해외기술동향-초전도체

바로 눈앞의 시장에서 펼쳐지는 제품경쟁에 못지않게 미래를 향한 기술 개발 노력 또한 치열하게 전개되고 있다.

초전도체기술은 21세기의 가능성을 준비하는 많은 기업과 국가의 관심을 끄는 분야다.

일반인들에게는자기부상열차에 활용되는 것으로 널리 알려진 초전도체 기술 은 초전도 여객선등 교통분야는 물론이고 고속의 컴퓨터나 의료기기, 초전도 송전시스팀 등 정보처리, 전력 산업분야 등 응용 범위가 무궁 무진한 미지의 영역이다. 전문가들은 초전도체시장이 앞으로 2000년대에는 2백억달러의 시장으로 성장 할 것으로 내다보고 있다. 미국.일본.유럽 등 전세계 각국에서 초전도기술에 대한 연구와 응용 분야의 개발을 위해 투자와 연구 개발 노력을 아끼지 않는것은 초전도기술이 첨단기술 산업을 선도해나갈 미래의 핵심부문이기 때문이다. 초전도체는 "자기 저항이 0"이라는 독특한 성질을 바탕으로 다양한 영역에서 활용될 수 있다. 초전도체가 가져올 변화는 실제 산업분야 곳곳에 가히 혁명 적인 영향을 미칠 것이기 때문에 초전도체가 완전 실용화되면 "제2의 산업혁명 이 올 것이라는 주장도 대두되고 있다.

초전도기술이세상에 알려진 것은 지난 1911년 네덜란드의 카멜린 온네스 박사에 의해서 였다. 온네스 박사는 절대온도 4도(4K.섭씨 영하 2백69도) 에서수은의 전기저항이 0으로 떨어지는 초전도현상을 발견하게 됐다.

그러나불과 10여년 전만해도 초전도체는 그저 하나의 "물리현상" 으로 실험 실에서나 관심을 갖는 정도였다.

초전도체물질은 대개 절대 온도 0도에 가까운 온도에서 초전도 현상을 보이기 때문에 초전도체를 만들기 위해서는 온도를 상당히 낮춰야만 했다. 대개 는 4K안팎의 액체 헬륨을 이용해 초전도물질을 얻어냈기 때문에 절차도 번거로울 뿐 아니라 상당한 비용이 드는 작업이었다. 때문에 실용화의 길은 멀기만 했다.

그러나86년 스위스에 위치한 IBM의 취리히 연구소에서 조르그 베드노르츠와 알렉스 뮐러 연구팀이 흑색 세라믹 펠렛을 냉각 시켰을 때 종전보다 훨씬 높은 35K에서 초전도현상을 나타낸다는 연구 결과를 발표하면서 초전도체의 상 용화 가능성이 열리기 시작했다.

당시베드노르츠-뮐러박사팀의 연구결과는 세계를 흥분에 들뜨게 했고 과학 자들은 앞을 다퉈 고온 초전도체 연구에 매달렸다.

과학자들의목표는 우선 질소가 액화하는 77K이상의 온도에서 초전도 현상을 일으키는 재료를 찾는 것이었다. 질소는 액화 헬륨보다 다루기도 쉬울 뿐아니라 비용도 10분의 1수준으로 줄일 수 있기 때문이다.

베드노르츠-뮐러 박사팀의 연구 결과가 발표된 이후 고온 초전도체에 대한 연구는 진전을 거듭해 92K의 이트륨계 초전도체, 1백10K의 비스무계 초전도 체, 1백25K의 탈륨계 초전도체들이 계속해서 개발되고 있다.

또한지난해 1백64K의 수은 초전도체가 개발된 데 이어 올해초에는 프랑스에 서 2백50 내지 2백80K에서 초전도 현상을 보이는 고온의 초전도체를 선보여 초전도체 실용화를 한층 앞당겨주고 있다.

실험실차원에서 괄목할 만한 성과들이 등장함에 따라 초전도체 기술을 활용 해나갈 수 있는 광범위한 응용분야의 관심도 높아지고 있다.

최근미국에서는 고온 초전도체로 전선을 만드는 기술이나 고온 초전도체 전자석 코일을 만드는 기술연구가 진행중이며 일본에서는 초전도체를 이용, 물건을 들어올리는 연구도 진전을 보고 있다.

그러나아직까지는 초전도 현상을 실현하는 온도가 너무 낮고 충분한 성능을 갖춘 제품으로 탄생하기에는 경제성등 여러가지 문제점을 안고 있다.

고온의 초전도체인 구리 산화 세라믹스의 경우 이 소재를 이용해서 전류를 손실없이 통과시켜주는 전선이나 기타 응용제품을 만들기에는 제조과정도 쉽지 않고 비용도 많이 드는 어려움이 있다.

그리고전선의 경우는 진동이 심한 환경이나 냉각과 과열의 과정이 반복되는 여러가지 온도 변화도 이겨내야 하는등 완전 실용화까지는 충족시켜야 할 조건도 한 두가지가 아니다.

최근들어 미국에서는 고온의 초전도체를 선으로 만드는 방법 가운데 하나로 형태 변형 (deformation) 처리기술"이 이용되고 있다. 이 방법은 구리나 알루미늄을 사용하는 금속 전선 제조분야나 저온 초전도체 분야에서 이미 널리사용돼왔던 것으로 최근에는 초전도체 전선을 만드는 데까지 이용돼 초전도 체 실용화를 촉진시켜 주고 있다.

형태변형처리기술은 대체로 4단계 내지 5단계의 절차를 거치게 된다. 먼저 산화 분말과 금속 전구분말을 합성하는 절차를 거치게 된다. 이 전구 물질은 이미 고온 초전도체 물질을 담고 있으며 이는 합성 과정을 거쳐 전선의 기본소재를 형성하게 된다.

합성과정을통과한 전구물질은 은이나 은 합금 막대로 패키징 과정을 거친다. 은은 초전도체에 대해 화학반응을 하지 않고 고온에서 산소를 방출하기 때문에 패키징 소재로 적절한 것이다.

다음은형태 변형처리과정. 이 과정은 바로 은막을 입힌 초전도체를 전선으로 바꾸는 데 이용된다. 마지막으로 열처리 과정을 통해 전선으로 완성된다.

형태변형 처리기술이 초전도체를 전선으로 만드는 중요한 기술로 활용 되고있지만 이것은 전선의 길이가 짧다는 약점을 가지고 있다.

현재미국에서는 형태 변형처리 기술을 활용할 때보다 한층 더 긴 전선을 얻을 수 있는 방법에 대한 연구가 활발히 진행중이며 시제품이 소개돼 실용화 를 향한 초읽기에 들어선 단계에 와 있다.