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MgB2테이프와 와이어의 초전도성(Superconducting properties of MgB2 tapes and wires)

전문가 제언: □ 40K 가까운 전이온도를 갖는 초전도체 MgB2의 발견은 초전도물질에 대한 기초와 응용연구의 영역에 새로운 흥미를 획기적으로 증진시켰다. 이 화합물의 물리적 및 야금학적 성질들을 취급한 수많은 논문들이 공업적 응용에 대한 전망을 보이면서 수 개월간 출판되었다. MgB2물질의 발견에 대한 발표 8개월 뒤에 대단히 상세한 리뷰논문에 아주 완전한 MgB2 성질들의 개요가 발표되었다.

□ 높은 Jc값, 낮은 물질밀도 및 아주 낮은 물질비용은 MgB2를 응용가능하게 하는 대단히 유망한 성질들이다. 20~30K의 작동온도에서 자기공명 영상, 전송 케이블, 전류도선 등에 응용이 가능하다. 더욱 개발된 후에, 이물질은 4.2K에서 중간자장 영속자석으로 사용될 수도 있다.

□ 공업적 길이의 MgB2의 테이프를 생성하는 대단히 편리한 방법은 현재 많은 연구실에서 연구되고 있는 PIT법이다. PIT공정은 낮은 물질생산가의 이점을 가지며 적용되는 변형 기술도 비교적 간단하다. 더욱이 그것은 멀티필라멘트 배열을 생성하는 유일한 기술이며, 그것은 개개의 필라멘트의 더욱 작은 크기 때문에 단일필라멘트를 능가하는 본질적인 이점들이 있다.

□ 금속덮개의 선택은 MgB2와 약간 또는 아주 반응하지 않는 원소들이나 합금들로 한정된다. 지금까지는 Fe가 최종 열처리 중에 MgB2와 거의 반응하지 않는 테이프제작에서 가장 적당한 덮개물질로 알려져 왔다. Fe피복된 테이프에서 단지 1μm미만의 얇은 반응 층은 950℃에서 30분간 열처리 뒤에 Fe/MgB2계면에서 관찰되었다.

□ 여러 가지 크기의 볼밀링 된 분말을 포함하는 Fe/MgB2테이프들의 n값들이 결정되었다. 분말크기 3/30μm에 대하여 0.1과 1μV/cm사이의 전압기준으로 취한 데이터는 5T에서 대단히 높은 n값 약 95를 보고되었다. 중간자기장에서 그 높은 n인자는 중요한 실제적 영향력을 갖는데, 그러한 자석들은 4.2K에서 8T까지의 자기장들에서 영속 형태로 작동될 수 있다.

□ 초전도체연구개발의 최종목표는 상온 초전도체 합성과 그 초전도도의 고체이론정립이다. 종래의 낮은 Tc를 갖는 금속과 금속간화합물들은 액체 He에서 초전도성을 나타냈고, YBa2Cu3O7과 Bi2Sr2Ca2Cu3Ox 등 Cu를 포함하는 산화물계들은 Tc가 약 120K로 액체 N2에서 초전도성의 활용가능성을 보였고 및 Hg와 Cu포함하는 유사한 산화물계는 최고 Tc가 약 135K까지 상승된다는 것이 알려졌다. 만약 상온 초전도체가 개발된다면 상상을 초월하는 과학기술의 발전과 응용 면에서 초현대 산업혁명에 해당할 것이다.

□ 종래 이론에 따르면 액체질소에서 초전도성을 활용할 수 있는 비교적 높은 Tc의 산화물계 초전도체들은 모두 3d9~7의 전자들을 갖는 Cu(Cu+, Cu2+, Cu3+)원소가 포함된다. 그러나 MgB2계는 비록 Tc가 약 40K가까이로 낮지만 금속 또는 금속간화합물보다는 월등히 높은 새로운 초전도성을 나타내어, 최근에 그 초전도성 이론의 정립과 연구개발에 세계적인 관심을 집중시키고 있다.

□ 그 d전자가 포함되지 않은 MgB2계들의 새로운 초전도성 고체이론이 정립되어야 하고 그 기초위에 연구개발이 병행되어야 할 것이다. MgB2의 높은 Jc, Birr, Bc2, 지수n값과 MgB2와 반응하지 않는 고성능 덮개물질, 전자 또는 Jc의 비등방성 등을 고려한 연구개발의 영역은 무한하다. MgB2물질의 낮은 생산원가와 특수 초전도성을 결합하여 실용성이 높은 고성능 단일과 멀티필라멘트들의 테이프들과 와이어들을 포함하는 새로운 MgB2 또는 유사한 신기능성 초전도체들의 연구개발에 획기적인 결과가 기대된다.

저자: Flukiger, R.; Suo, H. L.; Musolino, N.; Beneduce, C.; Toulemonde, P.; Lezza, P.
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