고온초전도체의 실용화 가능성

전문가 제언

○ 초전도 현상은 1911년에 처음으로 발견되었지만 그 신비는 1957년에 BCS 이론이 발표될 때까지 풀리지 않았다. 초전도 이론의 확립 후에도 상당한 시간이 흐른 1980년대에 이르러서야 실용적인 초전도 자석이 개발되었다. 그러나 극저온(4.2K)의 액체헬륨을 냉각매체로 사용해야 하기 때문에 제조 및 운전비용이 매우 비싸다는 문제가 있다.

○ 1986년에 발견된 액체질소 온도(77K)에서 사용할 수 있는 큐프레이트 초전도체는 저온초전도체의 문제점을 해결할 수 있는 신소재로 각광받았으나 아직 실용화 실적은 미미하다. 또 2006년에 새로 발견된 철계 초전도체(Fe-based superconductors: FBS)는 결정구조가 비교적 단순하고 후보물질이 다양하여 연구개발의 여지가 크지만 지금까지 보고된 임계온도(Tc)는 최고 55K에 불과하여 큐프레이트 초전도체에 비해 많이 낮다.

○ 큐프레이트와 FBS는 와류현상을 나타내지만 그것은 나노입자의 석출이나 나노기둥의 도입으로 쉽게 고정시킬 수 있다. 또 두 초전도체 모두 짧은 결맞음 길이(coherence length) 때문에 기존의 저온초전도체보다 높은 Hc2를 나타낸다. 그러나 이와 같은 특징들이 오히려 고온초전도체의 실용화를 방해하는 요소로 작용하는 것으로 보인다. 예를 들어 짧은 결맞음 거리는 열적 요동을 증가시켜 와류고정 구조의 약화/소멸을 초래하므로 초전도성의 유효 T-H 영역을 좁히게 된다.

○ 고온초전도체의 실용화를 방해하는 또 다른 요소는 산화물의 특성상 긴 선재의 제조가 어렵다는 점이다. 고온초전도체 분말을 금속관에 채워 압출하는 방법으로는 잘 연결된 저각입계를 형성시키기 어렵다. 금속기판 위에 초전도 박막을 성장시키는 방법으로 일부 실용화가 이루어지기는 하였지만 제조원가가 높다는 문제는 그대로 남아 있다.

○ 국내의 경우 큐프레이트 초전도체에 대한 연구는 상당히 진전되어 있지만 가공/응용 방면에 치중되어 있고 FBS에 대한 연구는 미미하다. 전자의 경우 기초연구에 대한 노력이 필요하고 후자의 경우 잠재적 가능성이 매우 크므로 국내 연구자들의 많은 참여가 요망된다.

저자

Alex Gurevich

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2011

권(호)

10

잡지명

Nature Materials

과학기술
표준분류

재료

페이지

255~259

분석자

심*주

분석물

• 고온초전도체의 실용화 가능성.pdf [336,121 byte]

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