희토류 줄인 값싸고 강한 자석 개발

■ 희토류 줄인 값싸고 강한 자석 개발

 

국내 연구팀이 값비싼 희토류 사용을 줄이면서도 전기모터나 발전기, 자성 센서 등 산업에 널리 쓰이는 자석의 성능을 강화한 새로운 나노 자석을 개발했다. 전기 자동차는 물론 초소형 가전과 센서에 활용할 차세대 미세 자석을 개발하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 한국연구재단은 한양대 재료화학공학과 좌용호 교수와 이지민 연구원팀이 단위 부피당 자성이 높은 고에너지 영구자석 소재를 개발했다고 2019년 08월 12일 밝혔다.

 

최근 전자 공학계는 작고 가벼운 자석에 주목하고 있다. 전자 제품 및 기계의 초소형, 고성능화에 발맞추기 위해서이다. 이를 위해 자기장이 제거돼도 자성을 유지하는 능력이 큰 희토류를 쓰는 자석에 자기장이 제거되면, 자성이 쉽게 사라지는 ‘연자성 물질’을 섞어 두 물질의 경계면에서 더 높은 자성이 나타나는 ‘교환 스프링 자석’이라는 새로운 자석을 연구 중이다.

 

교환 스프링 자석의 효율을 높이려면, 연자성 물질을 고르게 혼합하는 기술과 희토류 표면에 연자성 물질을 균일한 두께로 코팅하는 것이 중요하다. 보통 희토류를 공 모양으로 빚은 뒤 연자성 물질을 코팅했는데, 공 모양 물질에 코팅하기가 어려워 자석의 성능을 높이기 어려웠던 단점이 있었다.

 

좌용호 교수팀은 희토류를 쓴 나노 섬유 자석을 만들어 이 문제를 해결했다. 굵기가 200nm이고 길이가 수십 μm인 사마륨 코발트 나노 섬유를 만들었다. 여기에 연자성 철 코발트를 수 nm 두께로 코팅해 효율 높은 새로운 자석을 개발했다. 연구팀의 성능 실험 결과, 이 자석은 기존 희토류 자석에 비해 단위 부피당 내는 자성이 1.46배 정도로 높았다. 또 값비싼 희토류의 사용량도 줄일 수 있어 자석의 가격도 낮췄다.

 

연구팀은 현재 실용화를 위해 자석을 크게 만드는 등 후속 연구를 진행 중이다. 좌용호 교수는 “기존 자성 재료의 성능 한계와 구조적 문제를 극복할 수 있게 됐다. 미래 자성 소재 개발을 위한 기초 연구에 도움이 될 것”이라고 말했다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘미국 화학회(ACS) 응용 재료 및 인터페이스’ 2019년 08월 24일과 31일자에 발표됐다.