هذه المشكلة إلى حدود الحبيبات البلورية في المادة: عندما تكون زاوية حدود الحبوب أكبر من حوالي 5 درجات، لا يمكن للتيار الفائق عبور الحدود.

 

ومن الممكن أن يتم التحكم في مشكلة حدود الحبوب إلى حد ما من خلال تحضير أغشية رقيقة عبر (CVD) أو من خلال تركيب المادة لمحاذاة حدود الحبوب، ترتبط المشكلة الثانية التي تحد من استخدام هذه المادة في التطبيقات التكنولوجية بمعالجة المادة، مواد الأكسيد مثل هذه هشة، وتشكيلها إلى أسلاك بأي عملية تقليدية لا ينتج عنها موصل فائق مفيد.

 

  • أخيرًا، تجدر الإشارة إلى أن تبريد المواد إلى درجة حرارة النيتروجين السائل غالبًا ما يكون غير عملي على نطاق واسع، على الرغم من أن العديد من المغناطيسات التجارية يتم تبريدها بشكل روتيني إلى درجات حرارة الهيليوم السائل، وتتمثل الطريقة الواعدة التي تم تطويرها لاستخدام هذه المادة في ترسيب أكسيد نحاس الإيتريوم الباريوم على أشرطة معدنية مرنة مغطاة بأكاسيد معدنية مؤقتة.

 

2- من الممكن أن يتم إدخال الملمس في الشريط المعدني نفسه (عملية RABiTS) أو يمكن ترسيب طبقة عازلة خزفية محكم، من خلال مساعدة شعاع أيوني، على ركيزة سبيكة غير مصقولة (عملية IBAD)، تمنع طبقات الأكسيد اللاحقة انتشار المعدن من الشريط إلى الموصل الفائق أثناء نقل القالب لتكوين الطبقة فائقة التوصيل.

 

3- تُستخدم المتغيرات الجديدة في تقنيات الترسيب الكيميائي للأمراض القلبية الوعائية و (PVD) والمحلول لإنتاج أطوال طويلة من طبقة أكسيد نحاس الإيتريوم الباريوم النهائية بمعدلات عالية.