Kim, C.J.;Kim, Y.J.;Lim, C.Y.;Jun, B.H.;Park, S.D.;Choo, K.N.
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제16권2호
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pp.36-41
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2014
Temperature dependence of magnetic moment (m-T) and the magnetization (M-H) at 5 K and 20 K of the in situ processed $MgB_2$ bulk pellets with/without carbon (C) doping were examined. The superconducting critical temperature ($T_c$), the superconducting transition width (${\delta}T$) and the critical current density ($J_c$) were estimated for ten test samples taken from the $MgB_2$ bulk pellets. The reliable m-T characteristics associated with the uniform $MgB_2$ formation were obtained for both $MgB_2$ pellets. The $T_cs$ and ${\delta}Ts$ of all test samples of the undoped $MgB_2$ were the same each other as 37.5 K and 1.5 K, respectively. The $T_cs$ and ${\delta}Ts$ of the C-doped $MgB_2$ were 36.5 K and 2.5 K, respectively. Unlike the m-T characteristics, there existed the difference among the M-H curves of the test samples, which might be caused by the microstructure variation. In spite of the slight $T_c$ decrease, the C doping was effective in enhancing the $J_c$ at 5 K.
The molding pressure is also one of the important parameters in the preparation of HTSC materials by the solid state reaction method. In the present study, changes in structural, electrical and microstructural proper-ties with the molding pressure in YiB $a_{2}$C $u_{3}$$O_{70{\delta}}$ superconductors have been performed. The investigated molding pressures were 0.5*10$^{3}$ N/c $m^{2}$, 1*10$^{3}$ N/c $m^{2}$, 2*10$^{3}$ n/c $m^{2}$ and 4*10$^{3}$ N/c $m^{2}$. As the molding pressure increased, the anisotropy of the crystal structure decreased and the grains have been grown preferentially in a c-axis direction. Since the size of the grain becomes larger with the decrease of the porosity, denser textures are formed. The results indicated that the critical current density is improved resulting from the enhanced densification due to higher molding pressure. When the molding pressure was between 1*10$^{3}$ N/c $m^{2}$ and 2*10$^{3}$ N/c $m^{2}$, while it did not affect the oxygen deficiency and Tc, the increase of the molding pressure affects remarkably on grain size and densification of the $Y_{1}$B $a_{2}$C $u_{3}$$O_{7-{\delta}}$. When the molding pressure is larger than 2*10$^{3}$ N/c $m^{2}$, electrical proper-ties are independent on the molding pressure..
The effects of alloying-element additions to Ag sheath on thermal conductivity and mechanical properties of Bi-2223 superconductor tapes have been evaluated. In order to evaluate the effects of sheath alloys and their configuration on the properties of tape, various combinations of Ag and Ag alloys were selected as the inner and outer sheath. Thermal conductivity of the tapes was evaluated by using thermal integral method at 10 ∼120 K. It was observed that the addition of Mg, Sb, and Au to Ag sheath significantly decreased the thermal conductivity at low temperature probably due to the alloying effect. Specifically, the thermal conductivity of AgMg, AgSb, and AgAu at 40 K were 411.4, 142.3, and 109.7 W/(m·K), respectly, which is about 2∼9 times lower than that of Ag (1004.6 W/(m·K)). In addition, the thermal conductivity of alloy-sheathed tape was significantly dependent on their thermal conductivities of constituent sheath materials. The mechanical properties of alloy-sheathed tapes were also evaluated. Yield strength and tensile strength were improved but workability decreased for alloy-sheathed tapes.
Park, Heui Joo;Kim, Yeong-chun;Moon, Heejong;Park, Minwon;Yu, Inkeun
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제13권3호
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pp.1166-1172
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2018
Degradation due to delamination occurs frequently in the high temperature superconductors (HTS) coil of rotating machines made with 2nd generation (2G) HTS wire, and the authors have observed other similar cases. Since an HTS field coil for a rotating machine is required to have stable current control and maintain a steady state, co-winding techniques for insulation material and epoxy resin for shape retention and heat transfer improvement are applied during coil fabrication. However, the most important limiting factor of this technique is delamination, which is known to be caused by the difference in thermal expansion between the epoxy resin and 2G HTS wire. Therefore, in this study, the experimental results of mixing the ratio of epoxy resin and alumina ($Al_2O3$) filler were applied to the fabrication of small and large test coils to solve the problem of degradation. For the verification of this scheme, eight prototypes of single pancake coils with different shapes were fabricated. They showed good results. The energization and operation maintenance tests of the stacked coils were carried out under liquid neon conditions similar to the operation temperature of an MW-class rotating machine. In conclusion, it was confirmed that the alumina powder mixed with epoxy resin in an appropriate ratio is an effective solution of de-lamination problem of 2G HTS coil.
A diffusion heat treatment process for YBa2Cu3O7-y bulk superconductor in a Gd2O3 powder was attempted. As a result of measuring the critical temperature of the superconducting bulk, there was no change in the superconducting transition temperature as the Gd particles diffused into the YBa2Cu3O7-y lattice, resulting in dense microstructure. As a result of measuring the critical current, the critical current density (Jc) of the superconducting bulk having treated by the Gd thermal diffusion treatment at 0 T increased to 3×104 A/cm2 at 0 T, which was higher than that of the superconducting bulk without thermal diffusion treatment. The surface magnetic force of the superconducting bulk with Gd thermal diffusion treatment was observed at the center of the superconducting bulk with the maximum trapped magnetic force (Hmax) of 1.51 kG. This result means that the Gd thermal diffusion treatment contributes to improving the critical current density Jc of YBa2Cu3O7-y, and it is believed that Gd particles migrating into the superconducting bulk through thermal diffusion either fill the surface pores of YBa2Cu3O7-y superconductors or act as a flux pinning center.
Effects of the spherically shaped Ge and the rod-like carbon-coated Ge on the superconducting properties of $MgB_2$ were investigated. Pure Ge and carbon-coated Ge nano-powders were synthesized under the different amount of $CH_4$ (0 to 5 kPa) by using DC thermal plasma method. When the $CH_4$ was added ~100 nm sized Ge with a spherical shape changed to rod-like morphology with a diameter of ~30-70 nm and a length of ~400-500 nm. Also it was confirmed that thin carbon layers of a few nanometers were formed along the rod length and the agglomerated carbons were found on the edges of rods. Pure spherical Ge and Ge/C rods were mixed and milled with Mg & B precursor to form the doped $MgB_2$ bulk samples by the solid-state reaction method. Almost no change of $T_c$ was noticed for the pure Ge-added $MgB_2$, whereas $T_c$ was found to decrease with the Ge/C-added $MgB_2$ samples. It was found that the pure spherical Ge showed to have a negative effect on the flux pinning of $MgB_2$. However, Ge/C rods can enhance the flux pinning property of $J_c$ due to the coated carbon on Ge rods.
In this study, the effects of the compaction method for (Mg+2B) powders on the apparent density and superconducting properties of $MgB_2$ bulk superconductor were investigated. The raw powders used in this study were nano-sized boron (B) and spherical magnesium (Mg). A batch of a powder mixture of (Mg+2B) was put in a steel mold and uniaxially pressed at 1 ton or 3 tons into pellets. Another batch of the powder mixture was uniaxially pressed at 1 ton and then pressed isostatically at $1800kg/cm^2$ in the water chamber. All pellets were heat-treated at $650^{\circ}C$ for 1 h in flowing argon gas for the formation of $MgB_2$. The apparent density of powder compacts pressed at 3 ton was higher than that at 1 ton. The cold isostatic pressing (CIP) in a water chamber allowed further increase of the apparent density of powder compacts, which influenced the pellet density of the final products ($MgB_2$). The compaction methods (uniaxial pressing and CIP) did not affect the formation of $MgB_2$ and superconducting critical temperature ($T_c$) of $MgB_2$, but affected the critical current density ($J_c$) of $MgB_2$ significantly. The sample with the high apparent density showed high $J_c$ at 5 K and 20 K at applied magnetic fields (0-5 T).
In this study, the effect of the size of B powder on the critical current density (Jc) of MgB2 prepared by an in situ reaction process was investigated. Various combinations of B powders were made using a micron B, ball-milled B and nano B powders. Micron B powder was reduced by ball milling and the milled B powder was mixed with the micron B or nano B powder. The mixing ratios of the milled B and micron or nano B were 100:0, 50:50 and 0:100. Non-milled micron B powder was also mixed with nano powder in the same ratios. Pellets of (2B+Mg) prepared with various B mixing ratios were heat-treated to form MgB2. Tc of MgB2 decreased slightly when the milled B was used, whereas the Jc of MgB2 increased with increasing amount of the milled B or the nano powder. The used of the milled B and nano B power promoted the formation MgB2 during heat treatment. In addition to the enhanced formation of MgB2, the use of the powders reduced the grain size of MgB2. The use of the milled and nano B powder increased the Jc of MgB2. The highest Jc was achieved when 100% nano B powder was used. The Jc enhancement is attributed to the high volume fraction of the superconducting phase (MgB2) and the large grain boundaries, which induces the flux pinning at the magnetic fields.
Jung, Soon-Gil;Son, Seung-Ku;Pham, Duong;Lim, W.C.;Song, J.;Kang, W.N.;Park, T.
한국초전도ㆍ저온공학회논문지
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제21권3호
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pp.13-17
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2019
We investigate the effect of thermal annealing on $MgB_2$ thin films with thicknesses of 400 and 800 nm, irradiated by 350 keV C-ions with a dose of $1{\times}10^{15}atoms/cm^2$. Irradiation by low-energy C-ions produces atomic lattice displacement in $MgB_2$ thin films, improving magnetic field performance of critical current density ($J_c$) while reducing the superconducting transition temperature ($T_c$). Interestingly, the lattice displacement and the $T_c$ are gradually restored to the original values with increasing thermal annealing temperature. In addition, the magnetic field dependence of $J_c$ also returns to that of the pristine state together with the restoration of $T_c$. Because $J_c$(H) is sensitive to the type and density of the disorder, i.e. vortex pinning, the recovery of $J_c$(H) in irradiated $MgB_2$ thin films by thermal annealing indicates that low-energy C-ion irradiation on $MgB_2$ thin films primarily causes lattice displacement. These results provide new insights into the application of low-energy irradiation in strategically engineering critical properties of superconductors.
Band parameters and superconductivity of yttrium hypocarbide ($Y_2C$) have been investigated. The computations are performed using first-principles pseudopotential method within a generalized gradient approximation. The equilibrium lattice parameters have been determined and compared with experiment. Moreover, the material of interest is found to be stiffer for strains along the a-axis than those along the c-axis. A band-structure analysis of $Y_2C$ implied that the latter has a metallic character. The examination of Eliashberg Spectral Function indicates that Y-related phonon modes as well as C-related phonon modes are considerably involved in the progress of scattering of electrons. By integrating this function, the value of the average electron-phonon coupling parameter (${\lambda}$) is found to be 0.362 suggesting thus that $Y_2C$ is a weak coupling Bardeen-Copper-Schrieffer superconductor. The use of a reasonable value for the effective Coulomb repulsion parameter (${\mu}^*=0.10$) yielded a superconducting critical temperature $T_c$ of 0.59 K which is comparable with a previous theoretical value of 0.33 K. Upon compression (at pressure of 10 GPa) ${\lambda}$ and $T_c$ are increased to be 0.366 and 0.89 K, respectively, showing thus the pressure effect on the superconductivity in $Y_2C$. The spin-polarization calculations showed that the difference in the total energy between the magnetic and non-magnetic $Y_2C$ is weak.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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