DGIST 나노기술연구부 김동환, 김정민 공동연구팀이 기존 방식의 한계를 극복한 새로운 영구자석 제조 공정을 개발했습니다.

이번 연구는 자석의 성능을 높이는 데 중요한 '확산 기술'을 개선해, 전기 자동차와 풍력 발전기, 로봇 등 다양한 친환경 산업 분야에 활용 가능성을 열었다는 평가를 받고 있습니다.

전기차와 풍력발전 산업이 빠르게 성장하면서, 강력하면서도 고온 환경에서 안정적으로 작동할 수 있는 영구자석의 수요가 급증하고 있습니다.

대표적인 고성능 자석인 네오디뮴 영구자석은 전기차 모터에 주로 사용되지만, 이 자석은 고온에서 자기 성능이 떨어지기 때문에, 성능을 보완하기 위해 희귀 원소인 중희토류를 첨가해야 하는데, 중희토류는 희귀하고 비싸다는 단점이 있습니다.

이를 해결하기 위해 '입계확산 공정'이 많이 사용되고 있는데, 이 기술은 자석 표면에 소량의 중희토류를 침투시켜 성능을 높이는데, 확산이 표면에만 머물러 자석 내부까지 깊게 퍼지지 못하는 한계가 있었습니다.

김동환, 김정민 공동연구팀은 이 한계를 극복하기 위해 방전 플라즈마 소결이라는 제조 기술과 입계확산을 결합해서 자석을 분말 상태에서 만들 때 미리 확산 물질을 혼합해, 자석 전체에 골고루 확산이 일어나도록 했습니다.

그 결과, 기존 방식보다 확산 깊이가 훨씬 깊어졌고 자석 전체가 균일하게 성능을 발휘하는 '코어-쉘 구조'를 구현할 수 있었고 동일한 양의 희토류 원소를 사용했음에도 기존보다 확산 효율이 높고 성능도 크게 향상되는 것을 확인했습니다.

이는 자석을 더 작고 가볍게 만들면서도 강력한 성능을 유지할 수 있음을 의미하며, 앞으로 전기차 모터의 소형화, 경량화와 에너지 효율 향상에 기여할 것으로 기대되며 입계확산 공정을 대형 자석에도 적용할 수 있는 가능성을 열었습니다.

김동환 책임연구원은 "이번 연구는 기존 입계확산 기술의 한계를 넘어 자석 전체에서 균일한 성능을 낼 수 있는 방법을 제시했다"라며, "전기차와 풍력 발전 등 친환경 에너지 산업에서 요구되는 고성능 영구자석 개발에 중요한 기여를 할 것"이라고 밝혔습니다.

한편, 이번 연구는 DGIST 기관고유사업, 경북대학교 탄소중립 지능형 에너지시스템 지역혁신 선도연구센터, 성림첨단산업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 성과는 2025년 국내 특허 등록 및 미국 출원과 함께 금속 재료 분야의 저명한 국제 학술지 Journal of Alloys and Compounds에 게재됐습니다.