고려대학교 초전도 재료 및 응용연구실은 이해근교수 지도하에 박사과정 1명, 석박사통합과정 1명, 석사 6명의 연구원들이 연구활동을 수행하고 있다. 현재 초전도 연구실은 다방면에서 국가 정책 사업을 펼치고 있다. 세라믹 소재정보 은행 인력양성 사업(지경부지원), 중견연구자 사업(교과부 지원), 21세기 프론티어 사업(교과부지원), 전력산업연구개발사업(지경부지원) 등이 있다. 그중 세라믹 소재정보 은행 인력양성 사업의 경우, 적층캐패시터(MLCC), 저온 공소결 세라믹스(LTCC) 등 초소형 모듈의 수요가 증가하고 있어 초고집적 세라믹 소재를 제조하고 평가하는 전문 인력 양성이 필수적으로 요구되고 있다. 그러나 현재 일반 대학교에서 시행하고 있는 교과과정을 포함한 교육들은 주로 세라믹재료의 특성 발현이유 및 공정 등을 이해하는 데 그치고 있어 이들 재료를 다양한 형태로 고집적화하여 부가가치를 창출하는 부분에서는 교육이 부족한 실정이다. 초전도 연구실은 위탁 사업을 통해 보다 실용적이고 전문적인 대학원 교과과정의 개편을 실시하고 장·단기강좌의 개설 및 졸업 후 경력관리트랙킹 시스템을 구축하여 향후 초고집적 소재분야에 대한 핵심 전문인력을 배출, 관리하고 있다. 더불어 이해근 교수는 한국세라믹학회, 초전도저온공학회 등에서 활동 중에 있으며 고려대학교 석탑강의상 4회, 석탑기술상을 수상하는 등 왕성한 활동을 펼치고 있다. 고부가가치 산업으로 기대되고 있는 초전도 재료를 연구하는 고려대학교 이해근교수를 만나 초전도 재료 및 응용연구실에 대한 자세한 소개를 들어봤다.

현재 교수님연구실에서 중점적으로 추진하고 계신 연구가 있다면 소개 부탁드립니다.
 초전도체는 저항이 0인 물질로 용도 및 목적에 따라 적합한 형태로 제작되는데, 현재 널리 상용화 되고 있는 고온초전도체는 주로 금속기판위에 epitaxial하게 다층 thin film으로 증착(코팅)하는 공정기술을 이용하여 만든 2세대 고온초전도 선재라고 할 수 있습니다. 2세대 고온초전도 선재는 다층 박막구조로 이루어져 있어 전기적, 열적, 기계적 안정성이 매우 우수하고, 고가인 은(Ag) 파이프 안에 전구체 분말을 채워서 가공하는 PIT 공정으로 제조되는 1세대 고온초전도 선재에 비해 저가로 제작이 가능하고, 교류손실 값이 현저히 작으며, 고자기장 하에서의 초전도 특성이 우수하여 2013년이 되면 초전도 관련 세계시장의 20 % 이상을 차지 할 것으로 전문가들은 전망하고 있습니다.
그러나 현재까지 고온초전도 접합기술(접합저항이 0인 기술)이 개발되지 않아 영구전류모드 운전이 필수인 고온초전도 마그넷시스템으로의 적용에 많은 제한이 있습니다. 최근에 본 연구실에서는 중견연구자사업(교과부지원)으로 초전도 접합면 사이에 용가제 같은 매개물의 삽입 없이 저항이 0인 세라믹 초전도체끼리 직접적으로 부분 용융 결합을 시도하여 접합저항에 의한 손실을 최소화시키는 명실상부한 고온초전도접합에 대한 연구를 진행하고 있습니다. 본 접합연구는 가압 및 감압이 자유로운 특수 제작한 열처리 로를 이용하여 (그림 참조) 접합하고자 하는 부분의 초전도 층을 낮은 산소 분압 조건에서 열처리를 통하여 부분적으로 용융 결합을 시키고, 산소 분위기에서 열처리를 실시하여 고온에서의 접합 시 잃어버린 초전도성을 다시 회복시키는 것이 본 연구의 핵심입니다. 만약 본 기술이 상업화에 성공한다면 GHz급 초고자장 NMR 및 냉각비용이 저렴하고 고효율의 MRI의 제작이 가능하기 때문에 생명공학과 의료서비스의 혁명을 가져 올 수 있으며, 기타 친환경, 에너지, 전력 기기, 수송 및 운반기술로 각광받고 있는 초전도 응용기기 전반에 걸쳐서도 많은 시너지 효과를 발휘할 것이라고 판단됩니다.

연구 중인 분야의 발전가능성과 현재까지 연구 분야의 성과는 어떠한가요?
현재 초전도 접합 연구결과를 바탕으로 원천특허를 국내에 2건 출원하고, 전 세계로의 사업화를 목표로 PCT 특허 1건 및 미국 특허 1건을 출원해 놓은 상태입니다. 또한 이 원천기술의 상용화를 위하여 케이조인스(주)라는 회사에 기술 이전을 실시하고 공동연구를 진행하고 있는 상황입니다. 본 연구기관과 케이조인스(주)는 현재 초전도 접합 기술의 상용화를 위한 최적의 초전도 접합 조건을 찾기 위하여 가압 및 진공 열처리가 가능하며 접합면에 압력을 줄 수 있고 portable한 특수 열처리로를 제작 중에 있습니다. 만약 초전도 접합 기술이 상용화된다면 2세대 고온초전도 선재의 장선화가 이루어지게 되며, 기존의 상전도 접합에 따른 저항 발생에 따른 여러 가지 문제들을 해결할 수 있기 때문에 향후 엄청난 경제적 부가가치를 창출할 수 있을 것으로 기대됩니다. 
  또한 본 연구실에서 고온초전도 접합 기술 개발 만큼 비중을 두고 진행하고 있는 연구로 고체냉매 냉각기술 개발이 있습니다. 최근에는 고체상과 액체상이 혼합된 상태인 혼합냉매 냉각시스템을 개발하고 있습니다. 혼합냉매 냉각시스템은 고체상의 큰 열용량과 액체상의 빠른 열전달의 장점을 이용하는 것으로서, 향후 초전도 응용기기의 안정성 향상과 이동형 시스템 제작 가능성을 제시 할 것입니다. 현재 고체냉매 냉각기술관련 2건의 특허를 출원하고 있으며 실용화를 위한 연구를 활발히 진행 중에 있습니다.

연구실 운영의 노하우나 고충에 대해 세라믹코리아 독자들과 공유하고 싶으신 내용이 있다면 한 말씀 부탁드립니다.
대학 및 대학원은 학문에 뜻을 둔 인재들에게 학문을 탐구하고 다양한 방법으로 익히고 배울 수 있는 경험의 장을 열어 주는 곳입니다. 이러한 환경과 여건을 갖추기 위해서는 다양한 기초 연구들을 수행하여야 합니다. 하지만 연구 과제를 수행하는데 있어 수반되는 까다롭거나 지나치게 많은 보고서와 논문성과 요구, 연구비 사용 부분의 유연성 결여 등은 연구실을 운영하는데 있어 많은 제약이 따른다고 봅니다. 이와 같은 문제는 연구 과제를 제공하는 정부기관이나 기업 등이 연구 과제를 수행하는 기관과 신뢰의 결여에서 비롯된 현실이라고 생각합니다. 기초 과학 분야의 강국이 되기 위해선 신뢰 문제를 극복하고 인재 양성 및 연구에 집중할 수 있는 기반이 마련되어야 한다고 생각합니다. 미국, 일본과 같은 상호 신뢰하고 연구 수행 기관에 어느 정도의 자율성을 허락 한다면 연구에 더 매진할 수 있는 환경을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 더 우수한 연구 성과도 기대할 수 있을 것이라 생각합니다.

타 연구실이나 기업과 함께 공동연구를 희망하시는 분야가 있다면 이 자리를 빌려 소개 부탁드립니다.
저희 연구실에서는 초전도 접합 연구 이외에 고체 냉매(고체 질소, 고체 아르곤 등)를 이용한 한류기 및 초전도 에너지 저장 장치에 관한 극저온 실험을 병행하고 있습니다. 특히 고체냉매 냉각기술과 초전도 선재의 종류에 따른 접합 방법 및 초전도 마그넷 설계관련 다양한 정보와 기술력은 국내 어느 기관과 비교해서도 우수하게 축적되어있다고 자부합니다. 또한 압전 세라믹 재료로 만든 AE sensor를 직접 제작하여 기기의 운전 도중 초전도체 내에서 발생할 수 있는 미세한 손상을 검출하는 기술에 대해서 많은 연구를 진행 하고 있으며 검출방법에 관한 다양한 노하우도 확보하고 있습니다. 또한 본인이 미국 MIT, FBML 고자장연구소에서 근무하면서 근 10여년 이상 연구를 했던 NMR/MRI 등과 같은 고정밀 의료분석기기용 초전도 마그넷 제작에 대한 연구에도 많은 관심을 가지고 있으며, 산학연 공동으로 컨소시움을 구성하여 1GHz 이상의 초고자장 NMR 또는 14 테슬라 급의 MRI 장비 구축 사업 관련 공동연구를 진행하는데 관심을 갖는 산학연 기관이 있으시다면 언제든지 환영입니다.

세라믹·소재산업과 관련해 교수님께서는 어떤 견해를 갖고 계신지 궁금합니다.
우리나라에 세라믹 기술을 근간으로 하는 산업이 태동하고 발전해 온지 거의 한 세기가 다 되었습니다. 그러나 지나온 세월에 비하여 우리나라의 세라믹 기술의 발전 정도와 그에 따른 선진국 대비 기술력은 많이 부족한 실정입니다. 21세기 현재 세라믹 산업은 첨단세라믹 산업으로 탈바꿈하였으며, 이러한 변화에 대한 적응여부는 미래의 국내 세라믹 산업의 생존에 밀접한 영향을 줄 것입니다. 금속 및 화학 소재와 더불어 우리나라 소재산업의 한 축을 이루는 세라믹관련 산업은 그동안 정부의 무관심으로 정책적인 배려가 부족했던 것 같습니다. 최근 정부가 추진 중인 신성장동력산업 중 소재산업 육성정책은 첨단세라믹 기술의 확보를 위해서 환영할만한 일이라고 생각합니다. 첨단세라믹산업의 글로벌 경쟁력을 강화시키기 위해 기존과 다른 새로운 비전과 전략적인 체계를 구축하여 어느 나라보다 한 발 먼저 앞서 나가야 할 시기입니다.
김동진 기자 rizzz@naver.com

<본 사이트는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2010년 6월호를 참조바랍니다.>