희토류 대체할 값싼 차세대 자석 개발

전기자동차는 물론 초소형 가전에 도움

2019. 08.12(월) 14:41

국내 연구팀이 나노 섬유 형태로 희토류 자성 물질을 가공한 뒤 다시 다른 물질을 코팅하는 방식으로 기존보다 성능을 높인 자석을 개발했다. 전기차와 소형 전자기기에 활용될 것으로 기대된다. 한국연구재단 제공

한국연구재단은 좌용호 한양대 재료화학공학과 교수와 이지민 연구원팀이 값비싼 희토류 사용을 줄이면서도 전기모터나 발전기, 자성 센서 등 산업에 널리 쓰이는 자석의 성능을 강화한 새로운 나노 영구 자석을 개발, 전기자동차는 물론 초소형 가전과 센서에 활용할 차세대 미세 자석을 개발하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

최근 전자공학계는 작고 가벼운 자석에 주목하고 있다. 전자제품 및 기계의 초소형, 고성능화에 발맞추기 위해서다. 이를 위해 자기장이 제거돼도 자성을 유지하는 능력이 큰 희토류를 쓰는 자석에 자기장이 제거되면 자성이 쉽게 사라지는 ‘연자성 물질’을 섞어 두 물질의 경계면(인터페이스)에서 더 높은 자성이 나타나는 ‘교환스프링자석’이라는 새로운 자석을 연구 중이다.
좌 교수팀은 희토류를 쓴 나노섬유 자석을 만들어 이 문제를 해결했다. 굵기가 200nm(나노미터. 1nm는 10억 분의 1m)이고 길이가 수십 μm(마이크로미터, 1 μm는 100만 분의 1m)인 사마륨-코발트 나노섬유를 만들었다. 여기에 연자성 철-코발트를 수 nm 두께로 코팅해 효율 높은 새로운 자석을 개발했다.
교환스프링자석의 효율을 높이려면 연자성 물질을 고르게 혼합하는 기술과 희토류 표면에 연자성 물질을 균일한 두께로 코팅하는 게 중요하다. 보통 희토류를 공 모양으로 빚은 뒤 연자성 물질을 코팅했는데, 공 모양 물질에 코팅하기가 어려워 자석의 성능을 높이기 어려웠던 단점이 있었다.

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. 좌 교수는 “기존 자성재료의 성능 한계와 구조적 문제를 극복할 수 있게 됐다”며 “미래 자성소재 개발을 위한 기초연구에 도움이 될 것”이라고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘미국화학회(ACS) 응용재료 및 인터페이스’ 24일과 31일자에 발표됐다.


유봉 기자 env-news@hanmail.net        유봉 기자의 다른 기사 보기