초전도체(Superconductor)의 의미, 적용분야, 상온 초전도체

초전도체란?

초전도체(Superconductor)란, 전기를 흐르게 하는 재료인 전기저항이 거의 없는 재료를 말합니다. 이러한 재료에서는 전기가 흐를 때, 전자들이 재료 내부를 거의 마찰 없이 이동하게 됩니다. 즉, 전류가 흐릅니다. 초전도 현상은 1911년 영국의 실험자인 헤이저 등에 의해 처음으로 발견되었습니다. 초기에는 초저온 환경에서만 나타났지만, 1986년에는 높은 온도에서도 나타나는 재료가 발견되면서, 초전도체의 활용 분야가 더욱 확대되었습니다.

 

초전도체는 일반적인 전기선과 달리, 에너지 손실이 거의 없기 때문에 전기 송전을 더욱 효율적으로 할 수 있습니다. 또한, 강력한 자기장을 생성하거나, 전자 기기의 빠른 처리 속도를 요구하는 분야에서도 널리 사용됩니다. 초전도체는 대부분의 금속에서는 나타나지 않는 현상으로, 일부 금속 중에서는 특별한 온도과 압력이 적용된 조건에서 초전도체가 됩니다. 최근에는 더 높은 온도에서도 나타나는 물질이 발견되고 있습니다.

 

 

 

 

 

 

 

초전도체의 적용분야

초전도체는 전선과는 달리 전기 저항이 없이 전류가 흐르기 때문에, 다양한 분야에서 널리 사용됩니다. 주요 분야에는 다음과 같은 것들이 있습니다.

1. 자기 공학 분야
초전도체는 강력한 자기장을 생성 가능하며, 전력 손실 없이 전자를 이동시킬 수 있는 특성을 활용하여 자기 공학 분야에서 많이 사용됩니다. 슈퍼컨덕팅 케이블, 자기 부유열차, 자기 고주파 관련 기술 등에 이용됩니다.

2. 의료 분야
초전도체는 자기장의 특성을 이용하여 MRI(Magnetic Resonance Imaging) 분야에서 널리 사용됩니다. MRI는 의료 진단에 중요한 검사 방법 중 하나로서, 전기 저항이 거의 없는 초전도체를 사용하면 더욱 높은 자기장이 생성되어 이미지의 해상도가 더욱 개선됩니다.

3. 에너지 분야
초전도체는 전기를 통과한 에너지 손실이 없기 때문에 전력 송전에서 사용될 수 있습니다. 전력 관련 회사에서는 초전도기술을 적용한 슈퍼컨덕팅 케이블, 강력한 자기장을 이용한 고속 전기차 충전 시스템 등을 개발하고 있습니다.

4. 컴퓨터 분야
초전도체는 전류가 지속적으로 흐르는 장치로, 특별한 부분에서는 전류를 켜고 끌 수 있습니다. 이러한 특성을 이용하여 초고속 스위치 및 메모리 디바이스, 초고속 컴퓨터 등을 제작하는데 사용됩니다.

초전도체의 단점 중 하나는 낮은 작동 온도입니다. 대부분의 초전도체는 액체 질소와 같은 열차가 필요하며, 이로 인해 기술적인 설계와 높은 비용 등의 문제가 있습니다. 그러나 저온 기술의 발전으로 점점 더 많은 초전도체 응용 분야들이 연구되고 있습니다.

 

상온 초전도체란?

상온 초전도체(RT Superconductor)는 이름 그대로 상온에서(즉, 일반적인 온도와 압력에서) 높은 초전도 특성을 가진 물질을 말합니다. 이것은 기존 초전도체가 높은 온도와 압력 조건에서만 초전도 특성을 나타내었다는 것과는 대조적입니다.

 

1986년, 높은 온도에서 초전도 상태를 나타내는 컵레이트(Cuprate) 초전도체의 발견 이후 초전도체 분야에서 상당한 관심이 집중되었습니다. 그러나, 이후 초전도체 연구 분야는 여전히 낮은 온도나 고압 상태가 필요한 한계 때문에 상용화 되지 못했습니다.

 

그러나, 최근에는 우수한 초전도 특성을 갖는 새로운 물질들이 발견되어 상온 초전도체의 발전 가능성이 대두되고 있습니다. 예를 들어, 2019년에는 알카리메탈-아민화합물(Alkali metal-ammonia compounds)이라는 새로운 초전도체가 발견되었습니다.

 

이 물질은 상온에서 강력한 초전도 특성을 나타내며, 초전도체 분야에서 혁신적인 발전이 예상됩니다. 상온 초전도체의 발명은 초전도체 분야에서 혁신을 이끌어낼 수 있을 것입니다. 기존에는 고온, 고압에서만 나타났던 초전도체의 특성을 상온에서도 나타낼 수 있기 때문입니다. 이러한 물질이 발견되면, 초전도체 기술이 더 넓게 이용되어, 전기 전송, 자기 공학, 의료 등 다양한 분야에서 혁신적인 발전이 이루어질 것으로 예상됩니다.