자기력 ↑ 희토류 ↓... 나노자석 국내 개발 '쾌거'
자기력 ↑ 희토류 ↓... 나노자석 국내 개발 '쾌거'
  • 이재형 기자
  • 승인 2019.08.13 08:44
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좌용호 교수 연구팀, 섬유 구조의 나노자석 개발
희토류 영구자석 대체...교환스프링자석 원리 활용
(한국연구재단 제공) 2019.8.12/그린포스트코리아
국제학술지 'ACS Applied Materials & Interfaces'에 실린 코어-쉘(core-shell) 섬유 구조의 나노자석.(한국연구재단 제공) 2019.8.12/그린포스트코리아

[그린포스트코리아 이재형 기자] 기존 영구자석 대비 자기에너지밀도는 46% 더 높고 희토류 사용량은 적은 나노자석이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단은 좌용호 한양대 교수 연구팀이 기존 희토류 영구자석을 대신하는 코어-쉘(core-shell) 섬유 구조의 나노자석을 개발했다고 13일 밝혔다. 나노자석은 하이브리드 자동차, 차세대 전기모터, 발전기, 마그네틱 센서 등 산업 전반에서 폭넓게 응용될 것으로 기대된다. 

그동안 전자산업에서는 영구자석의 단위 부피당 자기적 성능을 높이기 위해 부단히 연구해왔다. 제품의 경량화·초소형화·고성능화 추세에 따라 고 에너지 밀도의 소재가 절실했기 때문이다.

연구팀은 보자력이 큰 희토류 영구자석에 보자력이 덜한 연자성 물질을 도입하는 ‘교환스프링자석(exchange-spring magnet)’에 주목했다. 보자력이 다른 두 물질끼리 자기교환반응을 일으켜 더 높은 자성을 끌어내는 원리다. 보자력이란 자기장이 제거돼도 자성을 유지하는 능력으로, 보자력이 클수록 부피 대비 강한 자력을 가진 자석을 만들 수 있다. 

자기교환반응을 극대화하려면 희토류와 연자성 물질을 최대한 고르게 혼합해야 한다. 또 희토류 표면을 코팅한 연자성 물질의 두께가 최대한 균일해야 한다. 그동안 교환스프링자석 연구에서는 인력에 의해 서로 응집되는 구형 소재를 사용해 고르게 도금하기 어려웠다.

(한국연구재단 제공) 2019.8.12/그린포스트코리아
좌용호 교수 연구진이 개발한 섬유형 구조체 나노자석 원리.(한국연구재단 제공) 2019.8.12/그린포스트코리아

연구팀은 이를 극복하기 위해 기존 구형 소재 대신 섬유형 구조체를 활용해 비(非)희토류계 도금층의 두께를 조절했다. 희토류계 경자성 나노섬유에 연자성을 띄는 철-코발트 코팅층을 나노 두께로 도금하는 방식이다. 

두 소재의 시너지 효과를 통해 기존 희토류계 영구자석 대비 자기에너지밀도를 146% 수준으로 끌어올렸다. 고가의 희토류 사용량도 절감할 수 있게 됐다. 연구진은 기술의 실용화를 위해 자석의 소결 및 벌크화 관련 연구를 진행하고 있다.

좌용호 한양대 교수는 “기존 자성재료의 구조적 문제 및 성능 한계를 극복할 수 있는 가능성을 확인함으로써 향후 미래자성소재 개발을 위한 기초 연구에 이바지할 수 있을 것“이라고 밝혔다.

이번 연구의 성과는 미국화학회(Americal Chemical Society, ACS)가 발행하는 국제학술지 'ACS Applied Materials & Interfaces' 29·30호의 표지논문으로 각각 7월 24일, 31일자에 게재됐다.

silentrock91@greenpost.kr