과제명 : Ce계 초전도재료

분석구분

미래유망기술분석

과제수행자

정*진

분석일

2011-12-08 00:00:00.0

기술산업분류

재료

작성기관

한국과학기술정보연구원

키워드

Ce  초전도재료  

과학기술표준분류

재료

내용

○ 초전도(Superconductivity)는 어떤 온도 이하에서 전기저항이 0이 되고, 게다가 반자성을 나타내는 현상을 말하며 상전도 상태로부터 초전도로 이동하여 변하는 온도를 임계온도 또는 초전도 전이온도(Tc)라고 말한다. 초전도가 최초로 발견된 물질은 Tc=4.15K (-269℃)의 수은으로서, 20세기 초인 1911년 네덜란드 물리학자 오네스(H. K. Onnes)에 의하여 최초로 발견되었다.
○ 세륨(Cerium)의 화학원소기호는 Ce이고, 원자번호는 58이다. 세륨은 희토류원소에 속하는 회색을 띄고 있는 무른 금속으로 공기 중에서 쉽게 산화된다. 세륨은 란탄족금속에 속하며, 지각 전체의 무게에서 0.0046% 정도를 차지하여 희토류원소 중에서 가장 흔한 원소로서 모자나이트로부터 추출된다.
○ 초전도 특징을 이용하여 초전도 마그넷, 리니어모터카, 전력수송, 전력저장 등 각종 분야로 응용이 기대되고 있다. 28K 이상의 임계온도를 갖는 초전도체를 고온초전도라고 말하며 이것이 최초로 발견된 것이 1986년의 구리산화물계통의 초전도체이다.
○ 산화세륨은 형석결정계 구조를 가지고 있으며, 다량의 저원자가 양이온을 고용할 수 있기 때문에 산화물 이온전도성을 나타낸다. 또한 전도율이 안정화 지르코늄에 비하여 한 단계 높은 특징을 갖지만, 산화세륨은 수소 등에 의하여 용이하게 환원되며, 전해질로 사용되는 경우 에너지 손실이 큰 단점이 있다.
○ 요즈음 산화세륨은 중온영역에서 연료전지, 가스센서, 전기분해 리액터 등에 사용되고 있다. 중온동작은 산화세륨의 환원을 억제하여 전도율을 최대로 발휘시킬 수 있다. 따라서 산화세륨 전해질을 이용한 중온디바이스는 용도가 확대되는 이외에 내구성 향상, 원가절감 및 시스템 간소화 등 장점이 있다.
○ 올해는 고온 초전도체가 발견된 지 20년이 되는 해다. 액체질소온도를 초과하는 임계온도의 산화물계 고온 초전도체의 발전은 “실온초전도체” 발견의 기대와 동시에 마그넷?케이블 등 전력계통의 응용이나 전자공학 등 여러 분야에 응용이 기대된다. 그러나 실용화의 길은 결코 평탄하지 않았다. 이것은 고온 초전도체가 종래의 물리나 초전도재료, 세라믹재료의 개념을 바꾸는 전혀 새로운 물질이었기 때문이다.
○ 특히 산화세륨을 이용한 각종 디바이스의 응용 중에서 중온형 고체산화물 연료전지의 전해질과 배기가스 촉매에 대한 연구가 가장 활발하게 진행되고 있다. 향후에도 산화세륨의 높은 전도율을 활용하는 분야가 확대될 것으로 기대되며 이에 대한 많은 관심과 연구가 있을 것으로 기대된다. Hosono 교수 그룹이 발견한 CeNi0.8Bi2의 초전도 임계온도(Tc)는 4K(절대온도, 0K는 영하 273.15℃)로서 낮으며, 앞으로 이와 같은 물질을 새로운 초전도체 탐색의 플랫폼으로 두는 것에 의하여 더욱 임계온도가 높은 우수한 초전도체의 발견이 기대된다.

분석물

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