KR100461875B1 - 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정 장치 - Google Patents

리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치에 관한 것이다. 일반적으로 초전도체 기본 물성의 하나인 임계전이온도 및 임계전류를 측정하는 방법으로는 비접촉식인 자화법과 접촉식인 4-단자법이 있는데, 4-단자법은 보통 직접적인 접촉식으로 이용되고 있다. 그러나 직접적인 접촉을 위하여 일반적인 납땜법으로 4-단자들을 직접 연결하여 측정하게 되는데, 측정 후 사용된 납땜 시편을 사용 전 상태로 아무런 손상 없이 원상 복구하는 것은 매우 어렵다. 그리고 특히 고온초전도(YBCO 등) 코팅 유형의 박막 시편들의 4-단자들의 납땜은 쉽지도 않을 뿐만 아니라, 비교적 크기가 작은 고온초전도 박막 시료들을 납땜으로 접촉하여 측정한다는 것은 매우 어렵다. 따라서, 리노-핀 접촉식을 도입하여 손쉽고 빠르게 임계전이온도 및 임계전류 등을 측정한 후, 시편들을 측정 전의 상태로 원상복귀가 손쉬운 측정 장치를 제공하는 것이 본 발명의 핵심이다. 본 발명은 첫째로 액체질소온도(77K)에서 고온초전도(YBCO 등) 코팅 시편의 임계전류(Ic)를 측정하기 위하여 리노-핀을 이용한 4-단자법 측정 장치를 제공하는 것이며, 둘째로 온도조절장치 없이 오직 온도 모니터링만을 도입하여 77K 온도로부터 150K 까지 온도를 스캔(scan)하면서 리노-핀을 이용한 4-단자법 임계전이온도 측정 장치를 제공하는 것이다.

Description

리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정 장치 {Superconducting properties measuring system of high-Tc superconductor coated conductor using Leeno-pin}
본 발명은 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온초전도 코팅 선재의 임계전류 및 임계전이온도를 리노-핀을 이용하여 쉽게 측정하기 위한 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 초전도체 기본 물성의 하나인 임계전이온도(Tc) 및 임계전류(Ic)를 측정하는 방법으로는 비접촉식인 자화법과 접촉식인 4-단자법이 있는데, 4-단자법은 보통 직접적인 접촉식으로 이용되고 있다. 그러나 직접적인 접촉을 위하여 일반적인 납땜(Soldering)법으로 4-단자들을 직접 연결하여 측정하게 되는데, 측정 후 사용된 납땜 시편을 사용 전 상태로 아무런 손상 없이 복구하는 것은 매우 어렵다. 그리고 특히 고온초전도(YBCO 등) 코팅 선재 유형의 박막 시편들의 4-단자들의 납땜은 쉽지도 않을 뿐만 아니라, 비교적 크기가 작은 고온초전도(YBCO 등) 박막 시편들을 납땜으로 접촉하여 측정한다는 것은 매우 어렵다.
현재 사용되는 대부분 저온 초전도선재 및 제 1세대 고온 초전도선재로 알려진 고온 PIT-Bi2223 초전도선재는 전류 및 전압 단자들의 접촉문제를 쉽게 납땜을이용하여 해결하거나, 경우에 따라 높은 접촉율로 클립 형태의 장치를 사용하여 4-단자 방법의 임계전류(Ic) 및 임계전이온도(Tc) 측정을 무난하게 실시할 수 있다. 그러나 제 2세대 선재로 알려진 고온초전도(YBCO 등) 코팅 선재의 경우는 납땜을 할 경우 시편에 손상을 입히게 되므로 거의 불가능하고, 클립 형태의 접촉식도 고온초전도 코팅 선재를 손상시킬 우려가 있고, 시편 교환과 온도 컨트롤러(controller)의 사용으로 인한 측정 시간이 많이 걸린다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 리노-핀(Leeno-pin)을 이용하여 고온초전도(YBCO 등) 코팅 선재의 임계전이온도(Tc) 및 액체질소온도(77K)에서 임계전류(Ic)를 접촉식의 4-단자법으로 쉽고 빠르게, 그리고 시편을 손상없이 측정할 수 있는 측정 장치를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정 장치는, 다수의 고온초전도 코팅 박막선재 시편들이 탑재되고 온도를 측정하기 위한 온도센서가 장착되는 시편장착 구조물과; 상기 시편들을 각각 상기 시편장착 구조물 상에 고정함과 더불어, 상기 시편에 전류를 공급하기 위한 전류공급단자와, 상기 시편의 전압을 측정하기 위한 전압단자가 장착된 시편특성 측정 구조물과; 상기 시편특성 측정 구조물에 의하여 시편들이 장착된 시편장착 구조물을 지지하고, 수평을 유지하면서 상하 수직 이동이 가능하도록 하는 지지 및 이동수단을포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정 장치는, 소정 온도의 액체를 수용함과 더불어 상기 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정 장치가 수용되는 저온 액체용기와; 상기 전류공급단자에 전류를 공급하는 전원공급수단과; 상기 전압단자로부터의 전압을 측정하는 전압측정수단과; 상기 온도센서로부터의 검출온도를 표시하는 표시수단과; 상기 전류공급수단에서의 공급전류와 상기 전압측정수단의 측정전압사이의 특성과, 상기 온도센서의 검출온도와 상기 전압측정수단의 측정전압사이의 특성을 가공하는 컴퓨터수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 소정 온도의 액체는 소정 온도(77K도)의 액체질소이고, 상기 컴퓨터수단은 상기 지지 및 이동수단에 의하여 상기 시편장착 구조물의 시편들이 상기 액체 질소에 담겨서 상기 시편들이 상기 소정 온도(77K도)로 된 상태에서 상기 공급전류와 측정전압 사이의 특성을 가공하여 임계전류를 측정하고, 상기 지지 및 이동수단에 의하여 상기 시편장착 구조물의 시편들이 상기 액체 질소의 표면에 담긴 상태에서 상기 시편의 온도가 상기 소정 온도(77K도)에서부터 상기 액체질소가 기화함에 따라 상기 시편에 상기 소정온도보다 높은 온도(150K도)까지 온도를 스캔하면서 상기 검출온도와 상기 측정전압 사이의 특성을 가공하여 임계전이온도를 측정한다.
그리고, 상기 전압단자는 리노-핀(Leeno-pin)과 포고-핀(Pogo-pin)중에서 선택된 어느 하나로 이루어진다.
또, 상기 전류단자의 상기 시편에 접하는 부분이 상기 전류단자의 관통구멍보다 크게 형성되어 상기 시편특성 측정 구조물이 상기 시편의 접촉부위와 일정간격을 유지하도록 되어 있고, 상기 일정간격은 리노-핀의 접촉부의 이동길이 범위에 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시편특성 측정 구조물은 FRP(Fiberglass Reinforced Plastic) 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 시편특성 측정 구조물은 그 외곽에 복수의 관통구멍이 형성되어 있고, 이 관통구멍을 통하여 상기 시편특성 측정 구조물은 상기 시편장착 구조물에 나사로 연결되는 것이 바람직하다.
또, 상기 시편장착 구조물에는 다수의 시편 및 그 시편의 특성을 측정 및 고정하기 위한 상기 시편특성 측정 구조물들과 상기 온도센서가 탑재되고, 상기 시편장착 구조물의 양측부에는 그 바닥이 고정되고 상기 시편장착 구조물과는 수직한 방향으로 돌출 장착되고, 그 돌출된 부분에는 상기 시편특성 측정 구조물들에 연결되는 전원선들을 상기 시편특성 측정 구조물별로 구분하여 연결하기 위한 다수의 구멍이 형성되어 있는 전원선 분리 구조물이 설치되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 시편장착 구조물 및 상기 전원선 분리 구조물은 금속 및 FRP 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 금속은 Ni, Al, Cu 중에서 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 온도센서는 상기 시편장착 구조물에 서로 일정 간격 이격되어 설치된 적어도 세녹스(Cernox) 온도 센서로 이루어지는 것이 바람직하다.
또, 상기 지지 및 이동수단은 각 모서리부분에 구멍이 형성되고 그 중앙에 홈이 형성된 베이스와, 상기 베이스의 모서리 구멍에 각각 결합되어 상기 베이스와는 수직하게 독출되는 복수의 가이드봉과, 상기 중앙 홈에 그 하부가 결합되어, 상기 베이스와는 수직하게 독출되는 것으로 상기 중앙 홈에 결합되는 부분은 나사산이 형성되어 있지 않은 긴 나사를 포함하여 구성되고, 상기 긴 나사의 회전에 따라 상기 시편장착 구조물이 상기 지지 및 이동수단의 베이스에 대하여 수직하게 이동되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 고온초전도(YBCO 등) 코팅 박막선재의 임계전류 및 임계전이온도를 측정함에 있어 4-단자 방법을 도입하지만 기존의 단자들의 접촉방식에서 벗어나, 전류 단자들은 박막 시편 위에서 눌러주는 형식을 취하고 아울러 이는 시편들의 움직임을 막고 고정시키는 역할을 하며, 전압 단자들은 새로운 타입의 접촉 방식인 리노-핀을 이용하는 것이다. 리노-핀은 접촉점에 스프링의 힘으로 시편과 리노-핀이 접촉되므로 시편에 아무 손상이 없이 자유롭게 그리고 쉽고 빠르게 임계전류(Ic) 및 임계전이온도(Tc)를 측정할 수가 있다. 그리고 본 발명의 측정 장치는 박막 형태의 많은 고온초전도(YBCO 등) 코팅 선재들의 임계전류를 측정하는데 있어, 액체질소 온도인 77K를 일정하게 유지한 상태에서 임계전류를 측정하는 장치로 초점을 맞춘 경우이고, 임계전이온도 측정 장치는 온도 컨트롤러 없이 오직 온도 모니터만을 이용하여 액체질소의 자연증발로 인한 77K에서 150K 정도까지 온도상승 스캔(scan)을 통한 박막 형태의 많은 고온초전도(YBCO 등) 코팅 시편들의 임계전이온도를 빠르고 손쉽게 측정하는 장치를 구성한다.
도 1은 접촉식의 4-단자 구조물의 정면 구성도,
도 2는 접촉식의 4-단자 구조물의 평면 구성도,
도 3은 고온초전도 코팅 선재의 임계전류(Ic) 및 임계전이온도(Tc) 측정시 고온초전도(YBCO 등) 코팅 시편의 4-단자 접촉 모양도,
도 4는 도1, 도2 및 도 3으로부터 구성 조합된 구조물을 이용하여 박막형태의 6시편들을 동시에 임계전류(Ic) 및 임계전이온도(Tc) 등을 측정할 수 있도록 시편 부착판에 부착된 각각 시편들의 전원 단자(전류 및 전압)들을 서로 구분하기 위한 FRP(Fiberglass Reinforced Plastic) 막대들과 그들의 입체적 형태,
도 5는 도 4의 금속 및 FRP 판재를 확대하여 도시한 도면,
도 6은 도 5의 시편 부착판을 액체질소 내에서 수평 유지하고 수직이동을 위한 구조물을 도시한 도면,
도 7은 리노-핀(Leeno-pin)을 이용한 4-단자 방법을 이용하여 고온초전도(YBCO 등) 박막 선재들의 Ic 및 Tc 측정 구성 개념도이다.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
11a, 11b : 구리봉[(+)전류단자 및 (-)전류단자]
12a, 12b : 리노핀(전압단자) 13a, 13b : 관통구멍
14 : FRP(Fiberglass Reinforced Plastic) 구조물
15a, 15b : 고온 초전도 코팅 시편에 접촉할 부분
21 : FRP 구조물 22a, 22b, 22c, 22d : 관통구멍
23a, 23b : 관통구멍 24a, 24b : 관통구멍
31 : 고온초전도 코팅 시편 32 :Ag-코팅 모양
33a, 33b : 시편 고정부 34a, 34b : 리노-핀 접촉부
41 : FRP 막대 41a, 41b, 41c : 관통구멍
42 : FRP 막대 42a, 42b, 42c : 관통구멍
43, 44 : FRP 막대 부착부 43a, 43b : 관통구멍
44a, 44b : 관통구멍 45 : 금속 및 FRP 판재
51 : 금속 및 FRP 판재 52a, 52b : 나사구멍
52c, 52d : 나사구멍 53a, 53b, 53c, 53d : 관통구멍
54 : 4-단자 구조물 부착부 54a, 54b, 54c, 54d : 나사구멍
55a, 55b : 온도센서 56 : 나사구멍
61a, 61b, 61c, 61d : 금속 및 FRP 가이드 봉
62 : 나사 63 : 금속 및 FRP 판재
64 : 구멍 65a, 65b, 65c, 65d : 나사구멍
71 : 저온 용기(Cryostat) 72 : 액체질소
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고온초전도 코팅 시편의 특성 측정 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
고온초전도(YBCO 등) 코팅 박막선재의 특성으로서 초전도 임계온도(Tc) 및 77K에서 임계전류(Ic) 측정 장치 구성은 주로 다음의 3가지 구성으로 이루어진다.
그 첫 번째로는 먼저 직류 전류를 공급하는 전원공급장치(Power Supply)와 양단의 리노-핀(Leeno-pin)으로부터 전압을 측정하는 나노전압계(Nano-voltmeter), 그리고 시편 옆의 세녹스(Cernox) 온도 센서를 통한 온도 보정을 거쳐 시편의 온도를 읽어주는 온도 모니터의 구성이다.
두 번째로는 측정된 데이터의 처리로서 랩뷰(LabVIEW)를 이용한 전류(I)-전압(V) 및 온도(T)-전압(V) 측정 곡선들을 얻을 수 있는 컴퓨터의 구성이다.
세 번째로는 앞서 설명한 바와 같이 많은 고온초전도(YBCO 등) 코팅 박막선재들의 임계전류(Ic) 및 임계전이온도(Tc)를 측정함에 있어 박막 선재들에 외부 및 내부 손상을 입히지 않고 빠르고 쉽게 목표를 달성할 수 있는, 기존의 방식에서 벗어나 본 발명으로 제안하고자 하는 새로운 방식의 "고온초전도 코팅 선재의 임계전류 및 임계전이온도 측정"을 위한 것으로, 도 1에서 도 7까지의 구성장치들이다.
도 1은 접촉식의 4-단자 구조물의 정면 구성도를 도시한 것이다.
동 도면에서, 도면부호 11a 및 11b는 지름이 예를 들면 1.5mm인 구리봉으로 각각 (+)전류단자와 (-)전류단자로 작용하는 것이다. 그리고, 도면부호 12a와 12b는 지름이 예를 들면 1.3mm의 리노-핀(Leeno-pin)으로 양단간의 거리가 예를 들면 3mm인 전압단자이다. 또, 도면부호 14는 상기 단자들(11a,11b,12a,12b)을 지지하기 위한 예를 들면 40x25x10mm3크기의 FRP(Fiberglass Reinforced Plastic) 구조물이며, 도면부호 13a 및 13b는 상기 FRP 구조물에 형성된 지름이 예를 들면 3.1mm인 관통구멍이다. 또한, 도면부호 15a 및 15b는 상기 전류단자(11a, 11b)의 FRP 구조물(14)의 아래쪽에 위치하는 고온초전도(YBCO) 코팅 시편에 접촉하게 될 부분으로, 3차원 모양으로 도시한 것이다.
도 2는 접촉식의 4-단자 구조물의 평면 구성도이다.
동 도면에서, 도면부호 21은 단자들을 지지하기 위한 예를 들면 40x25x10mm3크기의 FRP 구조물이며, 도면부호 22a, 22b, 22c, 22d는 지름이 3.1mm인 관통구멍으로, 도 1에서 도면부호 13a 및 13b에 대응하는 것이며, 도면부호 23a 및 23b는 전류단자(11a,11b)인 구리봉이 고정될 수 있는 지름이 1.5mm인 관통구멍이고, 도면부호 24a 및 24b는 전압단자(12a, 12b)인 리노-핀이 고정될 수 있는 지름이 예를 들면 3.1mm인 관통구멍이다.
도 3은 입계전류(Ic) 및 임계전이온도(Tc) 측정시 고온초전도(YBCO 등) 코팅 시편의 4-단자 접촉 모양도이다.
동 도면에서, 도면부호 31은 단결정 및 금속기판 위에 증착된고온초전도(YBCO 등) 코팅 시편이고, 도면부호 32는 접촉 저항(Ohmic contact) 문제를 극소화하기 위해 고온초전도(YBCO 등) 코팅 시편 위에 Ag-코팅 모양이다. 그리고, 도면부호 33a 및 33b는 도 1에서 전류단자(11a,11b)의 고온초전도(YBCO) 코팅 시편에 접촉하게 될 부분(15b)이 고온초전도(YBCO) 코팅 시편에 접촉되어 시편을 고정시키는 부분이다. 또, 도면부호 34a 및 34b는 전압단자(12a,12b)인 리노-핀이 YBCO 코팅 시편에 접촉되는 부분이다.
도 4는 도 1, 도 2 및 도 3으로부터 구성 조합된 구조물을 이용하여 박막형태의 6개 시편들에 대하여 동시에 임계전류(Ic) 및 임계전이온도(Tc) 등을 측정할 수 있도록 시편 부착판(45)에 부착된 각각 시편들의 전원 단자(전류 및 전압)들을 서로 구분하기 위한 예를 들면 250x25x10mm3크기의 FRP 막대들과 그들의 입체적 형태를 도시한 도면이다.
동 도면에서, 도면부호 41은 액체질소 내에 시편 부착판(45)의 시편들(시편 1, 시편 2, 시편 3)의 전원 단자선 들을 외부 측정기와 원활한 연결을 위해 각각 시편들의 전원 단자선들을 서로 구분하기 위한 예를 들면 250x25x10mm3크기의 FRP 막대이다. 그리고, 도면부호 41a, 41b 및 41c는 각각 측정 시편들(시편 1, 시편 2, 시편 3)의 전원 단자(전류단자 및 전압단자)들을 각각 서로 구분하기 위한 것으로 지름이 예를 들면 10mm인 관통구멍이다.
또, 도면부호 42는 액체질소 내에 시편 부착판(45)의 시편들(시편 4, 시편5, 시편 6)의 전원 단자선들을 외부 측정기와 원활한 연결을 위해 각각 시편들의 전원 단자선들을 서로 구분하기 위한 예를 들면 250x25x10mm3크기의 FRP 막대이다. 또한, 도면부호 42a, 42b 및 42c는 각각 측정 시편들(시편 4, 시편 5, 시편 6)의 전원단자(전류단자 및 전압단자)들을 각각 서로 구분하기 위한 것으로 지름이 10mm인 관통구멍이다.
그리고, 도면부호 43 및 44는 FRP 막대(41,42)가 시편 부착판(45)에 수직으로 부착되게 하기 위한 부착구조 형태이며, 도면부호 43a 및 43b는 상기 FRP 막대(41)와 부착구조(43)가 "ㄱ"자 형상의 한 몸체로 이루어져 있는데 이 몸체를 시편 부착판(45)에 연결 고정하기 위한 지름이 예를 들면 5mm 크기인 관통구멍이다. 또, 도면부호 44a 및 44b는 상기 FRP 막대(42)와 부착구조(44)는 "ㄱ"자 형상의 한 몸체로 이루어져 있는데 이 몸체를 시편 부착판(45)에 연결 고정하기 위한 지름이 예를 들면 5mm 크기인 관통구멍이다.
또한, 상기 시편 부착판(45)은 도 1, 도 2 및 도 3으로부터 구성 조합된 구조물을 이용하여 박막형태의 6개 시편들(시편 1 ~ 시편 6)에 대하여 동시에 임계전류(Ic) 및 임계전이온도(Tc) 등을 측정할 수 있도록 시편들을 부착할 수 있는 예들 들면 300x60x10mm3크기의 금속(니켈, 알루미늄, 구리 등) 및 FRP 판재이다.
도 5는 도 4에서의 시편판(45)을 확대하여 도시한 도면이다.
동 도면에서, 도면부호 51은 도 1, 도 2 및 도 3으로부터 구성 조합된 구조물을 이용하여 박막형태의 6개 시편들(시편 1 ~ 시편 6)에 대하여 동시에 임계전류(Ic) 및 임계전이온도(Tc) 등을 측정할 수 있도록 시편들을 부착할 수 있는 예를 들면 300x60x10mm3크기의 금속(니켈, 알루미늄, 구리 등) 및 FRP 판재이다.
그리고, 도면부호 52a 및 52b는 "ㄱ"자 형상의 몸체를 구성하는 상기 FRP 막대(41)와 부착구조(43)를 관통구멍(43a,43b)을 통하여 나사로 고정할 수 있는 나사구멍이다.
또, 도면부호 52c 및 52d는 "ㄱ"자 형상의 몸체를 구성하는 상기 FRP 막대(42)와 부착구조(44)를 관통구멍(44a,44b)을 통하여 나사로 고정할 수 있는 나사구멍이다.
또한, 도면부호 53a, 53b, 53c, 53d는 지름이 7mm인 관통구멍이다. 그리고, 도면부호 54는 도 1, 도 2 및 도 3으로부터 구성 조합된 구조물을 이용하여 도 2에 표시된 장치가 부착될 부분이다. 또, 도면부호 54a, 54b, 54c 및 54d는 도 1, 도 2 및 도 3으로부터 구성 조합된 구조물을 시편 부착판(51)에 고정하기 위한 지름 3mm 크기의 나사구멍이다. 또한, 도면부호 55a 및 55b는 세녹스(Cernox) 온도센서이다. 그리고, 도면부호 56은 시편 부착판(51)을 액체질소 내에서 수평을 유지하고 수직이동을 위한 지름이 7mm 크기인 나사구멍이다.
도 6은 도 5의 시편 부착 판(51)을 액체질소 내에서 수평 유지하고 수직이동을 위한 구조물을 도시한 도면이다.
동 도면에서, 도면부호 61a, 61b, 61c, 61d는 지름이 7mm의 관통구멍들(53a,53b,53c,53d)을 통해 시편 부착 판(51)의 복합 구조물이 수평을 유지하면서 수직이동을 위한 구조물로서, 아래는 나사산이 형성되어 있고 위는 원뿔 형태의 금속 및 FRP 가이드 봉이다.
그리고, 도면부호 62는 지름이 7mm 크기의 나사구멍(56)을 통해 수평을 유지하면서 수직 이동을 위한 길이가 긴 나사이다. 또, 도면부호 63은 가이드 봉들(61a,61b,61c,61d)과 긴 나사(62)를 지지할 수 있는 예를 들면 300x60x10mm3크기의 금속(니켈, 알루미늄, 구리 등) 및 FRP 판재이다. 또한, 도면부호 64는 상기 긴 나사(62)의 끝 부분, 즉 나사산이 없는 부분이 잘 회전될 수 있는 지름이 예를 들면 10mm 정도이고 깊이가 예를 들면 5mm 정도인 구멍이다.
또, 도면부호 65a, 65b, 65c, 65d는 상기 가이드 봉들(61a,61b,61c,61d)이 고정될 수 있는 지름이 예를 들면 6mm인 나사구멍이다.
도 7은 리노-핀(Leeno-pin)을 이용한 4-단자 방법을 이용하여 고온초전도 (YBCO 등) 코팅 박막선재들의 임계전류(Ic) 및 임계전이온도(Tc) 측정 구성 개념도이다. 동 도면에서, 도면부호 71은 액체질소를 보존할 수 있는 저온 용기(Cryostat)이고, 72는 용기(71)에 넣은 액체질소이다.
77K 온도에서 임계전류(Ic)를 측정하고자 하는 고온초전도(YBCO 등) 코팅 박막선재들이 준비되면, 도 1에 도시한 바와 같이 전류 단자(11a, 11b)들을 전원공급수단(Power Supply)에 연결하여 직류 전원을 공급하고, 나노 전압기(Nano-voltmeter)를 전압 단자(12a, 12b)들에 연결하여 전압을 측정하도록 한다.
상기 준비된 고온초전도(YBCO 등) 코팅 박막선재는 도3의 모양으로 Ag-코팅을 하여 접촉 저항(Ohmic contact)을 좋게 만들고 Ag-코팅한 선재를 도 5에 도시한 1번 위치 위에 놓고, 도 3에 도시한 바와 같이 전류단자(11a,11b)들의 접촉면이 Ag-코팅 선재 위의 도면부호 33a 및 33b의 위치에, 그리고 리노-핀 전압단자(12a, 12b)들이 도면부호 34a 및 34b의 위치에 접촉하도록 맞춘 후, 도 2의 관통된 구멍들(22a,22b,22c,22d)을 통하고 나사들을 이용하여 도 5의 나사구멍들(54a,54b,54c,54d)에 드라이버를 이용하여 나사를 조인다. 이때, 33a 및 33b에 전류단자(11a,11b)가 나사 조임의 힘으로 접촉됨으로서 박막 시편들이 고정된다. 이와 같은 방법으로 도 5의 2, 3, 4, 5, 6 등의 시편들을 부착할 수 있다. 각각 시편들[도 4에서 1, 2, 3, 4, 5, 6]의 전원 단자들의 전선들은 도 4에 도시한 바와 같이 각각 구분하기 위하여 1번 시편의 전원 전선들은 구멍(41a)을 통과하도록 하고, 2번 시편의 전원 전선들은 구멍(41b)을 통과하도록 하고, 3번 시편의 전원 전선들은 구멍(41c)을 통과하도록 하고, 4번 시편의 전원 전선들은 구멍(42c)을 통과하도록 하고, 5번 시편의 전원 전선들은 구멍(42b)을 통과하도록 하고, 6번 시편의 전원 전선들은 구멍(42a)을 통과하도록 한다.
위와 같이 준비된 도 4와 같은 임계전류(Ic) 및 임계전이온도(Tc) 측정 구성 장치를 최소한 시편 부착판(45)이 완전히 액체 질소에 담기도록 유지하고, 먼저 액체질소 77K 온도가 안정화 되면 임계전류(Ic) 측정을 시작한다.
상기 임계전류(Ic)의 측정 후, 임계전이온도(Tc)를 측정하기 위해서 시편의 온도를 읽어주기 위해 도면부호 55a 및 55b 위치에 설치한 세녹스 온도 센서를 이용하고 온도 모니터를 통해 보정된 온도를 측정하게 한다.
상기 임계전이온도(Tc)의 측정 방법은 박막 시편들이 장착된 도 4의 구조물을 도 7에 도시한 형태의 액체 질소 저온용기에 넣는다. 도 5의 관통된 구멍들(53a,53b,53c,53d)이 도 7의 구리봉(61a, 61b, 61c, 61d)에 들어가도록 한 후, 나사구멍(56)을 통해 길이가 긴 나사(62)를 이용해 도 7의 시편 부착 판재(51) 부분이 수직으로 자유롭게 이동하도록 하여, 처음에는 임계전류(Ic)를 측정할 때처럼 액체질소 안에 담기도록 유지하고 77K 온도가 안정화되면, 나사(62)를 이용해 시편 부착 판재(51)면이 액체질소 표면에 수평으로 유지하도록 맞춘 후, 임계전이온도(Tc) 측정을 시작한다. 이때, 77K 표면온도부터 액체질소가 자연 기화되어, 시편 부착 판재(51)면의 온도가 150K 정도까지 올라가는 온도를 세녹스 온도 센서(55a, 55b)를 통하여 온도 스캔(scan)에 따른 전압을 측정함으로써 고온초전도(YBCO 등) 코팅 선재들의 임계전이온도(Tc)를 빠르게 측정할 수 있다.
시편의 원형을 그대로 보존하고 손상을 원하지 않는 박막 형태의 YBCO 코팅 선재 이외의 모든 고온 초전도선재들의 77K에서의 임계전류(Ic) 측정과 고온초전도 박막 시편들의 임계전이온도(Tc)(77K ~ 150K의 영역)를 측정할 수 있는 장치로서 시편에 손상을 주지 않고, 빠르게 많은 박막 시편의 특성을 분석하는 목적으로 이용할 수 있다. 도 8 및 도 9는 YBCO 코팅 시편의 측정예로서 임계전류(Ic) 및 임계전이온도(Tc) 측정의 예를 보여준다.
상기한 특정 실시예에서는 접압단자로서 리노-핀(Leeno-pin)에 대하여만 언급하였지만, 그 대신에 포고-핀(Pogo-pin)을 사용하여도 되는 것은 물론이다.
한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 리노-핀을 이용한 간단한 측정 장치를 고온초전도(YBCO 등) 코팅 박막선재의 임계전류(Ic) 측정 장치로 이용함으로써 만들어진 시편들의 77K에서의 임계전류(Ic), 그리고 그 시편들의 임계전이온도(Tc) 등을 빠르게 측정할 수 있고, 박막 시편의 내/외부에 어떠한 손상도 주지 않으므로 똑같은 시편을 일관성 있게 다른 초전도 특성 및 기본 물성조사에 이용할 수 있다.
둘째, 리노-핀(Leeno-pin)을 이용한 간단한 측정 장치를 고온초전도(YBCO 등) 코팅 박막선재의 임계전이온도(Tc) 측정 장치로 이용함은 온도조절장치(Temperature controller)를 사용하는 대신에 사용이 편리한 온도 모니터(Temperature monitor)만을 이용해서 온도를 측정하고 온도 스캔(scan)에 따른임계전이온도(Tc)를 쉽고 빠르게 측정할 수 있다.

Claims (20)

  1. 다수의 고온초전도 코팅 박막선재 시편들이 탑재되고 온도를 측정하기 위한 온도센서가 장착되는 시편장착 구조물과;
    상기 시편들을 각각 상기 시편장착 구조물 상에 고정함과 더불어, 상기 시편에 전류를 공급하기 위한 전류공급단자와, 상기 시편의 전압을 측정하기 위한 전압단자가 장착된 시편특성 측정 구조물과;
    상기 시편특성 측정 구조물에 의하여 시편들이 장착된 시편장착 구조물을 지지하고, 수평을 유지하면서 상하 수직 이동이 가능하도록 하는 지지 및 이동수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    온도가 77k인 액체를 수용함과 더불어 상기 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치가 수용되는 저온 액체용기와;
    상기 전류공급단자에 전류를 공급하는 전원공급수단과;
    상기 전압단자로부터의 전압을 측정하는 전압측정수단과;
    상기 온도센서로부터의 검출온도를 표시하는 표시수단과;
    상기 전류공급수단에서의 공급전류와 상기 전압측정수단의 측정전압사이의 특성과, 상기 온도센서의 검출온도와 상기 전압측정수단의 측정전압사이의 특성을 가공하는 컴퓨터수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 온도가 77k인 액체는 액체질소이고,
    상기 컴퓨터수단은 상기 지지 및 이동수단에 의하여 상기 시편장착 구조물의 시편들이 상기 액체 질소에 담겨서 상기 시편들이 상기 77k의 온도로 안정화된 상태에서 상기 공급전류와 측정전압 사이의 특성을 가공하여 임계전류를 측정하고, 상기 지지 및 이동수단에 의하여 상기 시편장착 구조물의 시편들이 상기 액체 질소의 표면에 담긴 상태에서 상기 시편의 온도가 상기 77k의 온도에서부터 상기 액체질소가 기화함에 따라 상기 시편에 상기 77k의 온도보다 높은 온도까지 온도를 스캔하면서 상기 검출온도와 상기 측정전압 사이의 특성을 가공하여 임계전이온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 소정 온도는 77K도이고, 상기 소정온도보다 높은 온도는 150K도인 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
  5. 제 1항 내지 제 3항에 있어서,
    상기 전압단자는 리노-핀(Leeno-pin)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 전류단자의 상기 시편에 접하는 부분이 상기 전류단자의 관통구멍보다 크게 형성되어 상기 시편특성 측정 구조물이 상기 시편의 접촉부위와 일정간격을 유지하도록 되어 있고, 상기 일정간격은 리노-핀의 접촉부의 이동길이 범위에 있는 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
  7. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시편특성 측정 구조물은 FRP(Fiberglass Reinforced Plastic) 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 시편특성 측정 구조물은 그 외곽에 복수의 관통구멍이 형성되어 있고, 이 관통구멍을 통하여 상기 시편특성 측정 구조물은 상기 시편장착 구조물에 나사로 연결되는 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 시편장착 구조물에는 다수의 시편 및 그 시편의 특성을 측정 및 고정하기 위한 상기 시편특성 측정 구조물들과 상기 온도센서가 탑재되고,
    상기 시편장착 구조물의 양측부에는 그 바닥이 고정되고 상기 시편장착 구조물과는 수직한 방향으로 돌출 장착되고, 그 돌출된 부분에는 상기 시편특성 측정 구조물들에 연결되는 전원선들을 상기 시편특성 측정 구조물별로 구분하여 연결하기 위한 다수의 구멍이 형성되어 있는 전원선 분리 구조물이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 시편장착 구조물은 금속 및 FRP(Fiberglass Reinforced Plastic) 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 금속은 Ni, Al, Cu 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 전원선 분리 구조물은 금속 및 FRP(Fiberglass Reinforced Plastic) 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성측정장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 금속은 Ni, Al, Cu 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 온도센서는 상기 시편장착 구조물에 서로 일정 간격 이격되어 설치된 적어도 세녹스(Cernox) 온도 센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 지지 및 이동수단은 각 모서리부분에 구멍이 형성되고 그 중앙에 홈이 형성된 베이스와,
    상기 베이스의 모서리 구멍에 각각 결합되어 상기 베이스와는 수직하게 독출되는 복수의 가이드봉과,
    상기 중앙 홈에 그 하부가 결합되어, 상기 베이스와는 수직하게 독출되는 것으로 상기 중앙 홈에 결합되는 부분은 나사산이 형성되어 있지 않은 긴 나사를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
    상기 전원선 분리 구조물은 금속 및 FRP(Fiberglass Reinforced Plastic) 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 베이스는 금속 및 FRP(Fiberglass Reinforced Plastic) 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 금속은 Ni, Al, Cu 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 가이드봉은 금속 및 FRP(Fiberglass Reinforced Plastic) 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 금속은 Ni, Al, Cu 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
  20. 제 15항에 있어서,
    상기 시편장착 구조물의 모서리부분에는 상기 시편장착 구조물의 수직이동시에 수평을 유지하기 위한 상기 지지 및 이동수단의 가이드봉이 끼워지는 복수의 구멍이 형성되어 있고, 상기 시편장착 구조물의 중앙 부분에는 상기 지지 및 이동수단의 긴 나사가 끼워지는 나사구멍이 형성되어 있으며,
    상기 긴 나사의 회전에 따라 상기 시편장착 구조물이 상기 지지 및 이동수단의 베이스에 대하여 수직하게 이동되는 것을 특징으로 하는 리노-핀을 이용한 고온초전도 코팅 선재의 특성 측정장치.
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