本實驗以固態法製備了三系列正交晶系的Bi2+x-zSr2-x+zCuOy單相樣品，取代量為0 ≦ x, z ≦0.10。掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察發現樣品多屬層狀結構。EDS分析發現樣品中Bi元素會有0.6 ~ 4.2% 揮發的情況出現。Bi2-zSr2+zCuOy與Bi2Sr2-xCuOy系列樣品的電洞濃度隨取代量增加而增加，有電洞摻雜的效應；反之，Bi2+xSr2CuOy系列樣品則有電洞充填效應。三個系列樣品在正常態時皆呈金屬性；低溫時，會轉變成超導態，Tc(onset) 均隨取代量增加而下降。未取代樣品(Bi2Sr2CuOy)具有最高的Tc(onset)，其值為7.9 K，電洞濃度為0.237。XANES光譜分析所得的相對電洞濃度與碘間接滴定法所得結果變化一致。

In this research, sigle phase orthorhombic Bi2+x-zSr2-x+zCuOy compounds with 0 ≦ x, z ≦ 0.10 were prepared by a solid state reaction method. Laminar structure is observed for all the samples under SEM. EDS analysis show that Bi is volatile, the depletion amount is in the range of 0.6 ~ 4.2%. Hole concentration of the Bi2-zSr2+zCuOy and Bi2Sr2-xCuOy series samples increases with increasing x (or z), showing a hole doping effect. In contrary, Bi2+xSr2CuOy series samples show a hole filling effect. Bi2+x-zSr2-x+zCuOy series samples are metallic in normal state and they are superconductors at lower temperature. Tc(onset) decreases with increasing x (or z). Bi2Sr2CuOy has the highest Tc at 7.9 K with an optimal hole concentration of 0.237. Hole concentration obtained from XANES and iodometric titration agrees well in the Bi2+x-zSr2-x+zCuOy compounds.

壹、	緒論
  一、超導體之發展史........................................................1
  二、 Bi-Sr-Cu-O 系統超導氧化物的結構簡介................4
  三、Rietveld分析........................................5
  四、氧含量與電洞濃度....................................6
  五、Bi2Sr2CuOy的相關文獻................................7
  六、實驗目的...........................................10
貳、實驗
  一、試藥…………………………………………………………….13
  二、樣品的製備…………………………………………………….13
  三、實驗步驟……………………………………………………….14
  四、 樣品的物性測量……………………………………………..15
     1. X-光粉末繞射圖譜鑑定…………………………………...15
    2. Rietveld分析法…………………………………………....16
     3. GSAS精算法……………………………………...........17
     4. 導電度的測量……………………………………………….18
     5. 氧含量滴定分析………………………………….........22
     6. 掃描式電子顯微鏡分析…………………………………….24
     7. 能量分散X光光譜分析……………………………………..25
8. X-光吸收近邊緣結構光分析………………………………......26
參、結果與討論………………….………………………………....30
  一、樣品的製備與鑑定...........…………………………....30
  二、結構……….…………………………………………………..37
  三、氧計量(y)與電洞濃度(p)…………………………………...49
  四、導電度..............……………………………………….56
  五、外觀和元素分析……………..……………………………...71
  六、 O-K edge吸收光譜………..……………………………....88
肆、結論……………………………………………………………….95
伍、參考資料………………………………………………………….96
圖目錄
圖1-1. Perovskite的二種單位晶胞示意圖…………………………….11
圖1-2. Bi2Sr2CuO6(2201)的單位晶胞圖………………………………...............................12
圖2-1. X-光粉末繞射儀之裝置圖……………………………………...........................16
圖2-2 標準四極法的樣品架設……………………………………….21
圖2-3 超導體電阻率對溫度關係圖中Tc的定義…………………….22
圖 3-1. Bi1.95Sr2.05CuOy樣品不同製備溫度之比較圖………………...31
圖 3-2. Bi2.05Sr2CuOy樣品不同製備溫度之比較圖…………………...32
圖 3-3. Bi2Sr1.95CuOy樣品不同製備溫度之比較圖…………………...32
圖3-4. Bi2Sr2CuOy的X-光粉末繞射圖………………………………..33
圖3-5. Bi-2201單相樣品的XRD圖…………………………………...33
圖3-6. Bi2-zSr2+zCuOy單相樣品的XRD圖……………………………34
圖3-7. Bi2+xSr2CuOy單相樣品的XRD圖……………………………...34
圖3-8. Bi2Sr2-xCuOy單相樣品的XRD圖……………………………...35
圖 3-9. Bi-2201之GSAS計算圖譜……………………………………38
圖 3-10. Bi1.975Sr2.025CuOy樣品之GSAS計算圖譜……………………38
圖 3-11. Bi1.95Sr2.05CuOy樣品之GSAS計算圖譜……………………39
圖 3-12. Bi1.925Sr2.075CuOy樣品之GSAS計算圖譜…………………..39
圖 3-13. Bi1.9Sr2.1CuOy樣品之GSAS計算圖譜………………………40
圖 3-14. Bi2.025Sr2.0CuOy樣品之GSAS計算圖譜…………………….40
圖 3-15. Bi2.05Sr2.0CuOy樣品之GSAS計算圖譜……………………...41
圖 3-16. Bi2.075Sr2.0CuOy樣品之GSAS計算圖譜…………………….41
圖 3-17. Bi2.1Sr2.0CuOy樣品之GSAS計算圖譜………………………42
圖 3-18. Bi2.15Sr2.0CuOy樣品之GSAS計算圖譜……………………..42
圖 3-19. Bi2.2Sr2.0CuOy樣品之GSAS計算圖譜………………………43
圖 3-20. Bi2.0Sr1.975CuOy樣品之GSAS計算圖譜…………………….43
圖 3-21. Bi2.0Sr1.95CuOy樣品之GSAS計算圖譜……………………..44
圖 3-22. Bi2.0Sr1.925CuOy樣品之GSAS計算圖譜…………………….44
圖 3-23. Bi2.0Sr1.9CuOy樣品之GSAS計算圖譜……………………….45
圖 3-24. Bi2-zSr2+zCuOy系列樣品單位晶胞常數與取代量關係圖…...45
圖 3-25. Bi2+xSr2CuOy系列樣品單位晶胞常數與取代量關係圖…….46
圖 3-26. Bi2Sr2-xCuOy系列樣品單位晶胞常數與取代量關係圖……..46
圖3-27. Bi2+x-z Sr2-x+zCuOy系列樣品晶胞體積與取代量關係圖……...47
圖3-28. Bi2-zSr2+zCuOy 系列樣品的氧計量與取代量的關係圖……...50
圖3-29. Bi2+xSr2CuOy 系列樣品的氧計量與取代量的關係圖……….50
圖3-30. Bi2Sr2-xCuOy 系列樣品的氧計量與取代量的關係圖……….51
圖3-31. Bi2+x-zSr2-x+zCuOy 系列樣品的氧計量與取代量的關係圖…..51
圖3-32. Bi2-zSr2+zCuOy 系列樣品電洞濃度與取代量的關係圖……52
圖3-33. Bi2+xSr2CuOy 系列樣品電洞濃度與取代量的關係圖……….53
圖3-34. Bi2Sr2-xCuOy 系列樣品電洞濃度與取代量的關係圖……….53
圖3-35. Bi2+x-zSr2-x+zCuOy 系列樣品電洞濃度與取代量的關係圖…..54
圖3-36. Bi-2201 電阻率與溫度的關係圖…………………………….55
圖3-37. Bi1.975Sr2.025CuOy樣品電阻率與溫度的關係圖………………56
圖3-38. Bi1.95Sr2.05CuOy樣品電阻率與溫度的關係圖………………...56
圖3-39. Bi1.925Sr2.075CuOy樣品電阻率與溫度的關係圖………………57
圖3-40. Bi1.9Sr2.1CuOy樣品電阻率與溫度的關係圖………………….57
圖3-41. Bi2.025Sr2CuOy樣品電阻率與溫度的關係圖………………….58
圖3-42. Bi2.05Sr2CuOy樣品電阻率與溫度的關係圖…………………..58
圖3-43. Bi2.075Sr2CuOy樣品電阻率與溫度的關係圖………………….59
圖3-44. Bi2.1Sr2CuOy樣品電阻率與溫度的關係圖…………………...59
圖3-45. Bi2.15Sr2CuOy樣品電阻率與溫度的關係圖…………………..60
圖3-46. Bi2.2Sr2CuOy樣品電阻率與溫度的關係圖…………………...60
圖3-47. Bi2Sr1.975CuOy樣品電阻率與溫度的關係圖………………….61
圖3-48. Bi2Sr1.95CuOy樣品電阻率與溫度的關係圖………………….61
圖3-49. Bi2Sr1.925CuOy樣品電阻率與溫度的關係圖…………………62
圖3-50. Bi2Sr1.9CuOy樣品電阻率與溫度的關係圖…………………...62
圖 3-51. Bi2-zSr2+zCuOy系列樣品Tc(onset)與取代量關係圖…………....64
圖 3-52. Bi2+xSr2CuOy系列樣品Tc(onset)與取代量關係圖…………….65
圖 3-53. Bi2Sr2-xCuOy系列樣品Tc(onset)與取代量關係圖……………..65
圖3-54. Bi2-zSr2+zCuOy系列樣品導電率與溫度關係圖………………66
圖3-55. Bi2+xSr2CuOy系列樣品導電率與溫度關係圖………………..66
圖3-56. Bi2Sr2-xCuOy系列樣品導電率與溫度關係圖………………...67
圖3-57. Bi2-zSr2+zCuOy系列樣品正規化導電率與溫度關係圖……….67
圖3-58. Bi2+xSr2CuOy系列樣品正規化導電率與溫度關係圖………...68
圖3-59. Bi2+xSr2CuOy系列樣品正規化導電率與溫度關係圖………..68
圖 3-60. Bi2+x-zSr2-x+zCuOy系列樣品Tc(onset)與取代量關係圖………...69
圖 3-61. Bi2+x-zSr2-x+zCuOy系列樣品Tc(onset)與電洞濃度關係圖……..69
圖3-62. Bi-2201樣品放大倍率7500倍之SEM圖………………….70
圖3-63. Bi2-zSr2+zCuOy系列樣品放大倍率7500倍之SEM圖……….71
圖3-64. Bi2+xSr2CuOy系列樣品放大倍率7500倍之SEM圖…………72
圖3-65. Bi2Sr2-xCuOy系列樣品放大倍率7500倍之SEM圖………….73
圖3-66. Bi2-zSr2+zCuOy樣品之EDS圖譜………………………………75
圖3-67. Bi2+xSr2CuOy樣品之EDS圖譜………………………………..77
圖3-68. Bi2Sr2-xCuOy樣品之EDS圖譜……………………………….78
圖 3-69. Bi2-zSr2+zCuOy系列樣品Bi相對誤差關係圖………………..83
圖 3-70. Bi2+xSr2CuOy系列樣品Bi相對誤差關係圖…………………84
圖 3-71. Bi2Sr2-xCuOy系列樣品Bi相對誤差關係圖………………….84
圖 3-72. Bi2-zSr2+zCuOy系列樣品Sr相對誤差關係圖………………...85
圖 3-73. Bi2+xSr2CuOy系列樣品Sr相對誤差關係圖…………………85
圖 3-74. Bi2Sr2-xCuOy系列樣品Sr相對誤差關係圖…………………86
圖3-75. Bi2-zSr2+zCuOy系列樣品O-K edge吸收光譜圖………………88
圖3-76. Bi2+xSr2CuOy系列樣品O-K edge吸收光譜圖……………….88
圖3-77. Bi2Sr2-xCuOy系列樣品O-K edge吸收光譜圖………………..89
圖 3-78. Bi2-zSr2+zCuOy系列樣品O-K edge光譜電洞濃度與取代量關
        係圖…………………………………………………………..90
圖 3-79. Bi2+xSr2CuOy系列樣品O-K edge光譜電洞濃度與取代量關
        係圖…………………………………………………………..91
圖 3-80. Bi2Sr2-xCuOy系列樣品O-K edge光譜電洞濃度與取代量關係
        圖……………………………………………………………..91
圖 3-81. Bi2+x-z Sr2-x+zCuOy系列樣品O-K edge光譜電洞濃度與取代量關係圖………………………………………………………..92
圖 3-82. Bi2+x-z Sr2-x+zCuOy系列樣品碘間接滴定法電洞濃度與O-K edge光譜電洞濃度關係圖…………………………………..92
表目錄
表 2-1. 固態法製作所用之藥品……………………………………....13
表2-2. 碘間接滴定法所用之藥品…………………………………….13
表3-1. Bi2+x-z Sr2-x+zCuOy系列樣品已製作部分……………………….29
表3.2 Bi2+x-zSr2-x+zCuOy系列樣品單位晶胞參數……………………...37
表 3.3 Bi2-zSr2+zCuOy 系列樣品的氧計量與電洞濃度……………….48
表 3.4 Bi2+xSr2CuOy 系列樣品的氧計量與電洞濃度………………...49
表 3.5 Bi2Sr2-xCuOy 系列樣品的氧計量與電洞濃度………………...49
表 3.6 Bi2-zSr2+zCuOy系列樣品的電性量測值………………………..63
表3.7 Bi2-zSr2+zCuOy系列樣品所含元素之百分比與相對誤差………79
表3.8 Bi2+xSr2CuOy系列樣品所含元素之百分比與相對誤差………..80
表3.9 Bi2Sr2-xCuOy系列樣品所含元素之百分比與相對誤差………..81
表 3.10 Bi2+x-zSr2-x+zCuOy系列樣品EDS結果總表…………………..82
表3-11. Bi2+x-zSr2-x+zCuOy系列樣品O-K edge吸收光譜圖之pre-edge峰計算結果…………………..89

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