| 초전도 대강판재의 손상 및 진화 검측 방법 구축 | ||
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  란저우(蘭州)대학교 토목공학·역학대학 Zhou Youhe(周又和) 교수가 이끄는 초전도역학연구팀은 5년간의 연구틀 통해 재료 손상 기원과 균열 진화를 효과적으로 검측하고, 손상 부위를 직접 관찰 및 위치 측정하고, 새로운 효과적인 실험 검측 방법을 구축하여 재료의 내부 손상 특징을 분석함으로써 YBCO 2세대 초전도 재료 성능의 효과적인 설계와 성능 평가를 개선하기 위한 방법을 제공했다. 해당 연구 성과는 “층상 고온초전도체 내부 손상 모드"라는 제목으로 국제학술지 "Nature-Communication"에 게재되었다. 전형적인 적층재인 YBCO 2세대 고온 초전도 대강판재는 극저온, 강전류, 고자기장 등 극한 작동 환경 조건에서 역학적 변형을 일으킨다. 해당 변형으로 열적 불일치 응력과 강한 전자기 응력으로 인한 재료 손상 파괴 거동이 불가피하게 존재한다. 따라서 초전도 재료 및 자석 성능의 안정적인 작동을 제한한다. 연구팀은 기존 연구에서 자기광학적 방법의 저온 콜드스크린 매질에서의 불균일 빛조사 이미지 보정 등 기술적 어려움을 해결하고, 극한 작동 환경 시뮬레이션 조건에서 초전도 대강판재 자기광학과 인장 결합의 원위치 측정 방법을 제안했다. 또한, YBCO 초전도 대강판재가 다양한 온도, 다양한 자기장에서의 고해상도 자기광학 이미지가 인장 응력값에 따라 상승하는 변화 특성을 달성했다. 초전도 대강판재의 자기광학 측정 이미지의 투과 기원 및 전체 진화 과정은 초전도 대강판재 내부 손상과 균열 확장에 대한 정량적 연구를 위한 기본적인 관련 정보 특성을 제공한다. 연구팀은 해당 특성을 기반으로 자속 운동과 손상 메커니즘 연구의 새로운 방법을 제안하고, 점상 자속 운동의 새로운 모드 및 그 운동 시간 스케일의 변화 특성을 발견했다. 환경 온도가 40K에서 60K 및 77K로 상승함에 따라 운동 시간 스케일은 30ms에서 60ms 및 100ms로 증가했다. 변형도의 증가에 따라 자속 운동은 점상 구조에서 방추상 투과 모드로 변경되며 속도 분포는 (6μm/s, 1059.3μm/s) 구간에 위치한 다단 특성을 가진다. 투과 면적에 대한 통계 분석을 통해 해당 변형 구동의 자속 운동 모드는 자기조직 임계상태(SOC) 특성을 보유함을 확인했다. 특성 매개변수는 -1.43±0.27이다. 또한, 자기광학 투과 이미지와 내부 손상 관련 연구 방법을 제안했다. 실험 샘플을 층별로 화학부식 처리하고, 자기광학 이미지로 투과 위치를 확인하는 SEM 스캐닝 결과를 비교하여 대강판재 내부 손상과 균열 확장의 특성 규칙을 획득했다. 연구팀은 YBCO 2세대 초전도 재료가 작동 환경에서 재료 손상의 자기장 민감성 즉, 투과 깊이가 관통 균열보다 훨씬 더 크다는 것을 발견하고 해당 손상 모드가 기존에 추측한 관통 균열 파괴 모드와 완전히 다름을 규명하였다. 또한, 층별 부식과 SEM 스캐닝을 통해 해당 YBCO 2세대 대강판재가 기판에서 위쪽으로 전파되는 새로운 파괴 모드를 발견했다. 손상 끝단에는 비정질화 현상이 발생했다. 정보출처 : http://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/2021/6/20216116535964063873.shtm |
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