특성 및 미세구조 최적화

Dec 10, 2023

일본 연구원들은 대규모 응용 분야에서 향상된 성능을 보여주는 액체 소스로부터 3원 초전도 벌크를 합성했습니다.

시바우라공업대학

이미지: 가정용 및 산업용 응용 분야에 혁명을 일으킬 새로운 초전도체더보기

출처: 일본 SIT의 Muralidhar Miryala

초전도체는 의료 영상 기술, 약물 전달 시스템, 에너지 저장 시스템, 공중 부양 프로세스, 수질 정화 방법 등 여러 분야에서 점점 더 응용 분야를 찾고 있습니다. 이는 경외감을 불러일으키는 제로 저항 능력 덕분에 많은 양의 전류가 통과할 수 있어 송전 및 운송에 혁명을 일으키는 데 적합합니다.

자기 초전도체는 일반적으로 "상위 시드 용융 성장 기술"(TSMG)에 의해 합성됩니다. 그러나 이 공정에는 생산 중 액체 원료 물질이 막대하게 손실되는 등 특정 단점이 있습니다. 이로 인해 재료 구성이 변경되고, 성형된 재료의 매트릭스에 균열이 생기고, 기계적 단점이 발생하고, 열전도율도 낮아집니다. 대안으로, 액상 펠릿 위에 2차 상 펠릿을 쌓는 침투 성장 공정이 생산 및 적용 효율성을 높이기 위해 개발되었습니다. 이러한 벌크 초전도체를 제조하기 위해 액체상의 여러 조성이 사용되었습니다. 그러나 RE-123과 같은 대형 단일 입자 벌크 희토류(RE) 물질은 침투 성장 공정을 사용하여 합성하기가 여전히 어렵습니다.

그러나 이제 일본의 연구자들은 가돌리늄(Gd), 이트륨(Y), 에르븀(Er)과 같은 중원소를 사용하여 액체 원료 구성 및 침투 성장 기술을 사용하여 단일 입자 벌크 및 3원 초전도체를 합성하는 데 중점을 두고 있습니다. 그들은 또한 형성된 초전도 물질(Gd, Y, Er)-123의 미세 구조와 특성(초전도 및 전자기)을 면밀히 분석합니다. 그들의 연구 결과는 현재 시장에 나와 있는 재료와 비교하여 이러한 삼원계 벌크의 성능이 크게 향상되었음을 보여줍니다. 이 연구는 시바우라 공과대학(Shibaura Institute of Technology)의 Miryala Muralidhar 교수가 주도했으며 Journal of Alloys and Complexs에 온라인으로 게재되었습니다.

먼저, 연구진은 (Gd, Y, Er)-123 단일 입자 벌크를 성장시키기 위해 여러 액체 공급원 출발 물질의 성능을 평가했습니다. 1:1 비율의 Er123과 Ba3Cu5O8이 최고의 액상 원료 물질이라는 것을 확인한 후, 그들은 각각의 산화물 분말을 출발 물질로 사용하여 다른 주요 원소 구성 요소를 추가하는 작업을 진행했습니다.

임계 온도에서 전류 흐름을 평가한 결과, 생성된 초전도체는 이를 통해 가장 높은 전류 밀도의 흐름을 허용하는 것으로 확인되었으며, 이는 이 카테고리에서 이전에 사용 가능한 재료보다 81.09% 더 높았습니다. 주사전자현미경을 이용한 미세구조 분석에서는 기존 Ba3Cu5O8에 비해 평균 입자 감소율이 43.13%로 2차상 입자 크기가 크게 감소한 것으로 나타났습니다.

이러한 결과에 대해 Miryala 교수는 "결과는 매우 인상적입니다. 비용 효율적인 방법을 사용하여 이러한 대량 초전도체를 공중에서 제작할 수 있다는 사실은 이 접근 방식을 대규모 산업에 매우 매력적으로 만듭니다. 생산."

더욱이, Er123+ Ba3Cu5O8은 (Gd, Y, Er)-123 삼원계 액체 소스에 대해 자기장에서 81.91 kA/cm2, 1 T에서 28.29 kA/cm2의 가장 높은 임계 전류 밀도(Jc)를 나타냈습니다.

새로 합성된 물질의 전류 밀도가 크게 향상된 것은 이 연구의 가장 주목할만한 측면이며 자기 초전도체의 응용에 큰 잠재력을 가지고 있습니다. "이러한 개선은 자기 부상, 초전도 베어링, 전기 모터, 자기 약물 전달(MDD) 및 플라이휠 에너지 시스템과 같은 실제 응용 분야에 혁명을 일으킬 가능성이 있습니다"라고 Miryala 교수는 말합니다.