고려대 상온 초전도체에 대해 쉽게 알아보자

오늘은 상온 초전도체에 대해 완벽하게 알 수 있도록 설명을 드리도록 하겠습니다. 요즘 주식장이나 전 세계 과학자들로부터 많은 관심을 보이고 있습니다. 오랜 역사동안 풀지 못한 기술인 상온에서 초전도체라는 기술입니다. 한국에서 엄청난 기술을 개발했다는 거에 앞으로 큰 성장을 할 수 있을 거란 생각이 듭니다. 

1. 상온 초전도체란?

상온 초전도체 (Hyperconductor)에 대해 알아보도록 하겠습니다. 초전도체는 사실 오래전부터 발견된 지는 오래됐습니다.

하지만 초전도체로 만들 수는 있지만 아주 돈이나 에너지가 많이 소비되기 때문에 상업적으로는 사용이 거의 불가하였습니다.

여러분들이 많이 알고있는 반도체 많이 들어보셨을 겁니다. 여기서 간단하게 설명하고 지나가겠습니다.

• 도체 : 전기가 통하는 물질입니다. 금, 알루미늄, 구리 등등 많이 있습니다.
• 부도체 : 전기가 아예 통하지 않는 물질, 돌, 나무, 고무 등등 많이 있습니다.
• 반도체 : 도체와 부도체 사이 특성을 가지고 있고, 전기가 통하고, 안 통하고, 조절이 가능하여 전기 신호로 연산을 하고 작동하는 거의 모든 전자제품에서 쓰는 필수 부품입니다.

앞서 초전도체는 영어로 ( Hyperconductor )이고 반도체는 Semi가 Conductor이라서 초전도체는 HyPer + Conductor 이니깐 간단하게 엄청나게 전기가 잘 통할 거 같은 느낌이 들죠, 맞습니다 초전도체는 저항 0으로 보시면 됩니다. 그렇기 때문에 현대 사회에서는 전기는 필수로써 전기손실을 줄일 수 있다면, 비용 및 시간, 환경에서도 엄청나게 발전할 수 있기 때문에 대단하다고 보시면 됩니다.

앞서 얘기했듯이 1911년 네덜란드 과학자에 의해 발견이 됐습니다. 수은을 영하 269도 정도에서 전기저항이 아주소량으로 낮아지는 현상을 찾아낸 겁니다. 거의 저항이 없다고 생각해도 될 정도로 적다고 보시면 됩니다.

여기서 재밌는 점은 초전도체가 가지고 있는 특성 중 하나는 자석이 내뿜는 자기장을 통과시키지 않고 다 옆으로 흘려보내는 겁니다.

그렇기 때문에 공중에 둥둥 떠있는 현상을 보실 수 있습니다.

1911년 이후 100년 동안 전 세계 똑똑하고 능력이 좋은 과학자들이 새로운 초전도체 물질을 찾아냈습니다. 하지만 영하 200도 이하의 극저온에서만 발생하는 현상이었습니다. 많은 장점을 가지고 있어 지속적으로 연구개발하고 있어 영하 140도까지 초전도체 존재할 수 있는 물질을 개발했다고 합니다.

대표적으로 개발된 것은 병원에서 쓰는 MRI 기계입니다. 기계 안에 강력한 자기장을 만들기 위해 초전도체가 쓰이는데 그렇기 위해서는 영하 269도의 액체 헬륨으로 냉각시켜야 기능을 제대로 발휘할 수 있습니다. 그렇기 때문에 MRI가 비싼 이유입니다.

과학자들이 새로운 생각을 하게 됩니다. 온도를 올릴 수 없다면, 압력으로 조건을 변경하면 혹시 더 높은 온도로 초전도체 현상이 나오지 않을까 생각하여 압력을 올려 167만 기압 고압조건에 놓으면 영하 23도까지 초전도체의 성질을 보인다는 것을 확인시켜 줬습니다.

둘 중 하나로 온도를 엄청나게 내리거나 기압을 엄청나게 올려 고압조건으로 만들거나 하는 기술까지 연구된 상태입니다.

2. 상온 초전도체 기술 사용

상온 초전도체 기술에 대해 앞서 설명을 드렸습니다. 그렇다면 이 기술을 통해 어떤 새로운 개발이 될지 궁금하실 겁니다.

최대 장점으로 전기저항이 거의 0에 가깝다고 얘기를 드렸습니다. 제일 먼저 생각나는 곳이 어디일까요 바로 전기입니다.

• 전기를 송출하는데 길이가 길수록 여러 가지 저항으로 인해 손실이 클수록 큰 비용이 듭니다. 그나마 저렴한 구리선으로 통해 전기를 보내고 있지만 초전도체 기술을 사용한다면 전기 손실 없이 모두 보낼 수 있어 전기를 아낄 수 있어 아주 큰 비용저감이 발생합니다.
• 전기 저항이 0이라는 것은 바로 발열도 없다는 겁니다. 발열로 인해 최근에 화재가 났던 데이터센터를 기억하고 계실 겁니다. 많은 열을 발생하는 전자기계들이 모여있다면 엄청난 냉각 비용을 사용하여 냉각을 시키고 있습니다. 냉각비용도 줄일 수 있고, 또한 발열로 인한 전자기기 수명 단축도 큰 효과를 발휘할 겁니다.
• 병원에서 사용하는 MRI 알고 계실 겁니다. 검사 한 번으로 몇십 만원씩 소요되는 검사 비용도 아주 획기적으로 줄여 몸이 아픈데 비용 때문에 검사하지 못한 환자들에게 아주 희망적인 소식일 겁니다.
• 마이스너 효과를 사용하여 자기 부상열차도 만들어 레일과 마찰이 없어 연료소비효율, 에너지 저감으로 인한 교통비 및 시간 절연 모두 큰 효과로 판단됩니다.

3. 상온 초전도체의 발견

상온은 0도 이상, 상압은 1 기압 조건에서 작동하는 초전도체를 상온, 상압 초전도체 라고 합니다. 그러던 어느 날 23년 7월 28일 날 고려대학교 초전도체 연구실과 퀀텀에너지연구소 대표가 상온, 상압, 초전도체를 발견했다는 논문을 발표하면서 전 세계가 들썩이게 됩니다.

바로 LK-99라는 상온,상압 초전도체를 개발했다고 Arxiv에 논문을 발표했습니다. 

그 내용은 20년 동안 1000회 이상의 실험으로 연구진이 상온 초전도체를 드디어 만들어냈다는 것 때문이다.

화학식이 Pb10-xCux(PO4) 6O인데, 어떤 물질이 들어갔는지 본다면 납, 구리, 인, 산소입니다. 논문 내용을 쉽게 설명드린다면 LK-99 연구진이 금속인 구리와 납을 3일 동안 구워내고 화학적 처리를 했더니 초전도체가 나왔다는 논문 내용입니다.

만드는 방식도 자세히 쓰여있어 설명드리도록 하겠습니다.

1. 산화납과 황산납 분말을 그릇에서 50 : 50 비율로 잘 섞고, 가마에서 공기와 함께 725도로 24시간 동안 가열을 하면 라나카이트가 나옵니다.
2. 구리와 인 분말을 적절한 비율로 혼합한 후 진공 상태로 크리스털 관에 넣어 밀봉하고 그 관을 가마에서 550도로 48시간 가열하면 Cu3P라는 물질이 나옴.
3. 라나카이트와 Cu3P를 잘게 부수고 그릇에서 혼합한 다음 진공 상태로 크리스털 관에 넣어 밀봉하고 가마에서 925도로 5 ~ 20시간 가열하면 LK-99가 나옵니다.

이렇게 할 경우 그동안 많은 과학자들이 실패한 초전도체가 나옵니다. 구체적으로 얘기를 하자면 1 기압에서 126도까지 성질을 유지하고, 0~ 40도의 상온에서 전기저항이 0으로 유지됩니다.

만드는 과정을 공개하지 않고 결과만 나오는 논문이라면 사람들이 믿지 않을 테지만 만드는 과정까지 나왔다면 이것은 말이 다릅니다. 만약 거짓일 경우 금방 탈로 날 수 있기 때문입니다. 그럼 위험을 무릅쓰고 공개했다는 거에 관심을 가져볼 만합니다.

 

4. 상온 초전도체 만들어보자

미국에 로렌스 버클리 국립연구소이라는 연구 기관에서 논문을 가지고 컴퓨터로 시뮬레이션을 한 결과를 발표하였습니다.

"논문대로 따라 하면 초전도체가 만들어질 수도 있다"입니다. 이게 무슨 얘기냐면 버클리 국립연구소에서 논문 레시피 대로 만들어 컴퓨터로 시뮬레이션을 하였더니 성공한 걸로 보일 수 있다입니다. 하지만 어려운 점은 납과 구리 원자를 각각 정확하게 배열을 해야 가능하다는 얘기였습니다. 그것을 매우 어렵죠 우리가 원자를 마음대로 움직일 수도 조작할 수도 없기 때문입니다.

그러면서 버클리 국립연구소에서는 또 다른 이야기를 합니다. "제대로 만들었다면 초전도체일 확률이 매우 높다." 또한 LK-99 레시피대로 제대로 만들었을 경우 결과물이 초전도체일 확률이 높다는 연구결과입니다. 그래서 결론은 무엇인지 알려드리겠습니다.

여러 번의 연구 끝에 한번 정도는 성공할 수도 있다. 하지만 똑같은 조건으로 완벽하게 꾸준한 품질을 가지고 만들 수는 없다라고 보시면 됩니다. 매우 어려운 연구라고 보시면 됩니다. 그렇기 때문에 주식에서 초전도체 관련주들을 상승을 하였는데 매우 조심하셔야 한다고 생각됩니다.