극저온에서 발생하는 구리-구리 및 알루미늄-알루미늄 금속 계면의 접촉 열전도율에 대한 연구

Abstract

무산소동-무산소동, 알루미늄1070-알루미늄1070의 순수 금속 계면의 접촉 열전도율 예측 모델을 제시하고 이를 기반으로 써멀 그리스(Apiezon N grease) 및 인듐 포일(indium foil) 충진재가 적용된 무산소동-무산소동의 접촉 열전도율을 예측하였다. 접촉 열전도율 모델은 벌크 재료의 열전도도, 표면 거칠기, 재료, 압력, 온도의 다양한 조건에 대한 실험을 통해 통합된 무차원 관계식으로 표현되었다. 순수 구리 또는 알루미늄 재료의 열전도도는 약 20 K에서 최대값을 가지는 비선형적인 특성을 가지고 있어 해당 온도 대역에서 이들의 접촉 열전도율을 예측하는 것이 어렵다. 본 연구에서는 순수 금속 계면에 대한 통합된 무차원 관계식을 기존 연구의 모델에 추가 매개변수를 도입하여 제시하였다. 첫 번째 추가 사항은 크기 효과 이론을 접목한 접촉 열전도도(kc)의 도입이다. 두 번째 추가 사항은 무차원 온도(T/TD)이다. 접촉 열전도율 실험은 10에서 70 K의 온도 대역에서 벌크 재료의 열전도도와 접촉 열전도율을 동시에 측정하기 위해 전도냉각형 장치를 구성하여 수행되었다. 진공 환경에서 다양한 표면 거칠기에 대해 6에서 13.5 MPa의 압력 조건에서 시험되었다. 본 논문에서 제시한 순수 금속 계면의 접촉 열전도율에 대한 모델은 저온에서 실험값과 ±50% 오차 내에서 일치를 보여주었고 기존의 연구에 비해 우월한 정확도를 보여주었다. 제시된 모델을 바탕으로 충진재가 적용된 무산소동-무산소동 계면에 대한 접촉 열전도율을 계산하였고 이는 저온에서 실험값과 합리적인 일치를 보여주었다.