국내 연구진 비희토류 영구자석 개발 방법 찾았다

울산대 홍순철 교수, 인천대 엇후 도르지 교수
철과 니켈 혼합재로 영구자석 소재 제시
고온서 성능 떨어지는 영구자석의 단점도 해소

홍순철 교수연구팀은 (Fe)-질소(N) 화합물 결정구조(a)와 철-니켈(Ni) 화합물 결정구조(c)를 혼합해 철-니켈-질소 화합물 결정구조(b)로 만들어 영구자석으로서의 성능을 확보할 수 있음을 제시했다. a와 c의 결정구조는 영구자석으로 기능할 수 있는 자성 경도 1에 훨씬 못 미치는 0.3～0.5밖에 되지 않지만, 연구팀은 이 둘을 혼합하는 방법으로 1.08의 결과치를 얻어냈다.

【파이낸셜뉴스 울산=최수상 기자】 전 세계 자석시장은 ‘페라이트’ 자석과 ‘네오디뮴’ 자석이 양분하고 있다.

막대자석이나 말굽자석은 1930 대에 개발되기 시작한 페라이트 자석이다. 영구자석 중에서 최고의 성능을 자랑하는 희토류 자석인 네오디뮴 (Nd) 자석은 1980 년대에 개발됐다.

영구자석은 고부가가치 산업인 풍력발전기, 전기자동차 모터 등에 필수적으로 들어가야 하는 요소이다. 희토류를 이용한 네오디뮴 자석은 페라이트 자석보다 성능은 10배 정도 우수하다.

하지만 중국에서 세계 희토류 소비량의 90%를 생산하면서 가격이 20배 정도 비싼 단점이 있다. 그럼에도 불구하고 네오디뮴 자석 개발 이후 사실상 40여 년 간 이렇다할 영구자석 소재를 개발하지 못하고 있다. 다른 종류의 자석도 있지만 비중은 극히 미미하다.

이런 상황에서 국내 연구진이 희토류를 대신해 비희토류 영구자석을 개발할 수 있는 방법을 찾았다.

25일 울산대학교에 따르면 이 학교 물리학과 홍순철 교수(64)와 제자인 인천대학교 물리학과 엇후 도르지 교수(40·몽골)가 순철을 기반으로 한 영구자석 소재 개발 방향을 이론적으로 제시해냈다.

울산대 홍순철 교수(왼쪽)와 인천대 엇후 도르지 교수가 철-니켈-질소 화합물 결정구조로 영구자석으로서의 성능을 확보할 수 있음을 설명하고 있다.

연구 결과는 인용지수 (IF) 7.656 으로 야금학 분야 세계 최고 학술지인 <악타 머티어리얼리아 (Acta Materialia)> 4월 1일자 온라인 판에 게재되었고, 오는 5월 15일 정식 출판된다 .

울산대 홍순철 교수연구팀은 이 연구에서 매장량이 풍부한 비희토류인 철(Fe)에 니켈(Ni)을 혼합한 재료로, 희토류 네오디뮴 (Nd) 영구자석 못지않은 고성능 영구자석 소재를 제시했다.

연구팀이 디자인한 영구자석 재료는 고온에서도 성능을 유지할 수 있어 앞으로 상용화될 전기자동차 모터와 풍력발전기 등 관련 분야 산업에 크게 적용될 것으로 기대되고 있다.

한국기계연구원 부설 재료연구소 최철진 박사는 “자석은 고온에서 성능이 떨어짐으로써 정상적인 작동이 될 수 없는데, 이번에 발견한 비희토류 기반 자석은 섭씨 447 도에서도 견딜 수 있어서 우수한 성능, 손쉽게 구할 수 있는 재료를 모두 만족하는 획기적인 발견”이라고 평가했다.

이 연구는 과학기술정보통신부가 초일류 소재강국 실현을 위해 추진한 ‘미래소재디스커버리 사업’ 과제로 진행됐다.

[e-mail] 최수상 기자