저온 초전도 재료 목록
소개
저온 초전도 물질은 30K 이하의 초전도도를 나타내며, 일반적으로 액체 헬륨으로 냉각해야 합니다. 이러한 물질은 고에너지 물리학, 의료 영상, 핵융합과 같은 첨단 기술에서 필수적입니다. 임계 온도(Tc) 는 재료가 초전도가 되는 임계값으로, 각 재료의 실제 응용 분야를 결정하는 데 중요한 역할을 합니다.
금속
니오븀(Nb) - 임계 온도(Tc): 9.3K
니오븀은 가장 일반적으로 사용되는 저온 초전도 금속입니다. 박막과 베타상의 고체 용액에 자주 사용되며, 약한 전기 부품과 초전도 자석에 유용합니다. 9.3K의 높은 Tc는 낮은 전기 저항과 강한 자기장이 필요한 분야에서 실용적입니다.
합금
NbTi(니오븀-티타늄) - 임계 온도(Tc): 9.2K
NbTi는 가장 널리 사용되는 초전도 합금으로, 저온 초전도 재료의 약 95%를 차지합니다. 강력한 초전도 특성과 우수한 기계적 성능을 겸비하고 있어 다음과 같은 용도에 이상적입니다:
- 고에너지 물리학 가속기
- 자기공명영상(MRI) 기계
- 플라즈마 자기 감금 장치
NbZr(니오븀-지르코늄) - 임계 온도(Tc): 11K
NbZr은 초전도 합금 중 최초로 개발된 합금 중 하나이지만, 현재는 대부분 NbTi로 대체되었습니다. 적당한 온도와 특정 기계적 특성이 필요한 특정 산업 공정에서 여전히 중요하게 사용되고 있습니다.
화합물
NbN(질화 니오브) - 임계 온도(Tc): 16K
NbN은 안정성으로 잘 알려져 있으며 일반적으로 박막에 사용됩니다. 약한 전기 부품과 고자기장 자기 시스템에서 우수한 성능을 발휘하므로 장기적인 신뢰성이 필요한 애플리케이션에 선호되는 소재입니다.
Nb₃Sn(니오븀-주석) - 임계 온도(Tc): 18.1K
취성에도 불구하고 Nb₃Sn은 고자장 자석 응용 분야에서 가장 중요한 화합물 중 하나입니다. 핵융합로나 입자가속기와 같이 강한 자기장이 필요한 장치에 사용됩니다. Nb₃Sn은 가공이 까다롭지만 강한 자력을 견딜 수 있습니다.
V₃Ga(바나듐-갈륨) - 임계 온도(Tc): 16.8K
V₃Ga는 Nb₃Sn과 유사한 고자장 자석에 사용됩니다. 기계적 특성이 약간 다르기 때문에 특정 기술 응용 분야에 적합합니다. 다른 화합물과 마찬가지로 강한 자기장에서도 잘 작동하는 능력 때문에 선호됩니다.
표.1 저온 초전도 재료
| 재료 | 임계 온도(Tc) |
| NbTi(니오븀-티타늄) | 9.2K |
| 니오븀(Nb) | 9.3K |
| NbZr(니오븀-지르코늄) | 11.0K |
| NbN(질화 니오브) | 16.0K |
| VGa(바나듐-갈륨) | 16.8K |
| NbSn(니오븀-주석) | 18.1K |
저온 초전도체 응용 분야
저온 초전도체는 다양한 산업과 과학 발전에서 중요한 역할을 합니다. 그 응용 분야는 다음과 같습니다:
- 고에너지 물리학: 강력한 자기장을 생성하고 유지하는 능력으로 입자가속기와 플라즈마 감금 장치에 NbTi와 같은 재료가 사용됩니다.
- 의료 영상: NbTi 초전도체는 신체 내부 구조를 영상화하는 데 필요한 강력한 자기장을 생성하는 데 도움이 되는 MRI 기계에 필수적입니다.
- 핵융합: Nb₃Sn은 핵융합로에서 고자장 자석을 생산하는 데 필수적이며, 자석 제어 핵융합 기술을 위한 노력을 지원합니다.
결론
저온 초전도 재료의 영역에서 금속, 합금 및 화합물의 상호 작용은 과학, 의료 및 군사 영역에 걸쳐 무수히 많은 응용 분야를 열어주었습니다. 액체 헬륨의 혹독한 환경을 탐색하면서 더 높은 임계 온도와 더 비용 효율적인 운영 방법에 대한 탐구는 이 분야를 발전시키고 있습니다. 스탠포드 어드밴스드 머티리얼즈는 이러한 혁신의 최전선에서 저온 초전도 재료와 다양한 응용 분야의 발전에 기여하고 있습니다.
