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YBCO 코팅도체에서 작은각 입계의 중요성

전문가 제언: ○ 임계 온도가 높은 구리산화물 고온 초 전도체가 관심의 대상이 되는 가장 큰 이유는 무한한 응용가능성 때문이다. 현대 문명을 지탱하는 전기에너지의 발전, 송전, 저장, 사용 등 모든 단계에서 고온 초 전도기술은 기존의 기술보다 많은 장점을 가지고 있다. 교통, 통신, 정보 분야의 응용도 다양하다.

○ 고온 초전도체가 발견된 지 20여 년이 지난 현재에도 우리 주위에서 초전도 제품을 보기가 쉽지 않다. 종합병원에서 진단에 이용하는 자기공명영상장치(MRI-CT)가 거의 유일하며, 이 경우에는 저온 초전도체가 사용된다. 상용화가 아직 멀다는 얘기다.

○ 대개의 대규모 초전도 응용에는 1㎞ 이상의 선재나 테이프가 필요하다. 고온 초전도체는 산화물 세라믹이다. 금속과는 달리 가공이 어렵다. 초기에 제조한 1세대 선재인 Bi계는 비교적 가공이 쉽지만 임계 전류가 높지 않고 특히 자기장을 가하면 특성이 급격히 나빠진다.

○ 2세대 선재의 재료인 YBCO 초전도체는 단결정에 가까운 박막의 경우, 응용에 필요한 조건을 만족한다. 그래서 개발된 기술이 RABiTS, IBAD 등 박막을 증착할 수 있는 기판의 제조이다. 장선을 만들기 위한 reel-to-reel 기술도 개발되었다. 높은 전류를 흘릴 수 있는 수 ㎞의 테이프 개발이 미국, 일본 등을 중심으로 경쟁적으로 진행 중이다.

○ 완전한 단결정이 아닌 2세대 선재에서 결정의 입자와 입계는 이해되고, 해결되어야 할 과제이다. 입자 간의 어긋남 각이 작으면 입계가 임계 전류 밀도에 장애가 되지 않고 오히려 도움이 될 수 있다. 초전도체 내에 자기선속(磁氣線束)을 붙잡아 둘 피닝 중심 역할을 하기 때문이다.

○ 고온 초전도체의 실용화에는 아직도 해결해야 할 문제가 많다. 입계도 초전도선재의 성능 향상에 중요한 요인 중 하나이며 계속적으로 연구가 필요하다. 고온 초전도체가 “제2의 전기발견”이라는 말이 실감나는 때가 올 것으로 기대한다.

저자: Durrell J H and Rutter N A
자료유형: 학술정보