초전도체의 특징과 종류 개발상태

소개글

초전도체의 특징과 종류 개발상태에 대한 보고서 자료입니다.

목차

서론

초전도체의 특징
초전도체의 종류
고온 초전도체의 구조의 특성
초전도의 응용
현재의 초전도체 개발 상태

결론

본문내용

이러한 대형 초전도 에너지 저장 시스템을 활용하면 전기 수요가 적은 밤 시간에는 초전도 자석에 에너지를 저장하고, 전기 수요가 많은 낮 시간에 꺼내어 쓸 수 있어서 발전기의 부하 조절 등이 가능하다. 또 다른 방법은 초전도체에 침투된 자속은 불순물 등에 의하여 고착화(pinning)되어 잘 움직이지 않는다. 이러한 성질을 이용하면 무접촉 베어링을 만들 수 있으며 이를 이용한 대형 fly wheel로 에너지를 저장할 수 있다.
또한 발전기에 초전도체를 활용하면 초전도 도선의 임계전류 밀도가 크기 때문에 소형화가 가능하여 발전기의 무게를 반으로 줄일 수 있다.
④교통 수단의 응용
교통 수단으로서의 초전도 응용은 대표적으로 자기부상 열차와 자기 추진선을 들 수 있다. 자기 부상 열차의 부상원리는 초전도 자석에 의한 강한 자기장이 있는 열차가 도체판이 깔린 궤도 위를 지날 때 유도되는 와류(eddy current) 때문이다. 도체판에 유도되는 와류의 방향은 Lenz의 법칙에 의해 항상 외부 자속의 변화를 방해하는 방향이며 크기는 자속의 변화율에 비례하므로 결과적으로 같은 극끼리 자석을 마주보게 놓은 것과 같다. 따라서 고속으로 도체판 위를 달리는 초전도 자석을 실은 열차는 위로 부상하게 된다. 이 방법으로는 시속 500km/h 로 약 10 cm 정도 부상하는 것이 가능하다.
⑤ 의료 및 가속기용 초전도 자석
자기공명 단층촬영 장치의 해상도를 높게 하기 위해서는 고 자장 및 균일한(1ppm) 이하자기장이 필요하기 때문에 2∼5 T 급의 초전도 자석이 사용된다. 현재 사용되고 있는 자석은 주로 저온 초전도자석으로 액체 헬륨이 필요하지만 만약 앞으로 고온 초전도 선재화가 이루어지면 액체질소를 냉매로 사용하여 이동형 자기공명 단층촬영장치가 가능해질 수 있다. 입자가속기에도 높은 자기장이 필요하기 때문에 최근 건설 중이거나 입자에너지를 높이는 경우 초전도 자석이 사용된다
현재의 초전도체 개발 상태
물질은 온도가 높아질수록 고체에서 액체,기체를 거쳐 원자핵과 전자로 분리되는 플라스마로 변해간다. 반대로 온도를 절대온도 0도가까이 냉각시키면 저항이 사라져 열 손실 없이 전류를 공급할 수 있는 초전도체나 점성이 사라져 무한히 흐르는 초유체가 된다.
최근 미국 물리학자들이 기체원자에서 초전도체와 유사한 새로운 물질 상태를 발견 상온에서 초전도체를 개발할 수 있게 되었다.
페르미온 응축이라는 새로운 물질상태를 만들었는데, 페르미온은 전자 양성자 중성자 등 원자를 이루는 기본입자, 그리고 칼륨(K)처럼 이런 기본입자들이 홀수개로 결합된 원자들을 일컷는다. 자연상태에서 페르미온은 서로 밀어내 제각기 떠돌거나 반대로 밀접하게 결합돼 분자를 이루게 된다. 그런데 칼륨 기체를 절대온도 0도로 냉각시킨 다음 자기장을 걸어주자 칼륨 원자들이 분자를 이루지 않고 약간 떨어진 상태에서도 마치 쌍을 이루듯 함께 움직인것, 이전까지의 초전도체 연구는 고체(금속)을 대상으로 이뤄졌다. 전자들이 금속 결정 내에서 쌍을 이뤄 자유롭게 움직임으로써 ‘저항없는 전류(전자의 흐름)’가 가능해진다.
이번 연구는 기체원자들도 초전도체의 전자들처럼 쌍을 이룬다는 점을 발견한 것 상온 초전도체가 실현되려면 전자쌍 내의 간격이 현재 발견된 것보다 1000배 늘어나야 한다. 페르미온 응축에서 발견된 칼륨 원자쌍의 간격이 바로 이 정도였다.
결론
고온 초전도체든 저온 초전도체든 초전도 전이온도나 전류 수송 능력 등 초전도성이 좋을 뿐만 아니라 기계적 강도, 얼마나 모양을 만들기 쉬운가를 나타내는 연성, 적은 비용 등 여러가지로 고려해야하는 점이 있다.
그러나 산화물 초전도체는 준안정화합물이기 때문에 대기압 상온에서 안정하지 않고 서서히 더욱 안정된 구조로 변해가는 것이다. 준안정성이 물질을 제조하는데 문제가 되고 있다.
고온 초전도체는 자기장의 침투를 잘 막는 성질이 있다. 자기장이 자속 다발 형태로 침투하는데 이 다발은 초전도 상태가 상전도 상태로 바뀐 곳에 자기장이 집중된 것으로 볼 수 있다. 이런 영역들은 초전도 물질에 의해 둘러 싸여있다. 만약 외부에서 전류가 공급되면 전류는 저항없이 초전도 영역을 통해 흐르게 된다. 그러나 자기장 다발들이 존자하게 되면 전류는 이 다발들을 밀어내려고 할 것이고 그러는 동안 열이 발산될 것이다. 결과적으로 전류는 이 과정에서 전기저항을 유발하게 되는것이다. 불순물이나 결함에 자속 다발이 묶이는 성질을 이용하여 자속 다발들이 움직이지 않도록 잡아 둘 수 있다면 열의 발산을 막을 수 있다.
초전도 박막을 연구하는 목적 중 하나는 회로의 집적화이다. 전자칩은 현재 반도체 물질(Si Ge GaAs)로 만들어지나 새로운 초전도물질로 만들려고 연구한다. 1.2.3산화물 초전도 필름을 얻기 위해서는 고온에서 박막에 몇백도 정도의 열을 가해 주어야만 한다. 이때,원자들 간의 상호 확산이 일어날 수 있고 이로 인하여 칩 동작성의 품질이 떨어지거나 첩이 파괴되는 결과를 낳을 수도 있다. 이 온도는 반도체로 만들어진 기판의 구조나 전기적 특성을 심각히 떨어뜨릴수있다. 고온초전도체 개발은 박막에서의 전기적 특성이나 공정, 특성화 방법등이 매우 빠르게 발전되어 왔다. 기판의 화학적 안정성과 무반응성이 그 위에 만들 초전도 전자칩의 안정성에 중요하다. 몇몇의 새로운 물질은 화학적으로 매우 불안정해서 박막 제조나 공정시 산소를 잃거나 기판들과 반응 하기도 한다.
마지막으로 고온 초전도 연구에서 상온 초전도 개발이 연구가 주된 관심사가 되어선 안된다 구리 산화물은 응용하기에 충분히 높은 임계온도를 가지고 있으므로 초전도체를 냉각하는 것이 그다지 문제가 되지 않는다. 가정용 냉장고와 비슷하게 폐쇄 냉각기를 사용하면 될것이다.
http://myhome.naver.com/wind37/index1.htm
초전도의 모든 것 백영현 신재수 편저 고려대학교 출판부
www.skrrlf.com
사이언스 잡지 8월호.
http://www.mext.go.jp/a_menu/shinkou/houdou/index.htm : 2001년 02월 23일
http://htsclab.postech.ac.kr
MEMS 및 전자전기 공학 관련 자료실

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초전도체,   고온 초전도체,   bcs이론,   쿠펔쌍이론,   오네스