세계적으로 이슈화된 초전도체

최근 이슈

 

최근에 매스컴을 통하여 국내 퀀텀연구소가 개발한 상온 초전도체 LK-99가 큰 이슈이다. 인터넷상으로 개발이 되었다고 각 나라에 전파되자 제조기술을 공개한 대로 시험을 하였으나 초전도체가 아니라는 뉴스도 접하게 된다. 그로 인하여 관련주식은 상승을 하다가 하강하는 상태이다. 초전도체는 많은 분야에서 인간의 생명과 연계하여 응용되고 있다.

 

이번 초전도체는 지속적으로 기술사시험에 출제되고 있으며 기술사 종목별 출제경향은 대단히 높으며 관련 종목은 기계, 금속, 전기, 전자, 세라믹...등 관련 종목이 많다.

 

예상문제

문제 1 : 초전도체에 대해서 설명하시오.(1교시)

문제 2 : 초전도체는 산업의 많은 분야에 응용되고 있다. 초전도 현상의 원리와 특징, 적용분야에 대해서 설명하시오.(2. 3교시)

 

1. 개요

 

특정 온도 이하가 되면 전기저항이 0이 되는 물질을 초전도체라고 한다. 초전도체는 자기장의 특성에 따라 자기장이 들어가지 못하는 제1종 초전도체와 자기장이 침투하지만 초전도성을 유지하는 제2종 초전도체로 구분된다. 제1종 초전도체는 나이오븀(Nb), 바나듐(V) 등 금속 원소이며, 제2종 초전도체는 합금, 화합물 등이 해당된다.

그림 1 초전도 현상(1)

그림 2 초전도 현상(2)

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2. 초전도 현상의 원리와 특징, 적용분야

 

특히 제2종 초전도체는 내부에 자기장이 들어가면서도 무저항을 유지하는 성질을 가지고 있다. 초기에 발견된 제2종 초전도체는 NbTi, Nb₃Sn 등 합금이 있다. 이는 액체 헬륨으로 냉각해야 할 정도의 낮은 온도(영하 260℃ 이하)에서 초전도성을 나타내므로 ‘저온 초전도체’라고 부른다. 1987년부터 발견되기 시작한 세라믹 계열 초전도체 역시 제2종 초전도체인데, 합금계보다는 수십도 높은 온도에서 초전도성을 나타내므로 ‘고온 초전도체’라고 부른다. 저항 ‘0’이 가능했는데 상온에서도 전기 저항을 갖지 않는다면 고성능 에너지를 효율적으로 생산할 수 있다. 또한 발열 문제없이 컴퓨터나 스마트폰을 장시간 사용할 수 있을 것이며 자기공명영상(MRI)에 드는 비용도 절감할 수 있을 것이다.

그림 3 초전도현상의 원리

 

선박·비행기 등에 사용되는 모터도 새롭게 변할 것이다. 초전도체는 물질의 상태 변화, 즉 기체가 액체가 되는 경계에서 우연하게 발견되었다. 1799년 암모니아 가스가 약 10압력(atm) 이상의 압력에서 액체가 된다는 사실과 1압력에서는 섭씨 영하 33.3℃가 될 때 액체가 된다는 사실이 알려졌다. 이때까지만 해도 저온을 만드는 것이 인류의 큰 고민 중 하나였지만 암모니아 가스의 액화로 해결할 수 있었다. 오늘날 이런 자기장의 원리를 기반으로 한 초전도체 기술은 MRI, 자기부상열차, 인공태양 등 다양한 분야에서 응용되고 있다. 이 초전도체가 상온에서도 쓰일 수 있다면, 인공태양 같은 거대한 장치를 간소화시키면서 에너지 문제에 일대 혁명을 가져올 것이다. 극저온에서 안정적인 상태로 유지되던 전기 저항‘0’과 반자성이라는 초전도 현상이 상온에서도 나타날 수 있을지, 이제 그 가능성이 시험대에 올랐다.

 

참고문헌

본 자료는 초전도체 관련 전공서적, 각종 학회논문, 종목관련 기술잡지, 뉴스미디어, 각국의 산업발전 동향에 따른 이론 및 연구 자료를 참조하였음을 알려드립니다.

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