Synthèse et caractérisation d'une céramique supra conductrice

Résumé du document

Les supra conducteurs sont devenus des sujets de recherche des minéralistes et physiciens depuis une vingtaine d'années. Les supra conducteurs ont pour propriétés de pouvoir transporter (au dela d'une température critique) le courant sans perte de chaleur et de repousser les champs magnétiques environnants. Des applications directes peuvent alors être mises en pratique (fils electriques ou trains pendulaires). Le but de ce document (compte-rendu de TP) est la synthèse de la céramique supraconductrice YBa2Cu3O7 et la caractérisation de ses propriétés cristallographiques et physiques. Nous montrerons l'importance de l'état d'oxydation et de la non stœchiométrie du composé sur ses propriétés physiques.

Extraits

[...] Quelques applications ont déjà vu le jour. Par exemple, le Japon a mis au point un train fonctionnant sur le principe de la lévitation magnétique comme on a vu précédemment. Ceci permet de supprimer tous les frottements rails-train qui limitent la vitesse des transports. La supraconductivité fait également progresser le domaine médical en améliorant les systèmes d'imagerie tels l'IRM. Enfin des domaines moindres sont également sollicités comme la création de processeurs et de câbles électriques remplaçant les fils de cuivre évitant la perte d'énergie par effet Joule. [...]

[...] Synthèse et caractérisation d'une céramique supra conductrice But du TP : synthèse de la céramique supraconductrice YBa2Cu3O7 et caractérisation de ses propriétés cristallographiques et physiques. Nous montrerons l'importance de l'état d'oxydation et de la non-stœchiométrie du composé sur ses propriétés physiques. Synthèse On mélange 0,3026 g d'Y g de CuO et 1,0578 g de BaCO3 pour respecter des proportions stœchiométriques de l'équation : Y203 + 3 CuO+ 2 BaCO3 = YBa2Cu3O6+x + CO2 On calcule ces masses ainsi : Pour 2g de mélange, on a : On met notre mélange dans un four à 950°C pendant une heure (en prenant soin de ne pas pastiller notre poudre fraîche pour obtenir de meilleurs résultats) On retire notre poudre afin de la pastiller et on la remet au four pendant 1 heure encore. [...]

[...] De plus on remarque certaines lacunes en O2- de part et d'autre de la maille. Conclusion La température critique varie en fonction de la teneur en oxygène. Il est donc important de bien contrôler cette teneur de façon à avoir des propriétés optimales pour la supraconductivité de l'YBCO. Ce composé est l'un des seuls à être à la fois facile à synthétiser (la preuve on l'a fait) et détient une température critique très haute ce qui permet de l'étudier assez facilement (l'azote liquide permet de poser les conditions nécessaires à ces études). [...]

[...] Ici Cu3+ est transformé en Cu2+ car Cu3+ est instable en solution et qu'ici on réalise une réaction en phase liquide. Il ne reste plus que la réaction : 2Cu2+ + 4I- = 2CuI + I2 qui nous permet de calculer le nombre de mole de cuivre total. YBa2Cu3O7-δ correspond à YIIIBaII2CuIIx'CuIIIy'O-II7-δ Avec x'= = 2,508 ; y'= = 0,492 Ceci permet d'amener les nombres de moles à l'échelle de la molécule. L'équation de neutralité est : 3+2*2+2x'+3y'=14-2δ d'où δ = 0,254. Degré moyen d'oxydation du cuivre : (2x'+3y')/3 = 2,164. [...]

[...] On trempe à présent notre pastille dans de l'azote liquide, cette fois quand on approche l'aimant le pendule bouge de façon à s'éloigner de l'aimant. Interprétation Nous avons mis en avant l'effet Meissner. A température ambiante, l'YBCO ne réagit pas sous l'influence d'un champ magnétique. Lorsque l'on atteint sa température critique, ses propriétés supraconductrices apparaissent, et se comporte alors comme un diamagnétique parfait. Il s'oppose à l'action du champ magnétique. La susceptibilité magnétique est négative (diamagnétique) et est égale à ce qui est bien supérieur aux diamagnétiques courants. [...]