뜨거워지면 금속 더 잘 끌어당기는 물질 세계 최초 개발

2018.10.29 15:33
연료연구소 연구팀이 개발한 새로운 망간-탄소 합금. 온도가 올라가면 자성도 함께 증가해, 새로운 센서 등에 응용 가능할 것으로 기대된다. -사진 제공 재료연구소/응용물리레터스
연료연구소 연구팀이 개발한 새로운 망간-탄소 합금. 온도가 올라가면 자성도 함께 증가해, 새로운 센서 등에 응용 가능할 것으로 기대된다. -사진 제공 재료연구소/응용물리레터스

온도가 변하면 금속을 끌어당기는 자성의 세기도 함께 증가되는 전혀 새로운 물질을 국내 연구팀이 세계 최초로 합성하는 데 성공했다.


재료연구소는 최철진·박지훈 재료연구소 분말세라믹연구본부 책임연구원팀이 온도 변화에 따라 자성이 떨어지는 기존 자성물질의 단점을 보완할 새로운 소재를 망간과 탄소의 합금을 이용해 개발했다고 29일 밝혔다.

 

망간과 탄소 합금은 복잡하고 다양한 3차원 결정 구조를 지닌 다양한 합금을 이룰 수 있는데다 자성을 가질 수 있어 다양한 용도로 연구되고 있다. 특히 값비싼 희토류 자성재료를 대체할 후보로 주목 받고 있다. 하지만 온도가 높아지면 안정성을 잃고 자성이 약해지는 특성이 상용화에 걸림돌이었다.


최 책임연구원팀은 역시 고온에 약한 망간-탄소 합금인 ‘Mn4C’를 집중 연구했다. 그 동안 이 물질을 고온에서 안정적으로 유지하기란 불가능한 것으로 알려져 왔다. 최 책임연구원팀은 Mn4C의 제조 방법을 바꿔봤다. 고순도 망간을 녹인 뒤 흑연과 함께 아르곤 플라스마 처리를 했다. 이렇게 해서 만들어진 합금에서 Mn4C를 자석으로 분류한 뒤 곱게 갈아 가루를 만들었다. 연구팀은 가루 형태의 Mn4C를 섭씨 427도와 650도의 진공에서 한 시간에 걸쳐 서서히 식혔다.

 

연구팀이 이렇게 만들어진 Mn4C의 자성을 측정해 본 결과, 기존과 반대로 온도가 올라갈 때도 안정하고 자성도 점점 강해지는 독특한 성질을 갖는다는 사실을 확인했다. 새로 만들어진 Mn4C의 자성은 영하 223도에서 섭씨 417도까지 온도가 올라감에 따라 꾸준히 올라갔다.

 

최 책임연구원은 “그 동안 이론적으로만 존재하던 물질을 세계 최초로 합성했다”며 “기존 물질과 다른 특이한 특성을 지니는 만큼, 새로운 센서나 반도체, 전자부품 등에 사용될 수 있을 것”이라고 말했다.

 

연구 결과는 지난 5월 물리분야 국제학술지 ‘응용물리레터스’에 처음 발표됐으며, 최근 국내 및 PCT(특허협력조약) 특허를 출원했다. 

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