283 0

Studies on the Development of Low-dimensional Magnetic Nanoarchitectures with Exchange-coupling Interaction

Title
Studies on the Development of Low-dimensional Magnetic Nanoarchitectures with Exchange-coupling Interaction
Author
이지민
Alternative Author(s)
이지민
Advisor(s)
좌용호
Issue Date
2021. 2
Publisher
한양대학교
Degree
Doctor
Abstract
1984년 네오디뮴 자석(Nd-Fe-B)의 발견을 시작으로, 오늘날까지도 고성능 자석의 제조를 위한 희토류 영구자석 연구는 집약적으로 발전되어왔다. 특히 최근 미래형 자동차 시장의 강세는 하이브리드 자동차 및 전기자동차 산업의 급격한 성장을 불러 일으켰고, 이에 따라 차체 내 구동모터로 응용되는 영구자석의 고효율화와 고에너지밀도화를 위한 연구가 근 10년 동안 활발히 이루어지고 있다. 하지만 소재 자체가 갖는 근본적인 물성 한계로 인해 특성 향상에는 제약이 따랐고, 이를 기술로서 극복하고자 하는 노력이 시도되고 있다. 본 연구에서는 기존 자성 재료의 성능을 능가하는 신(新)자성 물질 창제를 위해 나노 기술을 기초로 하는 혁신적인 자성 소자의 제작 기술 및 이들의 미세조직과 자기적 특성에 관한 연구를 진행하였다. ‘한계성능을 극복하는 저차원 나노 구조 기반 고성능 자석 구현’을 목표로, 일차원(one-dimensional)의 나노 구조를 갖는 자성 모델을 제시함으로써 현 자성 소자 제조 기술을 혁신하고자 하였다. 본 학위논문은 총 5개의 장으로 구성되어 있다. 제1장에서는 나노 영구자석 제조 기술과 관련된 다양한 배경지식을 소개하였다. 특히 희토류 기반 영구자석의 상향식 제조 기술(bottom-up approach)에 대해 집중적으로 다루었고, 현 영구자석 시장 및 앞으로의 전망을 통해 고성능 자성 소자 제조 기술의 의의와 필요성 및 발전 방향을 고찰하였다. 제2장에서는 저차원 나노 자성 소자 제작을 위해 전기방사공정(electrospinning)을 도입하였고, 전구체의 조성이나 열처리 조건과 같은 공정 변수를 제어함으로써 단일상의 일차원 희토류 자성 섬유를 수득할 수 있는 조건 최적화 연구를 보였다. 더불어 기존의 수세 공정을 개선함으로써 이론적 물성치의 95.5%에 달하는 자기적 특성을 얻었으며, 기존에 보고된 소재와 비교하여 향상된 포화자화(saturation magnetization) 및 우수한 보자력(coercivity)을 확인하였다. 제3장에서는 제2장으로부터 얻어진 희토류 자성 나노 섬유를 기반으로, 주원소인 코발트(Co)의 일부를 철(Fe) 또는 구리(Cu)로 대체하여 제작된 자성상의 미세구조 및 자기적 특성 변화 연구를 수행하였다. 지구상 풍부한 원소인 Fe를 적용할 경우, 연자성상이 미세조직 내에 작은 분율로 형성되며 경-연자성상 간 효과적인 교환자기결합 효과를 통해 포화 자화, 보자력 및 최대 자기 에너지적의 모든 면에서 자기적 물성이 향상되는 결과를 얻었다. 또한 Cu를 적용할 경우, 자성상 형성 온도를 크게 낮춤으로써 에너지적으로 안정하면서도 기존에 보고된 소재의 보자력 값을 뛰어넘는 우수한 자성상을 제작할 수 있었고 이를 기반으로 기존 자성재료의 성능을 능가하는 신자성소재 제조의 가능성을 제시하였다. 제4장에서는 현 자성소재 연구에서 주목받고 있는 경-연자성상 복합 나노 자석의 구현을 위해, 장외(ex-situ) 및 장내(in-situ)의 두 가지 제조 접근법을 제시하였다. 제2장으로부터 얻어진 희토류 자성 나노 섬유를 기반으로 하여 연자성상의 무전해도금을 통해 제작된 코어-쉘(core-shell) 형태의 경-연자성상 연구에서, 구형 분말과 비교하여 섬유 구조가 균일한 도금 및 교환자기결합효과 구현에 유리한 구조임을 확인하였다. 허나 ex-situ 제조 공정 중 5단계 이상의 복잡한 도금 절차 및 강산·강염기의 촉매 용액 사용에 따른 모상의 손상을 최소화하고자, 전구체 용액(precursor solution) 내 금속 이온의 함량비를 조절함으로써 손쉽게 경-연자성 복합상을 제조할 수 있는 in-situ 합성법을 제시하였고 연자성상의 종류에 따른 교환자기결합 기초 연구결과를 보였다. 마지막으로 5장에서는 전반적인 내용 및 본 논문에서 시사하는 바를 정리하였다.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/159285http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000485734
Appears in Collections:
GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > MATERIALS SCIENCE AND CHEMICAL ENGINEERING(재료화학공학과) > Theses(Ph.D.)
Files in This Item:
There are no files associated with this item.
Export
RIS (EndNote)
XLS (Excel)
XML


qrcode

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

BROWSE