발전하는 전기 재료

[이미지 촬영=대한민국청소년기자단 정시언 대학생기자]

전기는 전하의 존재 및 흐름과 관련된 물리 현상들의 총체이다. 우리에게 꼭 필요한 존재가 되어버린 전기는 카페나 가정 등 손쉽게 전기를 구할 수 있게 되었다. 하지만 전기를 생산에서부터 우리의 손에 오기까지 많은 과정과 손실이 생기게 된다. 이 손실을 줄이기 위해 전기 기술과 재료를 발전시키고 있으며 여러 가지 방법이 있다.

먼저, 고온 초전도 케이블이 있다. 송전 용량은 3배 이상 높이고 손실은 1/20만큼 줄일 수 있게 된다. 또한 동일 송전 용량을 기준으로 할 때 기존 지중 케이블 관로의 60%로 소형화시킬 수 있다. 기본적으로 고온 초전도 선재로 만들어진 케이블로, 고온 초전도 선재를 임계 온도 이하로 냉각하기 위한 냉각 시스템을 이용한다. 초온 초전도 케이블을 장선화하기 위한 중간 접속함과 다른 전력 기기와 전기적으로 연결해 주는 단말이 있다. 하지만 고온 초전도 케이블 시스템에 기존 상전도 단말을 그대로 적용할 경우, 절연유의 교화와 Sulfur difluoride 가스의 액화가 발생하여 본래 절연내력을 가지지 않는다. 따라서 극저온에서 사용할 수 있는 단말을 필요로 한다. 송전 용량은 높이고 손실을 줄일 수 있기 때문에, 조건에 맞는 재료를 상용화시킬 수 있다면 전기 발전에 큰 기여를 할 수 있을 것이다.

다음으로, 나노 가공이 있다. 나노 갭을 이용하여 고속 동작 및 고집적화한다. 저소비전력 등의 특성을 모두 겸비한 메모리로서 나노 스케일 공극 구조를 이용한 초소형 비휘발성 메모리 소자 연구이다. 나노 갭은 수평 구조와 수직 구조의 그룹으로 분류된다. 예를 들어, Au 나노 갭 제작이 있다. DC 전류 측정과 AC 특성에 따라 나노 갭의 디자인 형태가 달라진다. 제작 과정을 통해 각 단계별로 사용되는 물질이 달라지며, 정확한 박막 두께를 만들기 위해 ALD 방식을 적용하여 아주 얇은 두께로 증착한다. Au 전극의 좋은 형태를 위해 양극 포토레지스트 석판 인쇄 공정을 거친다. 아주 작은 형태로 여러 방면에 사용하기에는 좋지만 나노 기술을 이용한 경우 대량 생산이 어려워 상용 소자로 이용 못 할 가능성이 있다.

[대한민국청소년기자단 IT·과학부=1기 대학생기자 정시언]