KR20190082086A - The superconducting magnet with improved thermal and electrical stability and Manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초전도 마그넷 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 극저온에서 사용되는 초전도 마그넷의 함침 물질 내 필러를 넣어 열 및 전기적 안정성을 향상시킨 초전도 마그넷 및 이의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting magnet and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a superconducting magnet improved in thermal and electrical stability by inserting a filler in an impregnation material of a superconducting magnet used at a cryogenic temperature.
고자장에 대한 연구가 발전함에 따라 초전도 마그넷은 의료분야 뿐만 아니라 전력, 에너지 분야에까지 응용되고 있다. 일반적으로 저온초전도 마그넷 또는 모터나 발전기 등의 회전을 하는 용도에 필요한 마그넷의 경우 극저온용 에폭시로 함침을 하게 된다. 초전도 마그넷에 에폭시를 함침하는 것은 마그넷의 로렌츠 힘을 완화시켜주고, 모터나 발전기와 같은 기기에 응용할 때 발생하는 기계적 진동을 견디도록 하는 이점도 있다. As research on high magnetic fields develops, superconducting magnets are used not only in medical field but also in electric power and energy field. In general, a low-temperature superconducting magnet or a magnet necessary for rotation of a motor or a generator is impregnated with a cryogenic epoxy. Impregnation of superconducting magnets with epoxy has the advantage of relieving the Lorentz force of the magnets and allowing them to withstand the mechanical vibrations that occur when applied to devices such as motors and generators.
그러나, 일반적이 초전도 마그넷의 경우 국부적인 열이 발생했을 때 열을 효율적으로 확산시키지 못하는 문제점이 있다.However, the conventional superconducting magnet has a problem in that heat can not be efficiently diffused when local heat is generated.
도 1은 일반적인 초전도 마그넷에서 퀀치(quench)로 인해 열발생 모습을 대략적으로 나타낸 것이다.FIG. 1 schematically shows a heat generation appearance due to a quench in a general superconducting magnet.
기존에 나와있는 초전도 마그넷은 초전도 선재상에 에폭시가 함침되어 있는 데, 불특정 원인으로 인해 특정영역에 국부적 열이 발생했을 때 열을 제대로 확산시켜 바로 냉각시켜야 한다. Existing superconducting magnets are impregnated with epoxy on a superconducting wire. When local heat is generated in a specific region due to an unspecified cause, the heat must be properly diffused and cooled immediately.
그러나, 에폭시 물질의 낮은 열전도도로 인하여 발생한 열이 효율적으로 확산되지 못하여 초전도 마그넷에 손상을 주는 경우가 빈번이 발생한다.However, the heat generated due to the low thermal conductivity of the epoxy material is not efficiently diffused, and the superconducting magnet is frequently damaged.
뿐만 아니라, 냉각 시 초전도 선재와 함침 물질인 에폭시 간의 열수축률 차이로 인하여 코일에 기계적인 내부응력이 발생하여 초전도 특성의 저하를 발생한다.In addition, when the superconducting wire is cooled, a mechanical internal stress is generated in the coil due to a difference in heat shrinkage ratio between the superconducting wire and the epoxy which is the impregnation material, resulting in deterioration of superconducting properties.
이에 따라 초전도 마그넷의 특정영역에 국부적 열 발생시 효율적으로 열을 확산시킬 수 있으며, Accordingly, it is possible to efficiently diffuse heat when a local heat is generated in a specific region of the superconducting magnet,
냉각시 열수축률 차이를 줄여 초전도 특성의 저하를 방지할 수 있는 초전도 선재의 개발이 요청되었다.It is required to develop a superconducting wire capable of reducing the difference in heat shrinkage rate during cooling to prevent deterioration of superconducting properties.
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 종래의 에폭시 함침으로 형성된 초전도 마그넷에서 국부적 열이 발생했을 때, 에폭시 물질의 낮은 열전도도로 열이 효율적으로 확산되지 못하는 문제점을 해결할 수 있는 초전도 마그넷을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a superconducting magnet capable of solving the problem that heat is not efficiently diffused due to low thermal conductivity of an epoxy material when local heat is generated in a superconducting magnet formed by conventional epoxy impregnation There is.
또한, 본 발명의 다른 목적은 초전도 마그넷의 냉각시 초전도 선재와 함침한 에폭시 간의 열수축률 차이에 따라 기계적인 내부응력이 발생하는 데, 열수축률을 줄일 수 잇는 초전도 마그넷을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a superconducting magnet capable of reducing a heat shrinkage rate due to mechanical internal stress due to a difference in heat shrinkage ratio between superconducting wire and epoxy impregnated with the superconducting wire during cooling of the superconducting magnet.
본 발명의 일 측면에 따르면, 초전도 마그넷에 있어서, 중심에 형성된 보빈; 상기 보빈의 외주면을 감은 초전도 선재 및 상기 초전도 선재의 외부를 에폭시로 함침하여 형성하되, 상기 에폭시에는 탄소나노튜브가 포함된 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a superconducting magnet comprising: a bobbin formed at a center; A superconducting wire wound around an outer circumferential surface of the bobbin, and an outer portion of the superconducting wire are impregnated with epoxy, wherein the epoxy includes carbon nanotubes.
또한 본 발명에 따르면, 상기 탄소나노튜브는 표면처리를 통해 에폭시 내에서 분산되도록 하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷을 제공한다.Also, according to the present invention, there is provided a superconducting magnet characterized in that the carbon nanotubes are dispersed in an epoxy through surface treatment.
또한 본 발명에 따르면, 상기 탄소나노튜브의 표면처리는 황산 및 질산 용액에서 열처리를 통해 형성함으로써 탄소나노튜브 표면에 COOH 기가 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷을 제공한다.Also, according to the present invention, there is provided a superconducting magnet characterized in that a COOH group is formed on the surface of a carbon nanotube by forming a surface treatment of the carbon nanotube through heat treatment in a sulfuric acid and nitric acid solution.
또한 본 발명에 따르면, 상기 에폭시 내에 탄소나노튜브가 포함되는 양은 0.1 ~ 5wt%인 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷을 제공한다.Also, according to the present invention, there is provided a superconducting magnet characterized in that the amount of carbon nanotubes contained in the epoxy is 0.1 to 5 wt%.
또한 본 발명에 따르면, 초전도 마그넷 제조에 있어서, 중심에 형성된 보빈의 외주면에 초전도 선재를 감는 단계; 및 상기 초전도 선재 외부에 에폭시로 함침하는 단계를 포함하되, 상기 에폭시는 탄소나노튜브가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a superconducting magnet, comprising: winding a superconducting wire around an outer circumferential surface of a bobbin formed at a center; And impregnating the outer surface of the superconducting wire with epoxy, wherein the epoxy comprises carbon nanotubes.
또한 본 발명에 따르면, 에폭시에 포함되어 있는 탄소나노튜브의 분산도를 높이기 위해 표면처리한 탄소나노튜브를 이용하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷 제조방법을 제공한다.According to the present invention, there is also provided a method for manufacturing a superconducting magnet, which uses a carbon nanotube surface-treated to increase the degree of dispersion of the carbon nanotubes contained in the epoxy.
또한 본 발명에 따르면, 탄소나노튜브의 표면처리는 황산 및 질산 용액에서 열처리를 실시함으로써 작용기를 형성하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷 제조방법을 제공한다.Also, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a superconducting magnet, characterized in that the surface treatment of the carbon nanotubes forms a functional group by performing heat treatment in a sulfuric acid and nitric acid solution.
또한 본 발명에 따르면, 상기 에폭시 내에 탄소나노튜브를 0.1 ~ 5wt%가 포함되도록 하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷 제조방법을 제공한다.Also, according to the present invention, there is provided a method of manufacturing a superconducting magnet, wherein 0.1 to 5 wt% of carbon nanotubes are contained in the epoxy.
또한 본 발명에 따르면, 상기 탄소나노튜브가 포함됨으로 인해 초전도 마그넷의 열 및 전기적 안정성을 향상하고 상기 초전도 선재와 상기 에폭시 간의 열수축율 차이를 줄여 초전도 특성 저하를 방지하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a superconducting magnet, the method comprising: preparing a superconducting magnet having a plurality of superconducting magnets, the superconducting magnet having a plurality of carbon nanotubes, .
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 초전도 마그넷에 표면처리한 탄소나노튜브를 필러로 넣은 에폭시를 함침함으로써 에폭시의 열전도도를 높여 국부적 열이 발생했을 때 효율적으로 열을 확산하여 초전도 마그넷의 열 및 전기적 안정성을 높이는 장점이 있다.According to an embodiment of the present invention, epoxy is impregnated with a carbon nanotube surface-treated as a filler in a superconducting magnet to increase the thermal conductivity of the epoxy, thereby efficiently diffusing heat when local heat is generated, It has the advantage of improving stability.
또한, 본 발명에 따른 열·전기적 안전성이 향상된 초전도 마그넷 및 이의 제조방법은 냉각 시 발생하는 초전도 선재와 에폭시 간의 열수축률 차이를 줄여 초전도 특성의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, the superconducting magnet having improved thermal and electrical safety according to the present invention and the method of manufacturing the same have the effect of preventing a decrease in the superconducting characteristic by reducing the difference in heat shrinkage rate between the superconducting wire and the epoxy.
도 1은 일반적인 초전도 마그넷에서 퀀치(quench)로 인해 열발생 모습을 대략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 마그넷의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 에폭시에 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브와 표면처리를 한 탄소나노튜브의 SEM 사진이다.
도 4는 초전도 마그넷의 구성인 에폭시에 탄소나노튜브를 넣었을 때 상온에서 극저온(77K)에 도달하는 시간을 나타낸 그래프이다.
도 5는 에폭시에 탄소나노튜브를 포함시킨 초전도 마그넷의 퀀치 테스트를 그래프로 나타낸 것이다.
도 6은 탄소나노튜브를 포함시킨 초전도 마그넷을 상온에서 냉각하고, 임계전류를 측정한 뒤, 다시 상온으로 가열하는 과정을 22번 반복하여 측정한 임계전류 값을 나타낸 것이다.FIG. 1 schematically shows a heat generation appearance due to a quench in a general superconducting magnet.
2 is a cross-sectional view of a superconducting magnet according to an embodiment of the present invention.
3 is an SEM photograph of carbon nanotubes not surface-treated with epoxy and surface-treated carbon nanotubes.
FIG. 4 is a graph showing a time required to reach a cryogenic temperature (77 K) at room temperature when carbon nanotubes are placed in an epoxy which is a constituent of a superconducting magnet.
FIG. 5 is a graph showing a quench test of a superconducting magnet in which carbon nanotubes are contained in an epoxy.
6 is a graph showing a critical current value measured by repeating a process of cooling a superconducting magnet containing carbon nanotubes at room temperature, measuring a critical current, and then heating the superconducting magnet again to room temperature.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. This embodiment is provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Thus, the shape of the elements in the figures has been exaggerated to emphasize a clearer description.
본 발명은 열·전기적 안전성이 향상된 초전도 마그넷 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 중심에 형성된 보빈; 상기 보빈의 외주면을 감은 초전도 선재 및 상기 초전도 선재의 외부를 에폭시로 함침하여 형성하되, 상기 에폭시에는 탄소나노튜브가 포함된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a superconducting magnet having improved thermal and electrical safety, and a method of manufacturing the same. A superconducting wire wound around an outer circumferential surface of the bobbin, and an outer portion of the superconducting wire are impregnated with epoxy, and the epoxy includes carbon nanotubes.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 마그넷의 단면도를 나타낸 것이다.2 is a cross-sectional view of a superconducting magnet according to an embodiment of the present invention.
초전도 마그넷(100)은 보빈(110), 초전도 선재(120), 에폭시 함침(130)을 포함할 수 있다.The
상기 보빈(110)은 초전도 마그넷(100)의 중심에 배치되는 데, 보빈으로 이용할 수 있는 재료로는 열전도도가 낮은 베이크라이트 물질이 이용될 수 있다.The
또한, 상기 보빈(110)의 외주면을 따라 초전도 선재(120)가 형성될 수 있다. 상기 초전도 선재(120은 여러 회를 통해 상기 보빈에 감겨 형성될 수 있다.In addition, the
상기 초전도 선재(120)는 30K 미만에서 초전도성을 갖는 저온초전도체와 30K 이상의 온도에서 초전도성을 갖는 고온 초전도체를 모두 포함할 수 있다. 상기 초전도 선재(120)는 초전도 물질의 임계온도 이하의 온도에서 저항없이 전류가 흐를 수 있는 것이 특징이다. The
초전도 선재(120) 외부에는 에폭시(130)로 함침 되어 있는 데, 상기 에폭시 에는 표면처리한 탄소나노튜브를 첨가할 수 있다.The outer surface of the
초전도 마그넷은 초전도 마그넷에 구성되어 있는 초전도 선재(120)에 국부적인 열이 발생하였을 때, 이를 효율적으로 확산시켜 초전도 마그넷의 안정성을 높여야 한다. 그렇지 않으면 열로 인해 초전도 선재(120)가 초전도성을 잃고 저항이 증가할 수 있다.When local heat is generated in the
이에 따라 본 발명에서는 초전도 선재(120) 외부에 에폭시를 함침시키되 열도전율이 높은 탄소나노튜브를 포함시켰다. 탄소나노튜브를 넣어 에폭시의 열전도도를 높이면 효율적으로 열을 확산시켜 초전도 마그넷(100)의 열 및 전기적 안정성을 높일 수 있다. Accordingly, in the present invention, the outer surface of the
또한, 냉각 시에도 초전도 선재(120)와 극저온 에폭시(130) 간의 열수축률의 차이로 인하여 초전도 마그넷(100) 내의 기계적 내부 응력이 발생할 수 있는 데, 이는 초전도 마그넷(100)의 초전도 특성 저하를 일으킬 수 있다. 이를 위해 에폭시(130)에 탄소나노튜브를 넣음으로써 초전도 선재(120)와 에폭시(130) 간의 열수축률 차이를 줄일 수 있도록 하였다.In addition, the mechanical internal stress in the
본 발명에서 에폭시에 포함된 탄소나노튜브는 에폭시 내에서 분산도를 높이기 위해 표면처리한 탄소나노튜브를 이용할 수 있다.In the present invention, the carbon nanotubes contained in the epoxy may be carbon nanotubes that have been surface-treated to increase the degree of dispersion in the epoxy.
도 3은 에폭시에 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브와 표면처리한 탄소나노튜브의 SEM 사진이다.3 is an SEM photograph of carbon nanotubes not surface-treated with epoxy and surface-treated carbon nanotubes.
도 3을 참조하면, 상기 에폭시(130)에 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브(180)를 넣었을 때, 탄소나노튜브가 에폭시(130) 내에서 균일한 분산이 이루어지지 않는다(도 3의 (a) 참조). 이 경우 열전도율이 높은 탄소나노튜브가 일정구역에만 존재하여 고르게 분산되어 있지 않기 때문에 효율적인 열전도도 향상을 기대하기 어렵다.3, the
반면에 탄소나노튜브에 표면처리를 하게 되면 에폭시내에서 고르게 분산되어 형성될 수 있다.On the other hand, when carbon nanotubes are surface-treated, they can be uniformly dispersed in the epoxy.
탄소나노튜브에 표면처리를 하는 방법으로는 황산 및 질산을 이용하여 할 수 있다. 상기 황산 및 질산을 3 : 1의 질량비율로 약 100℃에서 약 30분간 열처리를 통해 표면처리한 탄소나노튜브(190)를 얻을 수 있다.Sulfuric acid and nitric acid can be used for surface treatment of carbon nanotubes. The
약 30분간 열처리를 한 후 멤브레인을 통해 황산 및 질산을 걸러내어 표면처리한 탄소나노튜브(190)를 얻는데, 탄소나노튜브를 표면처리하면 탄소나노튜브에 COOH 작용기가 형성되어 에폭시 내에서 탄소나노튜브간 분산도를 향상시킨다.After heat treatment for about 30 minutes, sulfuric acid and nitric acid are filtered out through the membrane to obtain a surface-treated
즉, 표면처리를 통해 탄소나노튜브 표면에 작용기를 형성하여 에폭시(130)내 탄소나노튜브의 분산도를 높일 수 있다.(도 3의 (b) 참조)That is, the surface treatment can form functional groups on the surfaces of the carbon nanotubes, thereby increasing the degree of dispersion of the carbon nanotubes in the epoxy 130 (see FIG. 3 (b)).
또한, 본 발명은 에폭시 내에 탄소나노튜브가 포함시키는 데, 탄소나노튜브가 에폭시내에 포함되는 양은 0.1 ~ 5wt%인 것이 바람직하다. 상기 범위로 탄소나노튜브가 포함되어 있는 경우 에폭시의 열전도도를 높여 국부적 열이 발생했을 때 효율적으로 열을 확산할 수 있다.Further, in the present invention, the carbon nanotubes are contained in the epoxy, and the amount of the carbon nanotubes contained in the epoxy is preferably 0.1 to 5 wt%. When the carbon nanotubes are included in the above range, the thermal conductivity of the epoxy is increased, and heat can be efficiently diffused when local heat is generated.
도 4는 초전도 마그넷의 구성인 에폭시에 탄소나노튜브를 넣었을 때 상온에서 극저온(77K)에 도달하는 시간을 나타낸 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing a time required to reach a cryogenic temperature (77 K) at room temperature when carbon nanotubes are placed in an epoxy which is a constituent of a superconducting magnet.
초전도 마그넷에서 에폭시 최내각(TC1), 에폭시 중간(TC2), 에폭시 최외각(TC3)에서 열전대(160)를 측정한 것이다.(도 2의 열전대(160) 위치 참조)The
도 4는 에폭시에 탄소나노튜브가 포함되어 있는 초전도 마그넷을 상온에서 극저온(77K)에 도달하는 시간을 보여주는 데, 도 4의 (a)는 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브를 넣었을 때이며, 도 4의 (b)는 표면처리한 탄소나노튜브를 넣었을 때 극저온(77K)에 도달하는 시간을 나타낸다. 극저온(77K)에 도달하는 실험은 액체질소에 넣음으로써 실시할 수 있다.FIG. 4 shows a time when the superconducting magnet containing carbon nanotubes in epoxy reaches a cryogenic temperature (77 K) at room temperature. FIG. 4 (a) shows the time when carbon nanotubes not surface- (b) shows the time to reach the cryogenic temperature (77K) when the surface-treated carbon nanotubes are placed. Experiments reaching cryogenic temperatures (77K) can be carried out by placing them in liquid nitrogen.
도 4의 (a)를 참조하면, 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브를 넣었을 때, 에폭시 최내각(TC1), 에폭시 중간(TC2), 에폭시 최외각(TC3)이 모두 극저온(77K)에 도달하는 시간은 58.2초이다.4A, when carbon nanotubes not subjected to the surface treatment are put in, the time at which the epoxy minimum internal angle TC1, the epoxy middle TC2, and the epoxy outermost angle TC3 reach the extremely low temperature 77K Is 58.2 seconds.
도 4의 (b)를 참조하면, 표면처리한 탄소나노튜브를 넣었을 때, 에폭시 최내각(TC1), 에폭시 중간(TC2), 에폭시 최외각(TC3)이 모두 극저온(77K)에 도달하는 시간은 38.2초이다.Referring to FIG. 4 (b), when the surface-treated carbon nanotubes are loaded, the time required for the epoxy minimum internal angle TC1, the epoxy intermediate TC2, and the epoxy outermost TC3 to reach the extremely low temperature 77K is 38.2 seconds.
이에 반해 탄소나노튜브를 넣지 않고 에폭시만을 이용해 에폭시 최내각(TC1), 에폭시 중간(TC2), 에폭시 최외각(TC3)이 모두 극저온(77K)에 도달하는 시간은 468.1초이다.On the other hand, the time required to reach the cryogenic temperature (77K) is 468.1 seconds using only epoxy without carbon nanotubes, and the epoxy minimum angle TC1, epoxy middle (TC2) and epoxy outermost angle (TC3)
이에 따라, 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브를 넣었을 때의 초전도 마그넷의 극저온(77K)에 도달시간은 58.2초로 기존 에폭시 만을 넣었을 때(468.1초)에 비해 7.0배 향상되었으며, 표면처리한 탄소나노튜브를 넣었을 때의 초전도 마그넷의 극저온(77K)에 도달시간은 39.8초로 기존 에폭시 만을 넣었을 때(468.1초)에 비해 11.8배 향상됨을 확인할 수 있다.As a result, the time to reach the cryogenic temperature (77K) of the superconducting magnet when the untreated carbon nanotube was put in was 58.2 seconds, which was improved by 7.0 times as compared with that of the conventional epoxy (468.1 seconds) The time to reach the cryogenic temperature (77 K) of the superconducting magnet at the time of inserting was 39.8 seconds, which is 11.8 times higher than that of the conventional epoxy only (468.1 seconds).
이에 따라 탄소나노튜브가 포함되었을 때 기존 에폭시 만을 넣었을 때에 비해 효율적인 열전도도로 인해 빨리 냉각되며, 특히 표면처리한 탄소나노튜브를 넣었을 때 보다 빨리 냉각되는 것을 확인할 수 있다.Accordingly, when the carbon nanotubes are included, they are cooled more quickly due to efficient heat conduction than when only conventional epoxy is incorporated. In particular, it can be confirmed that the carbon nanotubes are cooled faster than when the surface-treated carbon nanotubes are inserted.
도 5는 에폭시에 탄소나노튜브를 포함시킨 초전도 마그넷의 퀀치 테스트를 그래프로 나타낸 것이다.FIG. 5 is a graph showing a quench test of a superconducting magnet in which carbon nanotubes are contained in an epoxy.
도 5의 (a)는 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브(180)를 넣었을 때 퀀치 테스트를, 도 5의 (b)는 표면처리한 탄소나노튜브를 넣었을 때 퀀치 테스트를 보여준다.FIG. 5 (a) shows a quench test when the
퀀치 테스트는 운전전류 93.6A를 인가하고, 히터를 통해 열에너지를 가하여 퀀치가 발생하는 최소 에너지(minimum quench energy, MQE)를 확인함으로써 초전도 마그넷(100)이 열 및 전기적 안정성을 평가할 수 있다. MQE가 클수록 열 및 전기적으로 안정하다고 평가할 수 있다.The quench test can evaluate the thermal and electrical stability of the
도 5의 (a)의 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브(180)를 넣었을 때 퀀치가 발생하는 최소 에너지(MQE)는 2.0J 인데 반해, 도 5의 (b)의 표면처리한 탄소나노튜브(190)를 넣었을 때 퀀치가 발생하는 최소 에너지(MQE)는 5.0J로 표면처리한 탄소나노튜브(190)를 넣었을 때 MQE가 2.5배 높아서, 표면처리한 탄소나노튜브가 에폭시에 함침되어 있을 때 열 및 전기적으로 더 안정하다고 평가할 수 있다.The minimum energy (MQE) of the quench generated when the
도 6은 탄소나노튜브를 포함시킨 초전도 마그넷을 상온에서 냉각하고, 임계전류를 측정한 뒤, 다시 상온으로 가열하는 과정을 22번 반복하여 측정한 임계전류 값을 나타낸 것이다.6 is a graph showing a critical current value measured by repeating a process of cooling a superconducting magnet containing carbon nanotubes at room temperature, measuring a critical current, and then heating the superconducting magnet again to room temperature.
도 5를 참조하면, 표면처리한 탄소나노튜브(190)를 넣은 에폭시(130)로 함침한 초전도 마그넷(100)이 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브(180)를 넣은 에폭시(130)로 함침한 초전도 마그넷보다 초전도 특성 저하가 적은 것을 보여준다.5, the
표면처리한 탄소나노튜브(190)를 넣은 에폭시(130)로 함침한 초전도 마그넷(100)은 20회 반복시까지 임계전류값이 변화가 없었는 데 반해, 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브(180)를 넣은 에폭시(130)로 함침한 초전도 마그넷(100)은 14회 반복시부터 임계전류값이 떨어져서 21회 반복시에는 많은 값이 떨어지는 것을 확인 할 수 있다.In the
이는 표면처리한 탄소나노튜브(190)를 넣은 에폭시(130)로 함침한 초전도 마그넷(100)이 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브(180)를 넣은 에폭시(130)로 함침한 초전도 마그넷보다 초전도 선재와 에폭시 간의 열수축률 차이가 적은 것을 보여준다.This is because the
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The foregoing detailed description is illustrative of the present invention. In addition, the foregoing is intended to illustrate and explain the preferred embodiments of the present invention, and the present invention may be used in various other combinations, modifications, and environments. That is, it is possible to make changes or modifications within the scope of the concept of the invention disclosed in this specification, within the scope of the disclosure, and / or within the skill and knowledge of the art. The embodiments described herein are intended to illustrate the best mode for implementing the technical idea of the present invention and various modifications required for specific applications and uses of the present invention are also possible. Accordingly, the detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments. It is also to be understood that the appended claims are intended to cover such other embodiments.
100 : 초전도 마그넷
110 : 보빈
120 : 초전도 선재
130 : 에폭시
140 : 전류도입선
150 : 히터
160 : 열전대
170 : 전압탭
180 : 표면처리 하지 않은 탄소나노튜브
190 : 표면처리한 탄소나노튜브100: Superconducting magnet
110: bobbin 120: superconducting wire
130: Epoxy 140: Current lead-in wire
150: heater 160: thermocouple
170: voltage tap 180: untreated carbon nanotube
190: Surface-treated carbon nanotubes
Claims (9)
중심에 형성된 보빈;
상기 보빈의 외주면을 감은 초전도 선재 및
상기 초전도 선재의 외부를 에폭시로 함침하여 형성하되,
상기 에폭시에는 탄소나노튜브가 포함된 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷.
In the superconducting magnet,
A bobbin formed at the center;
A superconducting wire wound around an outer circumferential surface of the bobbin,
The superconducting wire is formed by impregnating the outside of the superconducting wire with epoxy,
The superconducting magnet according to claim 1, wherein the epoxy comprises carbon nanotubes.
상기 탄소나노튜브는 표면처리를 통해 에폭시 내에서 분산되도록 하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon nanotubes are dispersed in an epoxy through surface treatment.
상기 탄소나노튜브의 표면처리는 황산 및 질산 용액에서 열처리를 통해 형성함으로써 탄소나노튜브 표면에 COOH 기가 형성되는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷.
3. The method of claim 2,
Wherein the surface treatment of the carbon nanotubes is performed through heat treatment in a sulfuric acid and nitric acid solution to form a COOH group on the surface of the carbon nanotubes.
상기 에폭시 내에 탄소나노튜브가 포함되는 양은 0.1 ~ 5wt%인 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷.
The method according to claim 1,
Wherein the amount of the carbon nanotubes contained in the epoxy is 0.1 to 5 wt%.
중심에 형성된 보빈의 외주면에 초전도 선재를 감는 단계; 및
상기 초전도 선재 외부에 에폭시로 함침하는 단계를 포함하되,
상기 에폭시는 탄소나노튜브가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷 제조방법.
In the manufacture of superconducting magnets,
Winding a superconducting wire on an outer circumferential surface of a bobbin formed in the center; And
And impregnating the outer surface of the superconducting wire with epoxy,
Wherein the epoxy comprises carbon nanotubes. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI >
에폭시에 포함되어 있는 탄소나노튜브의 분산도를 높이기 위해 표면처리한 탄소나노튜브를 이용하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷 제조방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the surface of the carbon nanotubes contained in the epoxy is treated to increase the degree of dispersion of the carbon nanotubes.
탄소나노튜브의 표면처리는 황산 및 질산 용액에서 열처리를 실시함으로써 작용기를 형성하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the surface treatment of the carbon nanotubes forms a functional group by performing heat treatment in a sulfuric acid and nitric acid solution.
상기 에폭시 내에 탄소나노튜브를 0.1 ~ 5wt%가 포함되도록 하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷 제조방법.
6. The method of claim 5,
And 0.1 to 5 wt% of carbon nanotubes are contained in the epoxy.
상기 탄소나노튜브가 포함됨으로 인해 초전도 마그넷의 열 및 전기적 안정성을 향상하고 상기 초전도 선재와 상기 에폭시 간의 열수축율 차이를 줄여 초전도 특성 저하를 방지하는 것을 특징으로 하는 초전도 마그넷 제조방법.6. The method of claim 5,
Wherein the carbon nanotubes are included to improve the thermal and electrical stability of the superconducting magnet and to reduce the difference in the heat shrinkage ratio between the superconducting wire and the epoxy to prevent deterioration of superconducting properties.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US16/229,157 US11631514B2 (en) | 2017-12-29 | 2018-12-21 | Superconducting magnet with improved thermal and electrical stabilities and method for manufacturing the same |
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|---|---|---|---|
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| KR20170184824 | 2017-12-29 |
Publications (2)
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|---|---|
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| KR102153319B1 KR102153319B1 (en) | 2020-09-08 |
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| Country | Link |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR20060119561A (en) * | 2005-05-20 | 2006-11-24 | 경남대학교 산학협력단 | Method for preparation of a carbon composite containing carbon nanotube |
| KR101665038B1 (en) * | 2016-01-11 | 2016-10-13 | 한국기초과학지원연구원 | electrically conductive material impregnated no-insulation superconducting coil and manufacturing apparatus of the same |
-
2018
- 2018-12-03 KR KR1020180153341A patent/KR102153319B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060119561A (en) * | 2005-05-20 | 2006-11-24 | 경남대학교 산학협력단 | Method for preparation of a carbon composite containing carbon nanotube |
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|---|---|
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