소결형 교환스프링자석 제조 공정 모식도. 코어-쉘(core-shell) 섬유형 복합자석을 제조하고자 전기방사 공정 및 추가 열처리를 통해 200 nm의 직경과 수십 μm의 길이를 갖는 경자성 Sm-Co 나노섬유를 준비하고, 연자성 Fe-Co 도금을 위해 무전해도금 공정을 진행했다.[한국연구재단 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국연구재단은 한양대 재료화학공학과 좌용호 교수 연구팀이 기존 희토류 영구자석을 대신해 새로운 코어-쉘(core-shell) 섬유 구조의 나노자석을 개발했다고 12일 밝혔다.

하이브리드 자동차, 차세대 전기모터, 발전기, 마그네틱 센서 등 산업 전반에 폭넓게 사용되는 영구자석의 새로운 소재로 응용될 것으로 기대된다.

전자제품의 경량화, 초소형화 및 고성능화에 발맞춰, 단위 부피당 더 높은 자기적 성능을 갖는 고 에너지 밀도의 영구자석 소재가 요구된다.

자기장이 제거돼도 자성을 유지하는 보자력(保磁力)이 큰 희토류 영구자석에 보자력이 상대적으로 작은 연자성 물질 일부를 도입, 두 물질 계면에서의 자기교환반응을 통해 더 높은 자성을 끌어내는 ‘교환스프링자석’이 최근 주목받고 있다.

자기교환반응을 극대화하기 위해서는 희토류와 연자성 물질을 고르게 혼합하는 것과 희토류 표면을 균일한 두께의 연자성 물질로 코팅하는 것이 중요하다.

연구팀은 희토류계 경자성 나노섬유에 연자성을 띄는 나노두께의 철-코발트 코팅층을 형성, 코어-쉘 구조의 교환자기결합형 자성 재료를 개발했다.

높은 보자력을 갖는 경자성 소재와 높은 자화값을 갖는 연자성 소재의 시너지 효과에 의해 기존 희토류계 영구자석 대비 자기에너지밀도를 146% 수준으로 끌어올렸다.

인력에 의해 서로 응집되는 데다 고르게 도금하기 어려웠던 기존 구형 소재 대신 섬유형 구조체를 활용하는 한편 비 희토류계 도금층의 두께를 조절함으로써 자기적 특성을 향상시켜 고가의 희토류 사용량도 줄일 수 있었다.

연구진은 실용화를 위해 자석의 소결 및 벌크화 관련 연구를 진행하고 있다.

좌용호 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 연구성과는 미국화학회가 발행하는 국제학술지 'ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤 인터페이스’ 29·30호 표지논문으로 각각 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com