초록 ▼

초전도의 자속고정 기구의 정밀한 해석 및 이상적인 구조설계를 기반으로 자기장하에서도 향상된 자속고정 특성을 가지는 초전도 재료 및 응용기술을 개발하였다.
- 화학공정에 의한 7 nm 나노점 합성과 YBCO 내부에 10 nm 나노점 형성하여 임계전류밀도 6x10⁵A/cm²@77K & 1T를 나타냄.
- 분무열분해 공정에 의한 단일분포 및 평균입경 96 nm MgB₂ 나노분말 합성함.
- MgB₂ sheet는 KIMS에서 최초로 적용된 공정으로 기존의 PIT 및 CTFF 선제제조공정의 문제점이던 약

초전도의 자속고정 기구의 정밀한 해석 및 이상적인 구조설계를 기반으로 자기장하에서도 향상된 자속고정 특성을 가지는 초전도 재료 및 응용기술을 개발하였다.
- 화학공정에 의한 7 nm 나노점 합성과 YBCO 내부에 10 nm 나노점 형성하여 임계전류밀도 6x10⁵A/cm²@77K & 1T를 나타냄.
- 분무열분해 공정에 의한 단일분포 및 평균입경 96 nm MgB₂ 나노분말 합성함.
- MgB₂ sheet는 KIMS에서 최초로 적용된 공정으로 기존의 PIT 및 CTFF 선제제조공정의 문제점이던 약 50%의 낮은 밀도를 분말압연법으로 약 82.6%이상(Jc=5x10⁴A/cm²@20K&2T)으로 증가시켰으며 관련 국내특허 등록 및 미국특허가 출원중임.
- 원료분말 B를 합성하기 위해 플라즈마 아크방전법을 적용하여 4μm크기의 불균일한 분말을 <100 nm이하의 구형의 균일한 비정질 분말 제조와 탄소피막형성을 확인함.
- Vortices와 flux pinning sites간의 core interaction에 의한 자속고정특성을 전이온도의 공간적인 분포변화와 결정격자 결함에 의한 전하 수송체의 평균자유행로의 변화를 바탕으로 순수 MgB₂와 도핑된 MgB₂에서 관찰되는 자속고정특성을 고찰하였음.
- 입도 및 공정제어를 통해 세계최고수준의 임계전류밀도 2x10⁵A/cm²@20K&2T를 얻었으며, 응용화기술로서 MgB₂ 초전도 선재를 제조하였으며 core 밀도 60%이상과 1x10⁵A/cm² @20K&2T를 달성하였음.
- MgB₂ coated conductor 연구에서는 세계최초로 분말분사법을 적용하여 상온증착으로 초전도 전이온도 18.3 K를 얻었다. 또한 위탁연구에서 HPCVD법을 적용하여 세계최고 수준의 CC를 제조하고 초전도 자속고정 특성을 연구하였음.

(출처 : 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

Development of superconducting materials and application technologies with enhanced flux pinning properties in applied magnetic field have been made based on the investigation of flux pinning mechanism and design of ideal microstructure.

- Synthesis of nanosized flux pinning sites, low pressu

Development of superconducting materials and application technologies with enhanced flux pinning properties in applied magnetic field have been made based on the investigation of flux pinning mechanism and design of ideal microstructure.

- Synthesis of nanosized flux pinning sites, low pressure annealing, and nanoscale seed for columnar defect were investigated for the enhancement of flux pinning properties of superconducting materials.

- Dual reaction model was constructed to describe the variation of flux pinning properties in MgB₂ by format of additives for doping.
- Self-alignment of nanodots was analysed theoretically and stress relaxation from the strain built by lattice mismatch and crystal growth showed that nanodot bigger than 1.322 nm in diameter is related to form dislocation loop around nanodot.

- Nano-sized MgB₂ powders were synthesized by spray pyrolysis route with average size of 96 nm of mono-dispersed spherical shape. And addition of silicon oil improved the flux pinning of MgB₂ and flux penetration of MgB₂ films were analyzed with MOI. As a new carbon doping additive of 2,2-bipyridine was successfully applied to MgB₂.

- MgB₂ superconducting sheets have been made for the first time using powder roll compaction method. The densities of MgB₂ sheets are more than 82% which is larger than about 50% of MgB₂ core in outer sheath made by Powder-In-Tube (PIT) and Continuous Tube Forming and Filling (CTFF) method for MgB₂ superconducting wires.

- To synthesize the Boron powder of MgB₂ raw materials, Plasma Arc Discharge approach was applied and ~30 nm sized Boron powder, which is amorphous and very uniform in size distribution, have been synthesized successfully. Also methane gas was used as a carbon source to encapsulate the B surface with a few nm thickness which is beneficial for protection from oxidation and possible doping agent in MgB₂.

- Flux pinning properties of pure MgB₂ and doped MgB₂ have been also investigated and compared theoretically based on the spatial fluctuation in the transition temperature and the variation of the charge carrier mean free path near lattice defects.

- Low-field Jc was significantly enhanced up to the world-class values of 2x10⁵A/cm² at 20K &2T using the size-control of Mg and B raw powder and optimization of preparation technique like the mixing, grinding, and annealing process. It was found that the relative size of Mg and B, the prevention of oxidation and humidity to raw powders, and the minimization of impurities was very important parameters to have the higher performance of MgB₂ superconducting materials and the detailed investigation was further needed.

- In application point of view, MgB₂ superconducting wires have been made using conventional PIT and CTFF processes. More than 100 m long wires have been fabricated by in-situ and ex-situ using pure Fe as outer-sheath.

- MgB₂ coated conductor have been studied strategically using powder-spray and hybrid physical and chemical vapor deposition. Superconducting transition of 18.3K was first observed by powder-sprayed MgB₂ films at room temperature and world best results were also recorded in MgB₂ films by HPCVD process.

(출처 : SUMMARY 13p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 13
• CONTENTS ... 15
• 목차 ... 16
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 17
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 22
• 제1절 국외 기술 개발 현황 ... 22
• 제2절 국내 기술 개발 현황 ... 26
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 28
• 제1절 서론 ... 28
• 제2절 나노점/나노기공 합성 및 자속고정 특성향상 연구 ... 33
• 제3절 초전도체의 자속고정 기구 해석 ... 53
• 제4절 자기배열에 대한 이론적 해석 및 작용인자 도출 ... 56
• 제5절 나노초전도 분말합성 및 carbon doping에 의한 자속고정 특성향상 연구 ... 60
• 제6절 분말압연에 의한 MgB2 초전도 sheet 제조 및 특성 연구 ... 76
• 제7절 MgB2 원료분말 제조 및 특성연구 ... 94
• 제8절 MgB2 자속고정 특성에 관한 이론적 고찰 ... 100
• 제9절 저자장하 MgB2 초전도 특성연구 ... 111
• 제10절 MgB2 초전도 선재 제조 및 공정 연구 ... 118
• 제11절 MgB2 Coated Conductor 개발(위탁 연구 포함) ... 128
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 159
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 164
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 167
• 제7장 연구시설 및 장비 현황 ... 171
• 제8장 참고문헌 ... 173
• 끝페이지 ... 175