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초전도 자속고정 특성 향상을 위한 $ZrO_2$ 나노점의 형성 연구
Formation of $ZrO_2$ nanodots for the enhanced flux pinning properties in high $T_c$ superconducting films 원문보기

한국초전도·저온공학회논문지 = Superconductivity and cryogenics, v.10 no.1, 2008년, pp.15 - 18  

Chung, Kook-Chae () ,  Yoo, Jai-Moo () ,  Kim, Young-Kuk () ,  Lee, Hye-Moon () ,  Wang, X.L. (ISEM, Univ. of Wollongong) ,  Dou, S.X. (ISEM, Univ. of Wollongong)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To achieve high transport current without degradation under magnetic field, it is essential to artificially generate the pinning sites at which moving magnetic flux can be pinned. In this work, $ZrO_2$ nanodots were formed on the substrate surface using electro-spray deposition method. On...

주제어

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제안 방법

  • 나노점을 형성하였다. Atomic Force Microscopy (AFM)를 통해 형성된 나노점의 크기 및 분포에 대하 & 조사하였으며, 효과적인 자속고정 특성을 위한 나 노점의 밀도 증진에 대한 연구와 초전도내 기둥형 결흠-과의 관계에 대하여 알아보았다.
  • 습윤한 산소분위기에서 하소하여 초전도 전구체 박막을 형성하였으며, 이후 낮은 산소 분위기의 습윤한 분위기에서 고온 열처리를 하여 초전도 층을 형성하였다. X-ray diffraction법으로 초전도층의 상형 성 및 조직을 관찰하였으며, 초전도 임계전류밀도는 액체질소 온도 77K, self-field에서 4단자 법으로 측정하였다.
  • Zr 전구체 용액이 코팅 된 기판은 열처리 노에 넣어 후열처리를 하여 나노점을 형성하였다. ZrOz을 형성하기 위하여 산소 가스를 흘려주면서 약 1-2시간 동안 열처리하였다.
  • 고온 초전도 coated conductor0, ] 나노점 형성에 의한 기둥형 결함 유도를 적용하기 위한 실험으로서 YSZ 단결정을 이용하였다. 먼저 YSZ 단결정 기판 위에 완충층 CeO2를 증착하여 coated conductor 구조와 비슷한 조건에서 나노점 형성을 조사하였다.
  • 나노점의 크기 및 밀도를 조절하기 위하여 Zr 전구체의 농도를 변화시켜서 실험하였으며, 코팅시간에 따른 변화도 관찰하였다. Zr 전구체 용액을 균일하게 분무하기 위해서는 주사기 노즐 끝에서 conejet이 형성되어야 한다.
  • 단결정 YSZ 위에 CeO?를 증착한 후 전기 방사법으로 나노점 ZrO2를 형성하였다. 직경은 〜200nm, 높이는 〜 140nm로 관찰되었으며, 나노점 밀도는 〜 을 얻었다.
  • 단결정을 이용하였다. 먼저 YSZ 단결정 기판 위에 완충층 CeO2를 증착하여 coated conductor 구조와 비슷한 조건에서 나노점 형성을 조사하였다. Fig.
  • 본 연구에서는 전기방사법을 사용하여 기판 표면 위에 나노점을 형성하였다. Atomic Force Microscopy (AFM)를 통해 형성된 나노점의 크기 및 분포에 대하 & 조사하였으며, 효과적인 자속고정 특성을 위한 나 노점의 밀도 증진에 대한 연구와 초전도내 기둥형 결흠-과의 관계에 대하여 알아보았다.
  • 전기방사법으로 나노점 형성을 위한 예비실험으로 유리 기판을 사용하여 조사하였다. 분무 시간을 10초, 30초, 60초, 180초까지 변화시켰을 때 나 노점의 밀도는 각각 2.3/pm2, 5.3/pm2, 7.3/pm2, 16/卩詩로변화하였다. 즉 코팅시간이 증가함으로써 나노점의 밀도도 같이 증가했음을 알 수 있다.
  • 초전도 전구체 용액은 Fluorine이 없는 Y과 Cu 전구체와 Ba-TFA를 혼합하여 사용하였다. 습윤한 산소분위기에서 하소하여 초전도 전구체 박막을 형성하였으며, 이후 낮은 산소 분위기의 습윤한 분위기에서 고온 열처리를 하여 초전도 층을 형성하였다. X-ray diffraction법으로 초전도층의 상형 성 및 조직을 관찰하였으며, 초전도 임계전류밀도는 액체질소 온도 77K, self-field에서 4단자 법으로 측정하였다.
  • 유리 표면 및 CeO층의 표면 상태와 그 위에 형성되는 나 노점은 밀접한 관계가 있을 것으로 보이며, 계면에서의 상호 반응 부분도 고려해야 할 것이다. 부분에 관해서는 좀 더 연구가 진행되어야 할 것이다[5, 6], ZrO2 나노점이 형성된 YSZ 단결정 기판을 사용하여 MOD법으로 초전도층을 증착하였다. Fig.
  • 자기장하 임계전류 특성 향상을 위하여 초전도 물질 내부에 자속고정점을 유도하기 위한 전략으로 기판 표면 위에 나노점을 형성하였다. 나노점이 형성된 tem- plate위에 초전도층을 증착하여 초전도층 내부에 나 노점을 seed로 하여 그 위에 기둥형 결함을 초전도 층의 표면 끝까지 유도하는 것이다.
  • 3에 시간에 따른 ZrO2 나노점의 형성 결과를 나타내었다. 전기방사법으로 나노점 형성을 위한 예비실험으로 유리 기판을 사용하여 조사하였다. 분무 시간을 10초, 30초, 60초, 180초까지 변화시켰을 때 나 노점의 밀도는 각각 2.
  • 전기방사법을 사용하여 기판 표면위에 ZrO2 나 노점을 형성하였다. 나노점을 seed로 하여 초전도층 내부에 기둥형 결함을 유도하면 자기장하 임계 전류 특성을 향상시킬 수 있다.
  • 전기방사법을 이용하여 ZrO2 나노점을 기판표면에 형성하였다. 나노점 형성을 위해 유리기판과 단결정 YSZ위에 CeCh가 증착된 것을 사용하였다.
  • Zr 전구체 용액을 균일하게 분무하기 위해서는 주사기 노즐 끝에서 conejet이 형성되어야 한다. 주사기 노즐 끝에서 분무되는 형상을 조절하기 위하여 CCD 카메라를 설치하여 모니터를 관찰하면서 가해주는 전압 및 전구체 용액의 주입속도를 조절하여 conejet를 형성시켰다 [7], 기판 표면에 형성된 나 노점의 크기 및 밀도를 분석하기 위하여 AFM을 사용하여 표면을 관찰하였으며, 단면 분석을 수행하였다. ZrO-z 나노점이 형성된 template# 사용하여 초전도 층을 제조하였으며, 초전도층은 Metal Organic Deposition 법을 사용하였다.

대상 데이터

  • 나노점 형성을 위해 유리기판과 단결정 YSZ위에 CeCh가 증착된 것을 사용하였다. 기판의 크기는 10 X 10 rnn?이고 한쪽 면만 연마가 되어 있으며, 표면의 평균 Roughness는 0.
  • ZrO-z 나노점이 형성된 template# 사용하여 초전도 층을 제조하였으며, 초전도층은 Metal Organic Deposition 법을 사용하였다. 초전도 전구체 용액은 Fluorine이 없는 Y과 Cu 전구체와 Ba-TFA를 혼합하여 사용하였다. 습윤한 산소분위기에서 하소하여 초전도 전구체 박막을 형성하였으며, 이후 낮은 산소 분위기의 습윤한 분위기에서 고온 열처리를 하여 초전도 층을 형성하였다.

이론/모형

  • 직경은 〜200nm, 높이는 〜 140nm로 관찰되었으며, 나노점 밀도는 〜 을 얻었다. MOD 법으로 초전도층을 증착하였으며 77K, s이f-fi이d에서 IZMA/cm?얻었다. ZrO2 나 노점에 의한 기둥형 결함 유도 여부 및 자기장하 임계 전류 특성 향상에 관하여 TEM 분석 등이 진행중이며, 나 노점의 형태 및 분포에 따른 자속고정점의 유도 관계에 대하여 향후 체계적인 연구가 필요할 것이다.
  • 주사기 노즐 끝에서 분무되는 형상을 조절하기 위하여 CCD 카메라를 설치하여 모니터를 관찰하면서 가해주는 전압 및 전구체 용액의 주입속도를 조절하여 conejet를 형성시켰다 [7], 기판 표면에 형성된 나 노점의 크기 및 밀도를 분석하기 위하여 AFM을 사용하여 표면을 관찰하였으며, 단면 분석을 수행하였다. ZrO-z 나노점이 형성된 template# 사용하여 초전도 층을 제조하였으며, 초전도층은 Metal Organic Deposition 법을 사용하였다. 초전도 전구체 용액은 Fluorine이 없는 Y과 Cu 전구체와 Ba-TFA를 혼합하여 사용하였다.
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참고문헌 (8)

  1. S. Kang, A. Goyal, J. Li, A. A. Gapud, P. M. Martin, L. Heatherly, J. R. Thompson, D. K. Christen, F. A. List, M. Paranthaman, D. F. Lee, "High-Performance High- $T_c$ Superconducting Wires", Science, 311, pp. 1911, 2006 

  2. T. Haugan, P. N. Barnes, R. Wheeler, F. Melsenkothen, M. Sumption, "Addition of nanoparticle dispersions to enhance flux pinning of the $YBa_2Cu_3O_{7-x}$ superconductor", Nature, 430, pp. 867, 2004 

  3. S. Kang, A. Goyal, J. Li, P. Martin, A. Ijaduola, J. R. Thompson, M. Paranthaman, "Flux-pinning characteristics as a function of density of columnar defects comprised of self-assembled nanodots and nanorods in epitaxial $YBa_2Cu_3O_{7-{\delta}}$ films for coated conductor applications", Physica C, 457, pp. 41, 2007 

  4. A. Crisan, S. Fujiwara, J. C. Nie, A. Sundaresan, H. Ihara, "Sputtered nanodots: A costless method for inducing effective pinning centers in superconducting thin films", Appl. Phys. Lett., 79, pp. 4547, 2001 

  5. S. Engel, T. Thersleff, R. Huhne, L. Schultz, B. Holzapfel, "Enhanced flux pinning in $YBa_2Cu_3O_7$ layers by the formation of nanosized BaHfO3 precipitates using the chemical deposition method", Appl. Phys. Lett., 90, pp. 102505, 2007 

  6. A. Pomar, A. Llordes, M. Gibert, S. Ricart, T. Puig, X. Obradors, "Tuning the superconducting properties of $YBa_2Cu_3O_7$ tapes grown by chemical methods", Physica C, 460-462, pp. 1401, 2007 

  7. K. Nakaso, B. Han, K.H. Ahn, M, Choi, K. Okyyama, "Synthesis of non-agglomerated nanoparticles by an electrospray assisted chemical vapor deposition method", J. Aerosol Sci., 34, pp. 869, 2003 

  8. A. Gurevich, Presentated at www.energetics.com /meetings/supercon04/pdfs/presentations/f_uw_coa ted_conductor_peer_rev_04final.pdf 

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