[사이언스타임즈] 차세대 초전도 소재 신공정 개발

차세대 초전도 소재 신공정 개발 원자력硏, 전기적 특성 향상시키고 공정은 단순화 2008년 12월 02일(화)

차세대 전력기기 및 의료기기의 핵심 소재가 될 MgB2(이붕소마그네슘) 초전도 선재(線材)의 특성을 향상시킬 수 있는 신공정이 개발됐다. 한국원자력연구원(원장 양명승)은 1일 중성자과학연구부 김찬중 전병혁 박사팀이 액체 글리세린을 이용해 MgB2 초전도 선재에 탄소를 첨가함으로써 MgB2의 전기적 · 자기적 특성을 향상시키는 새로운 공정을 개발했다고 밝혔다. 김 박사팀은 신공정 기술에 대해 국내 특허를 출원하고, 초전도 관련 SCI(과학기술논문색인지수) 국제 저널인 ‘Superconductor Science and Technology’  2008년 21호에 내용을 게재했다. MgB2는 초전도 온도가 39K(약 -234℃)로 저온 초전도체 중 가장 높고 가격이 저렴하며 가공이 쉬운 차세대 초전도체다. 이러한 장점으로 진단용 의료기기인 MRI(자기공명영상장치), 초전도 변압기와 한류기 등 고효율 전력기기 등의 선재(전선)로 널리 사용될 것으로 기대되고 있다. MgB2를 실용화하기 위해서는 MgB2와 높은 반응성을 갖는 탄소 첨가제와 혼합함으로써 전기적 · 자기적 성질을 향상시키는 과정이 필수적이다. 하지만 지금까지 개발된 첨가제는 모두 고체형 탄소로 원료와 균일한 혼합이 어렵고 경제성에도 문제가 있었다. 지식경제부 전력산업연구개발사업의 지원을 받아 연구를 진행한 김 박사팀은 고체 탄소 대신 세계 최초로 액체 첨가제를 이용해 탄소를 첨가함으로써 공정을 단순화하고 혼합 효율도 높이는 데 성공했다. 연구팀은 일단 음식 첨가물이나 의약품에 널리 사용되고 있는 저가의 글리세린(C3H8O3)을 액체로 녹여 MgB2 원료 분말과 혼합했다. 그 뒤 100~200 ℃로 건조시켜 수소와 산소를 휘발시키고 수 나노미터 크기의 탄소 분자들만 MgB2와 결합된 상태로 남도록 한 것이다. 이 공정을 이용하면 혼합시 발생할 수 있는 입자들의 뭉침 현상을 피하고, 한번에 다량의 코어 분말 처리가 가능해 원료의 대량생산에 유리한 것으로 나타났다. 또한 김 박사팀은 액체 글리세린 첨가공정 개발과 함께 MgB2 코어물질의 나노화에도 성공했다. MgB2 코어 분말을 기계적 밀링 공정으로 나노화해 비표면적을 높임으로써 탄소입자가 코어 물질에 효율적으로 부착되게 한 것이다. 기계적인 밀링공정으로 나노화한 코어 물질을 초전도 선재의 원료로 사용한 결과, MgB2 초전도 선재의 전기적 특성을 수십 배 향상할 수 있었다. 김찬중 한국원자력연구원 중성자과학연구부 책임연구원은 “국제특허 확보와 함께 1㎞ 길이의 선재 생산과 대량생산 공정 특허 출원 등 2011년 상용화를 목표로 2단계 연구를 진행할 계획”이라고 밝혔다.

김청한 기자 | chkim@kofac.or.kr 저작권자 2008.12.02 ⓒ ScienceTimes

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