초전도체란? LK-99는 실마리일까?

초전도체란?

초전도체는 특정 온도에서 전기 저항이 0이 되는 물질입니다. 전기 저항이 0이 되면 전류가 손실 없이 흐르게 되기 때문에, 초전도체는 에너지 효율이 매우 높습니다. 또한, 초전도체는 자기장을 매우 강하게 발생시킬 수 있기 때문에 초전도체의 강력한 자기장을 이용하여 물체를 띄울 수 있습니다. 이러한 특성으로 초전도체는 의료, 통신, 에너지 등 다양한 분야에서 응용될 가능성이 있습니다.

 

초전도체

 

 

초전도 현상이란?

초전도 현상은 특정 온도에서 전기 저항이 0이 되는 것입니다. 1911년 네덜란드의 헤이케 캠퍼(Heike Kamerlingh Onnes)가 액체 헬륨으로 액체화한 금속 수은을 -269.15°C까지 냉각하면서 발견했습니다. 캠퍼는 수은의 전기 저항이 -269.15°C에서 0이 되는 것을 확인했습니다.

 

초전도 현상은 금속, 액체, 초전도체 합금, 화합물 등 다양한 물질에서 나타날 수 있습니다. 그러나 모든 물질이 초전도체가 되는 것은 아닙니다. 초전도체가 되기 위해서는 임계온도(critical temperature)라는 특정 온도에 도달해야 합니다. 임계온도가 낮을수록 초전도체의 성능이 좋습니다.

 

 

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초전도체 종류

초전도체 종류는 크게 상온 초전도체와 저온 초전도체로 나눌 수 있습니다. 상온 초전도체는 임계 온도가 0도 이상인 초전도체를 말하며, 저온 초전도체는 임계 온도가 0도 이하인 초전도체를 말합니다. 상온 초전도체는 아직 개발이 초기 단계에 있지만, 상용화되면 기존 저온 초전도체의 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대됩니다.

 

LK-99

LK-99, 상온 초전도체의 실마리일까?

2023년 7월 22일, 국내의 퀀텀에너지연구소는 LK-99라는 물질이 상온 초전도체라고 발표했습니다. LK-99는 리튬, 칼슘, 쿠프라듐, 니켈, 산소의 화합물로, 상온인 30℃에서 전기저항이 0이 되는 것으로 알려져, 세계적으로 큰 관심을 받았습니다. 그러나 LK-99의 발견은 논란의 대상이 되기도 했습니다. 그 이유는 다음과 같습니다.

• LK-99의 초전도 현상이 매우 불안정하여, 외부 자극에 의해 쉽게 사라진다는 점입니다.
• LK-99의 초전도 현상이 매우 미세한 영역에서만 나타난다는 점입니다.
• LK-99의 초전도 현상이 기존 초전도체의 메커니즘과는 다른 것으로 추정된다는 점입니다.

이러한 논란을 반영하여, 국내외 과학자들은 LK-99의 진위 여부를 확인하기 위한 검증 연구를 진행했습니다. 그 결과, 2023년 8월 14일, 독일 막스플랑크 고체연구소는 LK-99가 초전도체가 아니라는 결론을 내렸습니다. 독일 막스플랑크 고체연구소는 LK-99가 제조 과정에서 생긴 불순물인 황화구리에 의한 초전도 유사 현상이라고 주장했습니다. 또한, 국내에서도 여러 연구팀이 LK-99의 초전도성을 확인하지 못했습니다. 안타깝게도 LK-99는 상온 초전도체가 아니라는 사실이 확인 되고 있습니다.

 

 

 

초전도체 전선을 사용하면 전력 손실을 크게 줄일 수 있다.

 

초전도체의 특성과 활용 분야

초전도체는 전기 저항이 0인 것 외에도 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다.

• 자기장 생성력이 매우 강하다.
• 에너지 손실이 거의 없다.
• 전류가 흐를 때 저항에 의한 열 발생이 없다.

이러한 특성 때문에 초전도체는 다음과 같은 분야에서 활용될 수 있습니다.

• 전력 송전: 초전도체 전선을 사용하면 기존 전선의 1/5 수준의 손실로 전력을 전송할 수 있습니다.
• 자기 부상: 초전도체의 강력한 자기장을 이용하여 물체를 부상시킬 수 있습니다.
• 의료: 초전도체를 이용한 MRI 장비는 기존 MRI 장비보다 더 높은 해상도로 영상을 얻을 수 있습니다.
• 반도체: 초전도체를 이용한 반도체는 기존 반도체보다 더 빠른 속도로 정보를 처리할 수 있습니다.

이외에도 초전도체는 무선 충전, 전자파 차폐, 저소음 모터 등 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다.

 

 

 

초전도체, 미래 산업의 핵심 기술

초전도체는 전력 송전, 자기 부상, 의료, 반도체 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 잠재력이 있는 미래 산업이 핵심 기술입니다. 안타깝게도 LK-99는 상온 초전도체가 아니라는 사실이 확인되고 있습니다. 그러나 초전도체 연구는 여전히 진행되고 있으며, 임계온도 향상과 비용 및 내구성 개선을 위한 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 이러한 연구의 결과로, 초전도체가 우리 생활에 널리 쓰이는 날이 멀지 않을 것이며, 경제적으로 매우 큰 성장을 일으킬 것으로 기대됩니다.