좌용호 교수 연구팀, 섬유 구조의 나노자석 개발
희토류 영구자석 대체...교환스프링자석 원리 활용
[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.
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
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