IBN AL- HAITHAM J. FO R PURE & APPL. SC I VO L. 23 (1) 2010 Prepared Electrical Resistivity Been Pure TiOBa 3 Impurity M. Z. Mohmaed , A. A. Rmthan Department of Physics , College of Educatin, University of Anbar. Abstract 3TiOBa was prepared by mixing the components of 3COBa and 2TiO by ratio [1:1] ، This paper is devoted to study the effect of radition on the electrical properties of 3TiOBa . Some of prepared samples were exposed to fast neutrons  SMeV and  MeV14 . In addition ، Some samples were exposed to gamma – ray with dosage  Rad8105.1  . The results showed that the exposition of some samples to fast neutrons  SMeV and  MeV14 lead to increase the electrical resistivity with the study of the effect of the addition of impurity on electrical resistivity . The addition of two compounds  32OYb and  32OSm lead to decrease of electrical resistivity at a concentration of  %2.0 mol for both compounds ، while the increase of concentration at  %5.0 mol lead to increase electrical resistivity again . 2010) 1( 23مجلة ابن الھیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلد تحضیر ودراسة المقاومیة الكهربائیة TiOBaلمادة تیتانیت الباریوم النقیة والمشوبة 3 ن ، مصطفى زعین محمد أحمد عباس رمضا جامعة االنبار ،كلیة التربیة ،قسم الفیزیاء ةصالخال تناول البحث دراسة تـأثیر اإلشـعاع ، ) 1:1(بنسبة 2TiOو 3COBaبخلط مركبي 3BaTiOمادة تحضر ــــ فــــي ــــد عرضـ ـة لهـــــذه المــــادة فقـ ـــریعة ذي تالخـــــواص الكهربائیـــ ـات الســ ــــ ــة النیوترون ــــى حزمــ ـــرة إلـ ـــاذج المحضـ بعــــض النمــ الطاقـة SMeV و MeV14 بعـض النمـاذج إلـى أشـعة كامـا وبجرعـة قـدرها تكمـا عرضـ Rad8105.1  وكانــت إن تعـریض النمـاذج لحزمــة النیوترونـات السـریعة ، أتيالنتـائج كمـا یــ SMeV و MeV14 أدى إلــى زیـادة المقاومیــة ة تـأثیر إضـافة الشـوائب علـى المقاومیـة الكهربائیـة ،الكهربائیـة إن إضـافة مركبـي لـوحظولدراسـ  32OYb و  32OSm ـد تركیـز قـدره أدى إلـى خفـض المقاومیـة الكهربائیـة عنـ %2.0 mol لكـل منهمــا وعنـد زیـادة التركیـز إلــى %5.0 mol .أدى إلى زیادة المقاومیة الكهربائیة مرة أخرى المقدمة تیتانیـت فـي بـدایات القـرن العشـرین وفـي مقـدمتها مـادة تیتانیـت البـاریوم وذلـك التســاع لقـد بـدأ االهتمـام بمركبـات ال ونتیجــة یـدةعددول ن العدیـد مـن الدراسـات أجریــت لهـذه المركبـات فـي ا اذ ،مجـاالت اسـتخدامها فـي العدیـد مــن الصـناعات وهـي مـواد عازلـة عضـویة Ferroelectrics 1] [مادة تیتانیت الباریوم ضـمن المـواد الفیروكهربائیـة صنفتلهذه الدراسات ـاریوم تمثــل ا اذ] 2 [االســتقطاب ــات مجموعــة البیروفســكایت أن مــادة تیتانیــت البــ ــیغة Perovskiteحــد مركبـ ذي الصـ أو اتمثـل معـدنا ثنائیـ Aالن ،وهي إحدى المجامیع الثانویـة التـي تنتمـي إلـى صـنف المـواد الفیروكهربائیـة 3ABOالعامة .أو خماسي التكافؤ اتمثل معدنا رباعی Bو ،أحادي التكافؤ ة یبـدي تـأثیرات تخلفیـة للعالقـة بـین االسـتقطاب والمجـال ) Hysteresis Effect(إن هـذا النـوع مـن المـواد العازلـ ـائي المســـــلط ـــزل لهـــــذه المـــــوا اذ. الكهربـــ ـــرف العــ ـهإن تصــ ـــي أوجــــ ــابه فـ ــــدعد د مشـــ ـــي المـــــواد ةیـ ـــیة فــ ـــرف المغناطیســ لتصــ ) .Ferromagnetics(الفیرومغناطیسیة في جمیع المجاالت سواء كانت علـى لمعتكاد تست اذ،إن المواد العازلة تدخل في كثیر من المنظومات الكهربائیة من البحـوث للحصـول علـى مـواد عازلـة تمتـاز مستوى االلكترونیات الدقیقة أو في مجاالت الضغط العالي وقد أجریت الكثیر اذ،بخاصـیة عـزل تـتالئم ومتطلبـات التطـور االلكترونـي الهائـل الـذي یحـدث فـي مجـاالت الحاسـبة االلكترونیـة واالتصــاالت ة مختلفــة وبحجـوم متناهیـة فــي الصـغر ة فـي التــرددات العالیـة وعنــد درجـات حراریـ كــذلك ، )3(یتطلـب اسـتخدام المــواد العازلـ وفـي صـناعة أجـزاء خـزن المعلومـات فـي الحاسـبة ،فـي صـناعة المتسـعات لمعمـادة تیتانیـت البـاریوم فأنهـا تسـتالـى لنسـبة با . ] Dielectric amplifiers(] 4(وفي صناعة المضخمات العزلیة ،االلكترونیة 2010) 1( 23یة المجلدمجلة ابن الھیثم للعلوم الصرفة والتطبیق ـــزل للمــــواد ــــى حقیقـــة إن ثابــــت العـ ـــتنادا إل ـة فــــي تولیــــد الفولتیــــة العالیـــة اسـ كـــذلك اســــتخدمت المــــواد الفیروكهربائیــ ) . Curie Temperature(الفیروكهربائیة حساس عند درجة حرارة كیوري تحسـب اذ،نیـت البـاریوم ودراسـة المقاومیـة الكهربائیـة لهـایتاتتناولت الدراسة الحالیة تحضیر النمـاذج النهائیـة لمـادة المقاومیــة VR ـم منــتظم ذي مقطــع عرضــي ثابــت مســـاحته لجسـ A علــى امتــداد الطــول L مــن خــالل العالقـــة :الریاضیة االتیة  1....... A L R VV  ان اذ V ان التوصیلیة أي10 ] [مقلوب التوصیلیة تمثل المقاومة النوعیة التي تختلف باختالف المادة وتساوي:  2............ 1 AR L V V    نف مـواد السـیرامیكیة تصـلمقاومیتها فمثًال معظم اللدائن وانجد ان هذه االنواع الثالث تكون متداخلة في مبانیها من حیث قیم او عنــدما ،م اضـافة نسـب مختلفـة مـن بعـض انـواع المعـادنتموصـلة جزئیـًا عنــدما یـ اها مـوادوصـفعازلـة ولكـن یمكـن امـواد وفــق علـى زیــادة درجـة الحــرارة او عنــدما تسـخن الــى درجـات حــرارة عالیـة اذ ان التوصــیلیة تـزداد اســیًا مـع،تعـرض للرطوبـة : [11] العالقة )3....(..........exp0         TK E B a ان اذ 0 : التوصیلیة عند درجة حرارة الصفر المطلق. BK : ثابت بولتزمان. aE : طاقة التنشیط. المواد وطرائق العمل ة الكهربائیـة التـي قســمت النمـاذج النهائیـة المخصصـة لدراسـة المقاومیـ تاسـتنادا إلـى نتـائج التجـارب األولیـة حضـر :ثالث مجامیع على . ) (1:1بنسبة مولیة 2TiOو 3COBaوهي خلیط لمركبي : المجموعة األولى ة 2TiOو 3COBaوهــي خلــیط لمركبــي : المجموعـة الثانیــة مــع نقــص فــي مركــب ) (1:1وبنسـبة مولیــ 3COBa بمقــدار x ـائبة المضــافة وهــي مركــب الــذي یمثــل النســبة المئویــة الوزنیــة للمــادة الشـ  32OSm ـا یـــ ي أتوكمـ 2TiO SmxxBal إن قیم اذ x افة بحدود المض %5.0,2.0,1.0 molx . ــة الثالثــــة المج ـــي : موعـ ـــیط لمركبـ ـــي خلـ ـــبة مولیــــة 2TiOو 3COBaوهـ مــــع نقــــص فــــي مركــــب ] 1:1[وبنسـ 3COBa بمقــدار x ة المضــافة وهـي مركـب الـذي یمثـل النسـبة المئویــة الوزنیـة للمـادة الشـائب 32OYb يأتوكمـا یــ 2TiO YbxxBal  إن قیم اذ x المضافة بحدود %5.0,2.0,1.0 molx . 2010) 1( 23مجلة ابن الھیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلد تمام خلط المجامیع الـثالث ومـدة بعد إ hr48 ة فـي تحضـیر مـادة تیتانیـت البـاریوم النقیـة تیـالخطـوات األ تطبقـ :ي أتوالمشوبة وكما ی ة بعــد إضـــافة قطـــرات مــن محلـــول البــولي ایثلـــین كالیكــول : أوال ــیط كــل مجموعـــ ـبس خلـ كـ Bec مـــادة رابطـــة  Binder بتسلیط ضغط قدره cmKN240 وبزمن min2 . بعد ذلك وضعت النماذج في الفرن الكهربائي ورفع درجة حرارتـه إلـى : ثانیا C500 وتثبیتـه عنـد هـذه الدرجـة ة الحـرارة إلـى درجـ تبعد ذلـك رفعـ [4]مدة نصف ساعة للتخلص من المادة الرابطة C1300 ومـدة hr9 بعـد : ثالثـا ومن ثم إعادة كبسها ) Agate mortar(إخراج النماذج من الفرن تم طحنها باستخدام هاون من العقیق .بالفقرة أوال هانفسأ لظروفاوب رن أنبـوبي مـزود بجهـاز سـیطرة للـتحكم ببرنـامج عملیـة النماذج بوضـعها بفـ) Sintering(بعد ذلك تم تلبید : رابعا تجري عملیة التلبید بمدى من الدرجات الحراریة من ،التلبید C14001250 وبمعدل تسـخین min5 C مـدداو مـن hr95.0  ثـم تتــرك األقـراص داخــل الفـرن لكــي تبـرد وبمعــدل تبریـد min5 C ة تــم أولقــد لـوحظ ن أفضــل كثافـ عند تلبید العینات بدرجة حرارة الحصول علیها هي C1300 دة مو hr9 . مـن مـادة تیتانیـت البـاریوم المشـوبة وغیـر لنمـاذج ) electrical resistivity(المقاومیة الكهربائیة تسیبعد ذلك ق ة والنماذج المعرضة لحزمة النیوترونات السـریعة وأشـعة كامـا وفـي مـدى درجـات حـرارة تتـراوح مـن المشوب K408308 ذلك باستخدام جهـاز meterRCLPM الـذي یـزود فولتیـة مسـتمرة 6303 voltageCD. قـدرها volt2 والمصـنع مـن شــركة Philips ها تتــراوح بـین وان مــدى المقاومــات التــي یقیســ  125 كــذلك تــم فــي هــذا القیــاس طــالء 1010 ـة مــن االلمنیـوم وربــط كــل أسـطحي كــل ة رقیقـ Silver(نمـوذج بســلكین موصــلین باسـتخدام معجــون الفضــة أنمــوذج بطبقـ Paste ( الیصالهما مع قطبي الجهاز الجراء القیاساتوذلك . عملیات التشعیع Gamma-Rayكاما ةتشعیع النماذج باشع: أوال ة ـــم اســـتخدام احـــد المصـــادر النظائریــــ ــر ) Isotopic source( فـــي هـــذا الجانـــب تـ ــا وهـــو نظیــ ــعة كامـ ألشــ الكوبلت 60CO الذي تحتویه خلیة كاما نوع )Gamma cell-220 ( عـة كندیـة الصـنع التـي تعطـي جر)dosage ( ـــدرها ــــ ــــ ــــ ــــ ــــ قـ hrRadM347.0 . ــــت ــــ ــــ ــــ ــــ ــــ ــر الكوبلـ ــــ ــــ ــــ ــــ ــــ إن نظیـــ 60CO ـا ــــ ــــ ــــ ــــ ــــ ــعة كامــــ ــــ ــــ ــــ ــــ ــــ ــث أشـــ ــــ ــــ ــــ ــــ ــــ یبعـــ )173.1,332.51(بطاقتین MeVMeV ، النماذج المخصصة ألشعة كاما لجرعة تكاملیة تعرض اذ )Integrated dosage ( قدرها RadM1025.1  . Fast neutronنیوترونات السریعة متعددة الطاقة التشعیع بال: ثانیا لقد تم تشعیع بعض النماذج من مادة تیتانیت الباریوم النقیة بالنیوترونات السریعة متعـددة الطاقـة وقـد اسـتخدم لهـذا لقـد تـم تعـریض ، 241BeAm] 6[برلیـوم -الغرض احد أنواع المصـادر النیوترونیـة النظائریـة وهـو مصـدر االمرشـیوم قدره Integrated fluxالنماذج لهذا المصدر بفیض تجمیعي cmn06.121012 . التشعیع بالنیوترونات السریعة أحادیة الطاقة : ثالثا MeV14 . زمــة النیوترونــات ذي طاقـة أحادیــة بعــض النمـاذج لح تلقـد عرضــ MeV14 monoenergetic) ( وذلــك ـة یـتم بوسـ) . Neutron generator(باسـتخدام المولـد النیــوتروني ـارة عـن منظومـ طتها تولیــد نیوترونـات ســریعة اوهـو عبـ  إن المولــد المسـتخدم مـن نـوع Sn1011أحادیـة الطاقـة وبحاصـل نیـوتروني قـدره 400T ومـن صـنع شــركة AID لذا شععت النماذج المخصصة لهذا الغرض بفیض قدره ،]7 [الفرنسیة cmn3.31010 . 2010) 1( 23مجلة ابن الھیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلد النتائج والمناقشة . ]10[المحضرة لحساب المقاومیة الكهربائیة للنماذج ) 1(لقد استخدمت المعادلة ة مـع درجــة الحـرارة لمـادة ) 1(الشـكل یمثـل یبــین ،غیـر مشـععة و المشـععة 3BaTiOتغیـر المقاومیـة الكهربائیـ إلـى حزمـة النیوترونـات السـریعة وبطاقـة 3BaTiOالشكل إن تعـریض مـادة MeVMeV وأشـعة كامـا أدى إلـى 14,5 لكن النیوترونات السریعة بطاقة ،ة المقاومیة الكهربائیة زیاد MeV5 أدت إلى زیادة المقاومیة الكهربائیة بدرجة اكبر مما ـات الســـریعة بطاقـــة أح دثتــه النیوترونــ MeV14 ه تلـــك وهـــذا یعــود إلـــى الفـــرق فـــي الفـــیض النیــوتروني التـــي تعرضـــت لـــ الطاقة يتم تعریض العینات ذ اذ،العینات MeV5 إلى فیض نیوتروني اكبر بكثیر مـن تلـك التـي تعرضـت لـه العینـات الطاقـة وذ MeV14 . ة بعـد التشــعیع قـد یفسـر علــى أسـاس أن اإلشـعاع یــؤدي إلـى تكــوین إن زیـادة المقاومیــة الكهربائیـ -Carrier( لقـنص حـامالت الشــحنة اسـطحیة وعمیقــة التـي تعمـل مراكــز ) Crystal defects(عیـوب بلوریـة Capture Centers ( زیادة المقاومیة الكهربائیة ونتائج هذه القیم مبینة في الجدول من ثم و)1( . ــكلین 3232إن إضــافة مركبـــي ) 3(و )2(نالحــظ مــن الشـ , OSmOYb ــر مــن نمـــط تغیــر المقا ة لــم یغیـ ومیـــ ــز ) 4(أمـــا الشــكل .الكهربائیــة مــع درجــة الحـــرارة وبمختلــف التراكیــز المضــافة ـة مــع التراكیـ فیبــین تغیــر المقاومیـــة الكهربائیـ 3232المضافة من مركبي , OSmOYb 3إلى مادةBaTiO وفي درجة حرارة 0308K یتضـح مـن هـذا الشـكل إن 3232 مركبـي , OSmOYb إن إضـافة المـركبین أدى إلـى هبـوط المقاومیــة اذها بشـكل كبیــر جـدا نفسـیتصـرفان بالكیفیـة الكهربائیة لتصل إلى أدنى قیمة لها عند التركیز mol%2.0 وعند زیادة التركیز فوق ذلـك فـان المقاومیـة الكهربائیـة تعـود .للزیادة مرة أخرى الســلوك یمكــن تفســیره علــى إن إضــافة تراكیــز واطئــة اهــذ إن mol%2.0 مــن المــركبین تــؤدي إلــى حــدوث أمـا زیـادة التركیـز فـوق ذلـك سـیؤدي إلـى هبـوط كبیـر فـي .نقص في األوكسجین ممـا یـؤدي إلـى خفـض المقاومیـة الكهربائیـة ) فجــوات ( ة أخــرى أو بمعنـى آخـر فــان غـاز األوكســجین معنـاه إلــى زیـادة المقاومیـة الكهربائیــة مـر مــن ثـمالحجـم الحبیبـي و 3232ووجـود هــذه الفجــوات یقلـل الكثافــة ویزیــد المسـامیة لــذا فــان وجـود إضــافة مــن , OSmOYb )ـغیرة ســوف ) نـوى صـ أمـا عنـد التراكیـز العالیـة اكبـر مـن. سـیؤدي إلـى قلـة المقاومیـة مـن ثـمتستقر بالفجوات و 2.0 سـیؤدي إلـى حـدوث عیـوب ) .1(زیادة المقاومیة ونتائج هذه القیم مبینة في الجدول من ثمبلوریة تعمل مراكز لقنص حامالت الشحنة و االستنتاجات ان آلیة الضرر الذي احدثته النیوترونات السـریعة واشـعة كامـا فـي مـادة تیتایـت البـاریوم تتمثـل بحـدوث تلـف : اوًال ة تصـادم جسـیمات هـذه االشـعاعات مـع حبیبـات المـادة ممـا ادى الـى زیـادة في التر كیب البلوري لهذه المادة والناتج مـن عملیـ ـــــن ــــ ة مــــ ــــ ــــ ــــ ــــة الكهربائیـ ــــ ــــ المقاومیـ cmohm.1020.6 8 ـــى ــــ ــــ الــ cmohm.1017 8 و cmohm.1048.8 8 و  cmohm.1089.9 8 ة على التوالي عند درجة حرار k308 . یـؤدي الــى نقـص المقاومیـة الكهربائیــة الـى ان تصــل الـى ادنــى 32OSmو 32OYbان اضـافة مركبــي : ثانیـًا قیمة لها cmohm.1078.0 8 و cmohm.1089.0 8 على التوالي عند تركیز mol%2.0 وعند زیـادة التركیـز فــوق ذلــك تعــود المقاومیــة للزیــادة الــى ان تصــل الــى cmohm.1047.15 8 و cmohm.1099.12 8 علــى الـــوالي عند تركیز mol%5.0 عند درجة حرارة k308 . 2010) 1( 23المجلد مجلة ابن الھیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة السلوك یمكن تفسیره على ان اضافة تراكیز واطئة هذا ان mol%2.0 من المركبین تؤدي إلى حدوث نقص في سیؤدي إلى هبوط كبیر في الحجم فأما زیادة التركیز فوق ذلك .األوكسجین مما یؤدي إلى خفض المقاومیة الكهربائیة . إلى زیادة المقاومیة الكهربائیة من ثمالحبیبي و References 1- Galasso , F.S. (1969) "International Series of monographs in solid state physics" vol.5 pergamon press .. 2- Dekker , A.J. (1957) "Solid state physics" prentice-Hall , Ins . الخـواص الكهربائیــة والمغناطیســیة " )1985(ني، فهــر غالــباع فرحــان والحیـاگـــو الجبـوري ، ).جامعة الموصل(وزارة التعلیم العالي والبحث العلمي " للمواد 3- 4- Karen L. Kavanag . (2000 )Can. J. Phys., Vol. 78 . 5. Mark, H.F. and Gaylord ,N.G. (1971) "Encyclopedia of polymer science and engineering" 2nd Ed.Vol.5 :531 6.Senor, D.(1987)"ElectricalPropertiesmaterials", Academic press, New York. 7. Syamaprasad,U .; Galgali ,R.K. and Mohanty ,B.C. (1988) " Capacitor Ceramic in pure and Doped Ba0.71Sr0.29 TiO3 " Orrisa , India , Vol.7 (5,6 ) 8. Tsoulfanidis, N. (1983) "Measurement and Detection of Radition . Hemisphere publishing Co-Washington. عند درجة حرارة 3BaTiOقیم المقاومیة الكهربائیة مع تركیز الشوائب المضافة لمادة : )1(جدول k308 . Resesistivity (ohm.cm) 323 OSmBaTiO  Resesistivity (ohm.cm) 323 OYbBaTiO  Concentration  %mol 81019.2  81037.3  0.1 81089.0  81078.0  0.2 81099.12  81047.15  0.5 2010) 1( 23مجلة ابن الھیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلد المشععة وغیر المشععة 3BaTiOدرجة الحرارة لمادة ل المقاومیة الكهربائیة كدالة :) 1(الشكل . 32OYbالمشوبة بمركب 3BaTiOدرجة الحرارة لمادة ل دالهكالمقاومیة الكهربائیة :) 2(الشكل 2010) 1( 23مجلة ابن الھیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة المجلد . 32OSmالمشوبة بمركب 3BaTiOكداله لدرجه الحرارهالمقاومیة الكهربائیة :) 3(الشكل عند درجة حرارة 3BaTiOتغیر المقاومیة الكهربائیة مع تركیز الشوائب المضافة لمادة :)4(الشكل k308 .