내부립자상을 가진 Nd₂Fe₁₄B/α-Fe나노복합재료의 미세자기특성연구

영구자성재료들은 전동기, 발전기, 가정용품에서 필수적인 기능성재료이다.

경자성, 연자성나노복합물의 자기특성은 미세구조에 의존한다. 물리적방법으로 제조된 내부립자상을 가진 경자성, 연자성나노복합물은 자기적성질을 더 높일수 있는것으로 하여 과학계의 흥미를 끌고있다.

최근 우리 연구집단은 립자간위상을 가진 등방성 Nd₂Fe₁₄B/α-Fe나노복합재료의 미세자기특성에 대한 모의계산실험을 진행하였다. 모의에 리용된 계산모형은 그림 1과 같다.

그림 1. α-Fe 내부립자상을 가진 등방성 Nd₂Fe₁₄B/α-Fe나노복합재료의 미세자기모형

모의결과는 계의 자기적성능이 Nd₂Fe₁₄B립자의 크기와 α-Fe상의 두께에 크게 의존한다는것을 보여준다.

그림 2. α-Fe상의 각이한 두께(5~20nm)에서 Nd-Fe-B립자의 크기에 따르는 보자력(왼쪽)과 잔류자화(중간), 에네르기적(오른쪽)의 변화

경자성 Nd-Fe-B와 연자성 α-Fe사이의 강한 교환결합으로 인하여 잔류자기는 포화자화의 영향을 강하게 받는다.

그림 3. α-Fe상의 두께(5nm, 10nm)에 따르는 Nd-Fe-B립자들의 자화리력곡선

그림 4에서 10nm의 α-Fe와 50nm의 Nd-Fe-B에 대하여 외부자기마당이 감소함에 따라 경자성/연자성상나노복합체계에서 거꿀전환은 계의 겉면에 자리잡고있는 α-Fe상과 함께 제일 먼저 일어나고 그 다음 표면으로부터 내부립자상을 따라 내부로 그리고 나중에는 Nd-Fe-B립자들로 진행된다는것을 보여준다.

그림 4. 10nm α-Fe와 50nm Nd-Fe-B를 가진 나노복합재료의 자화반전특성

모의는 내부립자사이 연자성상을 가진 고성능등방성 Nd₂Fe₁₄B/α-Fe나노복합재료자석의 제조에 기여할것으로 예상된다.

우리의 연구결과들은 잡지 《AIP Advances》에 《Micromagnetic study on Nd₂Fe₁₄B/α-Fe nanocomposite with inter-granular phase》(https://doi.org/10.1063/5.0151976)의 제목으로 발표되였다.