DGIST, 영구자석 성능 유지하며 디스프로슘 사용량 80% 줄여

[대구=이데일리 홍석천 기자] 대구경북과학기술원(DGIST) 연구팀이 네오디뮴 영구자석의 성능을 유지하면서 고가의 중희토류인 디스프로슘 사용량을 줄이는 소재 설계 기술을 개발했다. 실험에서 디스프로슘만 확산물질로 사용한 기존 방식과 비교해 디스프로슘을 80% 적게 쓰고도 동등한 수준의 자석 성능을 확보했다.

전기차 구동 모터와 풍력발전기에 쓰이는 네오디뮴 영구자석에는 고온에서 자성이 쉽게 약해지지 않도록 디스프로슘 등 중희토류를 첨가한다. 다만 중희토류는 가격이 높고 공급망이 불안정해 사용량을 줄이는 것이 제조 과정의 과제였다.

기존에는 자석 표면에 중희토류를 바른 뒤 열처리하는 ‘입계확산’ 공정이 주로 쓰였다. 중희토류가 자석 내부 결정립의 경계를 따라 퍼지면서 각 결정립을 얇게 감싸 자석의 성능을 높이는 방식이다. 하지만 중희토류가 자석 표면 가까이에 몰리면 이 층이 필요 이상으로 두꺼워져 재료가 낭비됐다.

왼쪽부터 김정민 나노기술연구부장, 김동환 책임연구원, 정현종 석박사통합과정, KNU Viltalii Galkin 박사후연구원, 이동현 박사과정. (사진=DGIST)

DGIST 나노기술연구부 김정민·김동환 연구팀은 자석 바탕 재료에 들어 있는 경희토류의 비율을 고려해 표면에 바르는 확산물질의 조성을 바꿨다. 그 결과 중희토류가 표면 부근에 몰리는 현상이 줄고, 결정립을 감싸는 층이 얇고 균일하게 형성됐다.

김정민 DGIST 책임연구원은 중희토류의 이동과 분포를 제어하는 이번 설계 전략을 경희토류 기반 공정에도 확대 적용할 계획이라고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)’에 게재됐다.