기초과학

신형 철베이스 초전도와이어밴드 기초연구 성과

발행일 : 2011 / 12 / 22

중국과학기술부, 북경시 과학기술위원회, 국가자연과학기금위의 지원을 받아 중국과학원 전공연구소 응용초전도중점실험실의 마옌웨이(馬衍偉)연구팀은 신형 철베이스 초전도와이어밴드의 제조 및 성능 기초연구에서 획기적 성과를 올렸다. rolling texture와 화학도핑법과 상호 결합시키는 방법으로 세계 최고의 전류 임계전송능력을 갖춘 철베이스 와이어밴드를 연구제작해냈다. 이 연구성과는 미국물리학회의 Appl. Phys. Lett.99, 242506 (2011)에 발표되었다. 이 연구방법은 공법이 간단하고 원가가 저렴하며 규모화 제조에 유리한 것이 장점이다.

연구팀은 2008년의 실용화에 유리한 분말충진가공법(Powder-in-tube, PIT)을 채택하여 세계에서 처음으로 철베이스 초전도선재를 연구제작하였다. 그후 Ag theathed tapes—도핑변성—소결 등 신공법을 이용해 튜브가 초전도 core와 쉽게 반응을 일으키고 혼합상(phase)이 많으며, 밀도가 낮은 등의 문제점을 해결하였다. 또한 고해상도 TEM과 전자에너지손실분광법으로 처음으로 122 철베이스 초전도체 결정경계에 존재하는 산소가 농축된 비정질층을 직접 관측하였고 또 형성메커니즘을 심층적으로 분석하였다. (Appl. Phys. Lett. 98, 222504 (2011)) 이 연구를 통해 철베이스 초전도체 다결정체의 임계전송전류 밀도가 낮은 문제점을 해명하였고 또한 향후 철베이스 초전도체 결정경계성능을 개선하여 전송성능을 높이기 위한 이론적 근거를 제공하였다.

이를 토대로 기계롤링방법으로 철베이스 초전도체 입자를 배열하였고 또한 화학도핑법으로 결정입자간 결합을 한층 더 높였다. 비교실험결과 rolling texture와 화학도핑법과의 상호 결합을 통해 철베이스 초전도체의 취약한 연결문제를 효과적으로 억제할 수 있으며 철베이스 초전도 밴드재의 전류수송능력을 뚜렷이 높였고 임계전송전류는 180A, 임계전류밀도는 25000A/㎠으로 세계 선두수준인 것으로 나타났다. 이는 철베이스 초전도와이어밴드 연구개발의 획기적 성과로서 강전분야에서 응용전망이 밝다.

철베이스 초전도체는 2008년초에 발견한 신형 초전도재료로서 초전도 임계온도는 55K, 임계자기장은 200테슬라이상이며, 이방성이 작고, 원료비용이 저렴한 등의 장점을 지니고 있어 고자기장 등 영역에서 응용전망이 밝다. 하지만 철베이스 초전도체는 연결이 취약하고 임계전류밀도가 낮은 문제는 철베이스 초전도체의 응용을 제약하는 결정적 요소로 작용하고 있다.

정보출처 : 중국과학원 전공연구소