희토류 자석 대체 가능성이 발견되었습니다 - 불산 광산 연구소 그룹 유한 회사

케임브리지 대학 연구진은 오스트리아 동료들과 협력하여 운석에서 자연적으로 생성되는 데 수백만 년이 걸리는 '우주 자석'인 테트라타에나이트(tetrataenite)가 희토류 자석 대신 잠재적으로 사용될 수 있음을 발견했습니다.

이전에는 실험실에서 테트라타에나이트를 만들려는 시도가 극단적이고 비실용적인 방법에 의존해 왔지만, 이는 연구자가 공통 원소인 인을 사용함에 따라 바뀔 예정입니다. 인을 사용하면 특별한 처리나 값비싼 기술 없이 인공적으로 대규모로 테트라타에나이트를 생산할 가능성이 있습니다.

'벌크 합금 주조에서 하드자성 테트라타에나이트의 직접 형성'이라는 제목의 기사가 Advanced Science 저널에 게재되었습니다. 캠브리지 엔터프라이즈(Cambridge Enterprise), 대학의 상용화 부서 및 오스트리아 과학 아카데미(Austrian Academy of Sciences)는 이 기술에 대한 특허 출원을 제출했습니다.

탄소 제로 경제를 구축하려면 고성능 자석의 공급이 필요합니다. 현재 시중에 판매되는 최고의 영구 자석에는 이름에도 불구하고 지각에 풍부하게 존재하는 희토류 원소가 포함되어 있습니다.

그러나 희토류 생산의 대부분을 중국이 장악하고 있어 안정적인 희토류 공급 확보에 문제가 있다. 2017년 전 세계 희토류의 81%가 중국에서 조달된 것으로 보고되었습니다. 호주 등 REE를 채굴하는 다른 국가도 있지만 중국과의 지정학적 긴장이 고조되면서 현재의 희토류 공급이 위험에 처할 수 있습니다.

케임브리지 재료과학 및 야금학과의 Lindsay Greer 교수는 다음과 같이 말했습니다. "희토류 매장지는 다른 곳에도 존재하지만, 소량의 희토류를 얻으려면 엄청난 양의 물질을 추출해야 하기 때문에 채굴 작업은 매우 파괴적입니다.

"환경에 미치는 영향과 중국에 대한 과도한 의존 사이에서 희토류를 필요로 하지 않는 대체 재료에 대한 긴급 검색이 이루어졌습니다."

영구 자석의 가장 유망한 대안 중 하나는 규칙적인 원자 구조를 가진 철-니켈 합금인 테트라타에나이트(tetrataenite)입니다. 이 물질은 운석이 천천히 냉각되면서 수백만 년에 걸쳐 형성됩니다. 이는 철과 니켈 원자가 결정 구조 내에서 특정 적층 순서로 정렬될 수 있는 충분한 시간을 제공하여 희토류 자석과 유사한 자기 특성을 갖는 재료를 생성합니다.

1960년대에 테트라타에나이트는 철-니켈 합금에 중성자를 분사하여 인위적으로 형성되었으며, 이를 통해 원자가 원하는 순서대로 쌓인 구조를 형성할 수 있었습니다. 그러나 이 기술은 대량생산에는 적합하지 않다.

연구를 이끈 Greer는 "그 이후로 과학자들은 질서정연한 구조를 얻는 데 매료되었지만 항상 아주 먼 일처럼 느껴졌습니다."라고 말했습니다.

수년에 걸쳐 많은 과학자들이 산업적 규모로 테트라타에나이트를 만들려고 시도했지만 이는 불가능했습니다.

이제 오스트리아 과학 아카데미의 Greer와 그의 동료들, 그리고 Leoben의 Montanuniversität는 이러한 극단적인 방법을 피하는 잠재적인 대안을 발견했습니다.

연구팀은 운석에 존재하는 소량의 인을 함유한 철-니켈 합금의 기계적 특성을 연구했습니다. 이들 물질 내부에는 수상돌기(dendrites)라 불리는 예상되는 나무와 같은 성장 구조를 나타내는 위상 패턴이 있었습니다.

"대부분의 사람들에게는 거기서 끝났을 것입니다. 수상돌기에서 볼 수 있는 흥미로운 것은 없었습니다. 그러나 자세히 살펴보면 질서 있는 원자 구조를 나타내는 흥미로운 회절 패턴을 보았습니다"라고 제1저자 유리 이바노프(Yurii Ivanov) 박사는 말했습니다. 케임브리지에서 근무했으며 현재 제노바에 있는 이탈리아 공과대학에서 근무하고 있습니다.

초기에 테트라타에나이트의 회절 패턴은 철-니켈 합금에서 예상되는 구조, 즉 고성능 자석으로는 관심이 없는 무질서한 결정처럼 보입니다. Ivanov의 면밀한 조사 결과 tetrataenite가 확인되었습니다.