[논문]제2세대 고온초전도 장선재 제조기술 현황 및 전망

유상임

제2세대 고온초전도 장선재 제조기술 현황 및 전망 원문보기

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

2축 배향된 완충층 위에 고성능의 초전도층를 증착하는 방식에는 유기금속화학기체증착법(Metal-organic chemical vapor deposition: MOCVD), 유기금속증착법 (Metal-organic deposition: MOD), 펄스레이저 증발법 (Pulsed laser deposition: PLD), 동시증발법 (Co-evaporation) 등의 제조 공정이 개발되었고, 최근 기존의 Coevaporation을 보다 획기적으로 개선한 EDDC (Evaporation using Drum in Dual Chamber)법과 동시증발반응법 (Reactive Co-Evaporation Deposition & Reaction: RCEDR) 공정이 국내 연구진에 의해 세계최초로 개발되어 큰 주목을 받고 있다. 다음으로 이러한 초전도층의 제조 공정에 대하여 자세히 살펴보고, 각각의 장단점을 논의 하고자 한다.
상용화에 필요한 CC의 특성 및 기술적인 문제들은 대부분 해결된 것으로 보이지만, 대규모 상용화를 위해서는 보다 우수한 성능의 CC를 저가로 생산, 판매하는 것이 필수적이므로 현재는 이러한 상용화 기술개발이 가장 중요한 시점이라고 볼 수 있다. 본 고에서는 먼저 현재까지 보고된 장선의 고성능 CC 제조 기술을 살펴본 후 향후 전망에 대해 논의하고자 한다.

제안 방법

. 또한 원가절감과 관련하여 주목할 만한 기술적 성과는 R2R substrate planarization system을 구축하여 전해연마가 안된 hastelloy 테이프를 사용하여 우수한 성능의 완충층을 제조하였다. ¹²⁾

대상 데이터

1992년에 일본 Fujikura사에서 Ion beam assisted deposition (IBAD)법을 이용하여 Ni 합금 위에 2축 정렬 형태로 YSZ (Yttria-stabilized zirconia)를 증착하였고, 이 후 그 위에 동일한 배향성을 가지는 YBCO 초전도층을 PLD법으로 증착하여 높은 J_c를 가지는 고온초전도박막을 제조하였다⁵⁾ . 현재 일본 Fujikura사와 ISTEC-SRL (International Superconductivity Technology Center - Superconductivity Research Laboratory)를 비롯하여 독일의 Bruker사에서는 PLD법으로 장선의 CC를 제조하고 있다.
2012년 422A·1000 m의 GdBCO CC를 제조하였으며, 이는 Ic ×L 지표로 볼 때 세계 2위의 성과라 할 수 있다.
2. 제 2세대 YBCO 선재의 다층박막 구조.

성능/효과

또한 최근 착수한 M-PACC 프로젝트에서 2011년에 PLD 공정으로 만든 816 m 길이의 GdBCO선재에서 end-to-end 측정값으로 572 A를 확인 하여 Ic×L (466,981 A·m) 값으로 세계최고 기록을 달성하였다 (Fig. 4)6).
. 특히 이 기술은 고온 열처리 시간이 짧아 고가의 hastelloy 합금 기판 대신 저렴한 SUS 합금 기판을 사용하여도 고성능의 REBCO CC를 생산할 수 있다는 것을 세계 최초로 입증하였다. 현재 이 기술은 CC 상용화의 최대 난제로 여겨지던 선재 가격을 10 US$/km·A 이하로 낮출 수 있는 유일한 기술로 국제적으로 인정받고 있다.

후속연구

이러한 다양한 공정들 중 우리나라에서 독자적으로 개발된 Co-evaporation의 일종인 RCEDR 공정은 빠른 초전도막 성장속도를 통해 생산속도를 크게 향상시킬 수 있었으며, 이를 통해 고품질, 저가의 CC 공급에 가장 유리한 기술로 세계적인 주목을 받고 있다. 앞으로 가까운 장래에 이러한 CC 선재가 본격적으로 산업에 응용될 것으로 전망됨으로 선진국에 비해 비교 우위를 갖는 우리 고유의 CC 생산기술을 보다 발전시킴으로써 국제 경쟁력 우위를 더욱 확고히 해가는 것이 아주 긴요한 시점이고, 이를 통해 우리나라 과학기술의 선진화에 크게 기여할 것으로 사료된다.
MOCVD, MOD, EDDC 의 경우 수십 nm 크기의 구형 입자가 형성되어 자속피닝점의 효과가 PLD에 비하여 조금 떨어지며, 특히 RCEDR 공정으로 제조된 CC에서는 이차상의 크기가 거의 100 nm에 달하여, ²²⁾ 위의 공정 중 자속피닝 특성이 가장 뒤떨어진다. 하지만 아직까지 RCE-DR 공정에서의 자속피닝점 제어에 대한 연구가 아직 초기 단계에 있기 때문에 향후 개선의 여지가 충분히 있고, 생산속도 및 초전도 층 성장속도가 탁월한 본 제조공정의 중요성에 비추어 보다 효과적인 자속피닝점의 연구개발이 시급한 과제로 남아 있다.
향후 일본 ISTEC은 2013년부터 3세대 개념의 고온초전도선재 개발을 위한 프로젝트를 준비 중에 있으며 ~2 µm의 초전도층 두께에서도 임계전류밀도, Jc가 10 MA/cm2 로 기존의 CC에 비하여 두 배 이상으로 아주 높고, 낮은 교류손실을 위하여 면내결정배향 특성 △Ø가 2˚ 이하, 고자장 특성도 65 K, 5 T 조건에서 임계전류가 500A/cm-width인 REBCO-CC를 개발하는 목표를 세우고 있다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

1세대 BSCCO 고온초전도 선재에 주로 사용되는 공법은?

1세대 BSCCO 고온초전도 선재는 은(Ag)튜브에 초전도 분말을 주입하여 가공 열처리하는 Powder-InTube(PIT) 가공법이 주로 이용되고 있는데, 피복제로 고가의 은(Ag)을 사용해야 하는 관계로 실용화 시 경제성이 희박하다는 점이 상용화에 걸림돌이 되고 있다. 더구나 비록 Tc는 YBCO 혹은 REBCO보다 높지만 액체질소 온도 영역에서 취약한 자속 피닝 특성 때문에 낮은 비가 역자장(irreversibility field: 주어진 온도에서 자기장을 인가할 때 Jc가 0이 되는 임계자장)과 인가되는 자장의 세기가 증가함에 따라 Jc가 현저하게 감소됨으로 초전도 송전 케이블을 제외한 초전도 전력기기 응용에는 치명적인 한계가 있다.

액체질소를 냉매로 사용할 수 있는 온도영역은?

3 K)를 냉매로 고온초전도체를 실용화 할 수 있는 가능성이 열리게 되었다. 액체질소를 냉매로 사용할 수 있는 온도 영역(65~77 K)에서 고온초전도체를 산업에 응용하려면 높은 임계전류 (critical current, Ic)특성을 가지는 장선재의 제조기술 개발이 필수적이다. 그 필요성에 반해 고온초전도 장선재의 제조기술 개발이 상당히 지체된 것은 금속 산화물 세라믹 재료인 고온초전도체가 기계적으로 부스러지기 쉽기 때문에 금속 및 합금을 기반으로 하는 저온 초전도체 선재의 제조기술인 압출/인발 등의 소성가공을 적용할 수 없을 뿐 아니라, 손쉽게 제조할 수 있는 다결정 형태로는 높은 임계전류밀도 (critical current density, Jc)를 얻을 수 없기 때문이었다.

자속피닝 측면에서 PLD 공정이 가장 우수한 이유는?

CC의 생산속도와는 달리 실제 응용에 중요한 자속피닝 측면에서는 PLD 공정이 가장 우수한 것으로 알려져 있다. 이는 자속피닝점을 형성하기 위해 이차상을 초전도 기저상 내부로 진입시킬 때, nanodot 혹은 columnar defect 형상으로 그 크기가 수 nm로 다른 공정들과 비교 하여 작게 형성되기 때문이다. MOCVD, MOD, EDDC 의 경우 수십 nm 크기의 구형 입자가 형성되어 자속피닝점의 효과가 PLD에 비하여 조금 떨어지며, 특히 RCEDR 공정으로 제조된 CC에서는 이차상의 크기가 거의 100 nm에 달하여, 22) 위의 공정 중 자속피닝 특성이 가장 뒤떨어진다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

제2세대 고온초전도 장선재 제조기술 현황 및 전망 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

제2세대 고온초전도 장선재 제조기술 현황 및 전망 원문보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

유상임 (44)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

AI 본문요약
AI-Helper