초전도체는 전통적인 구리 또는 알루미늄 케이블에 비해 매우 낮은 전력 손실을 지닌, 효율적으로 전력을 전달할 수 있는 물질이다. 또한 초전도체는 자기 공명 영상(MRI) 스캐너에 활용되는 것만큼 매우 강력한 자석이다. 

그러나 시중에서 이용할 수 있는 초전도체는 매우 낮은 온도를 필요로 하는데, 이를 유지 관리하는데 상당한 비용이 수반되고 있다. 새로운 초전도체는 높은 온도에서 작동하지만 잘 부러지는 성질 때문에 전선이나 케이블로 만들기 어려워 산업에 적용하는데 제한이 되고 있다. 

EU 지원 프로젝트인 EUROTAPES는 이러한 제한 없는 초전도 테이프를 제조하는 방법을 개발하고 있다. 이 방법은 높은 온도에서 작동할 수 있는 초전도체를 포함한 절연 테이프 및 와이어를 만들기 위해 잉크젯 인쇄에서 적용된 기술을 사용하고 있다. 

이 프로젝트는 이를 달성하기 위해 두 개의 새로운 기술을 개발하고 있다. 첫 번째 기술은 테이프를 생산하기 위한 화학적 증착 프로세스로 이미 특허화되고 있다. 두 번째 기술은 나노복합물(1 나노미터에서 100 나노미터가지의 범위에서의 물질 혼합물)을 사용하는 방법이다. . 

스페인 바르셀로나 재료 과학 연구소의 프로젝트 코디네이터인 자비에르 오브라도스는 “기존 방법에 비해 제조비용을 낮추면서 초전도체를 생산하는 이 기술은 진짜 혁신적인 것”이라고 말하고 있다. 

<에너지와 산업> 

오브라도스는 초전도 테이프에 대한 수요가 매우 강하다고 설명한다. 또한 이 프로젝트는 테이프로 만든 케이블이 전기를 운반할 때 더 이상 전기를 잃어버리지 않기 때문에 재생에너지를 지원한다고 말하고 있다. 스마트 그리드에 있어 초반도체 테이프 장치들은 풍력과 태양광전력의 간헐적인 전력 공급의 균형을 잡아줄 수도 있다. 

초전도체 와이어는 풍력 터빈이 생산하는 것보다 2배 이상을 더 생산할 수 있다고 오브라도스는 주장하고 있다. 이는 현재의 풍력 터빈은 구리코일을 활용해 풍력 에너지를 전력으로 바꾸고 있는데, 이는 생산할 수 있는 능력을 제한하는 결과를 초래하고 있기 때문이다. 이러한 문제가 초전도체 와이어에서는 발생하지 않는다. 

추가적으로 가능한 전력 소스를 열 수만 있다면, 초전도체 테이프는 핵융합을 위한 높은 필드 자석을 제공할 수 있다. 

의료 분야에서도 이 프로젝트의 성과로부터 혜택을 얻을 수 있다. 예를 들어 자기 공명 영상 스캐너는 X-레이 스캐너의 대안으로 강한 자기장과 전파를 사용할 수 있다. 

만약 강한 자기장이 높은 이미지 해상도로 이어지고, 프로젝트의 고온 초전도체가 사용된다면 이 일련의 장비는 비용이 많은 냉각수를 필요로 하지 않을 것이다. 오브라도스는 인쇄 과정 자체가 다른 응용 프로그램에 대한 잠재력을 가지고 있다고 언급하였다. 이 기술은 섬유 분야, 전자 분야에서 나노 코딩에 활용될 수 있고, 열악한 환경에서 보호를 위한 나노 코딩에 활용될 수 있는 등 잠재적으로 혁신적인 제품을 만드는 데에도 기여할 수 있다. 

<새로운 방법, 새로운 재료> 

EUROTAPES의 방법은 보다 쉽게 사용할 수 있도록 잉크를 초전도 재료로 전환시키는 것이다. 이것은 화학에서 다른 산화 금속 작은 입자를 일시 중단시키고, 상단에 잉크를 인쇄하는 것이다. 

기술의 핵심적인 부분은 산화물의 작은 나노 입자 구조와 이를 통해 만들어진 잉크의 안전성을 제어하는 것을 포함하고 있다. 또한 테이프에 필요한 속성을 위해 초전도 재료와 비초전도 재료의 적절한 조합을 찾는 것이 중요하다고 오브라도스는 덧붙여 설명하였다. 이러한 재료의 혼합은 전류를 보다 잘 운반할 수 있고, 생성 자기장의 강도를 증가시킬 수 있도록 테이프를 보다 두껍게 할 수 있다. 

추가적인 금속 및 절연 재료는 테이프의 마지막 층을 구성하는데, 이는 초전도체를 보호하고 초전도체가 수행하는 에너지의 양을 증가시킬 수 있다. 최상의 효과를 위해서는 잉크젝 인쇄 기술로 쉽게 다른 코딩을 결합하는 것이 좋다. 긴 길이의 테이프를 인쇄하는 방법이 처음이지만, 고성능 재료 결과인 저비용 제조 프로세스를 제공할 수 있다. 

2017년 2월 종료되는 프로젝트의 잔여기간 동안, 프로젝트 팀은 재료와 기술의 산업적 응용을 조사하고 이를 적용할 예정이다. 또한 제조 방법을 단순화하여 관련 생산을 제어하기 위한 시각적 시스템을 구축할 예정이다. 

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』