좌용호 한양대 교수팀, '코어-쉘' 섬유 구조 나노자석 개발
하이브리드 자동차·전기모터·발전기 등의 신소재로 응용 기대
한국연구재단(이사장 노정혜)은 좌용호 한양대학교 교수팀이 기존 희토류 영구자석을 대신해 코어 쉘(core-shell) 섬유 구조의 나노자석을 개발했다고 12일 밝혔다.
영구자석은 영구적으로 자성을 나타내는 자석이다. 이 자석은 전기에너지를 기계에너지로 바꿀 수 있어 액추에이터, 모터, 센서 등에 쓰인다.
전자기기나 전기자동차 등을 가볍게 하려면 내부에 들어가는 모터도 가벼워야 한다. 따라서 단위 부피당 더 높은 자기적 성능을 갖는 고에너지 밀도의 영구자석 소재가 필요하다.
연구팀은 자성 유지 능력이 강한 '강자성' 물질과 자성 유지 능력이 약한 '연자성' 물질을 섞어 새로운 소재를 개발했다. 강자성 물질인 희토류계 나노섬유에 연자성 물질인 '철-코발트'를 얇게 감싼 '코어-쉘' 구조의 교환자기결합형 자성 재료다. 새로운 자성 재료의 자기에너지 밀도는 희토류만으로 구성된 영구자석 밀도보다 146% 크다.
반면, 섬유형 구조체는 응집되지 않고 자성 특성도 높다. 또한, 코팅 물질인
비(非)희토류계 자성체의 두께를 조절하면 자기적 특성이 높아져, 비싼 희토류의 사용량을 줄일 수 있다.
좌용호 교수는 "기존 자성재료의 구조적 문제와 성능 한계를 극복할 가능성을 확인했다"며 "미래 자성소재 개발을 위한 기초 연구에 이바지할 수 있을 것"이라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 미래소재디스커버리사업의 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 학술지 'ACS Applied Materials & Interfaces' 29·30호 표지논문으로 각각 7월 24일, 31일 자에 실렸다. 논문명은 'Exchange-Coupling Interaction in Zero- and One-Dimensional Sm2Co17 /FeCo Core–Shell Nanomagnets'다.
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