물리학

코로나19(COVID-19) 대유행은 자석 제조에 사용되는 재료를 포함하여 많은 재료의 공급망에 렌치를 던졌습니다. 자석은 컴퓨터 하드 디스크 드라이브부터 자기 공명 영상 스캐너에 이르는 기술에서 중요한 구성 요소입니다. 이러한 혼란을 피하기 위해 연구자들은 자성 물질을 공급하는 대체 방법을 모색하고 있습니다. 스페인 IMDEA Nanoscience의 Daniel Casaleiz는 최근 온라인과 1월 뉴올리언스에서 열린 2022 MMM(Joint Magnetism and Magnetic Materials) - Intermag 컨퍼런스에서 그러한 방법 중 하나의 세부 사항을 공유했습니다.

Casaleiz와 그의 동료들은 세계에서 가장 일반적으로 생산되는 자석 유형인 상업용 페라이트 자석 제조 시 남은 페라이트 잔류물을 재활용하는 방법을 개발했습니다. 먼저, 팀은 스페인의 자석 생산 회사로부터 스트론튬 페라이트 폐기물을 수집합니다. 그런 다음 폐기물을 서브마이크로미터 크기의 입자로 분쇄하고 분말을 1000°C로 가열한 후 하소를 거치는데, 이는 재료의 미세 구조와 자기 특성을 최적화하는 과정입니다. 이 처리된 분말의 자기 특성을 측정한 결과, 팀은 보자력(자기화 변화에 대한 자성 물질의 저항을 측정하는 척도)이 3.5배 증가하고 원래 잔류물보다 25% 더 우수한 특성을 가지고 있음을 발견했습니다. 잔류성(잔류 자화)이 증가합니다.

이 분말은 일반 페라이트 자석으로 재처리하기 위해 회사로 반환될 수 있습니다. Casaleiz와 그의 동료들은 또한 이전에 재활용 재료를 사용하여 수행된 적이 없었던 자석의 3D 프린팅을 위한 페라이트-폴리머 복합물을 만드는 데 사용할 수 있음을 보여주었습니다. 3D 프린팅은 기존 자석 제조 기술에 비해 더 낮은 온도에서 자석을 만들 수 있어 에너지 비용이 절감되고 훨씬 더 다양한 모양으로 인쇄할 수 있다는 장점이 있습니다.

3D 프린팅을 위해 팀은 분말을 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌이라는 폴리머와 혼합한 다음 혼합물을 긴 필라멘트로 압출합니다. 이 필라멘트는 3D 프린터에 공급되어 표면에 증착되기 전에 약간 가열됩니다. 이 방법을 사용하여 팀은 육각형과 고리부터 복잡한 패턴의 원통에 이르기까지 다양한 물체를 인쇄했으며, 모두 원래 분말의 자기 특성을 유지합니다.

Casaleiz는 그와 그의 동료들이 만든 재활용 3D 프린팅 자석이 전기 자동차에서 가전 제품에 이르기까지 다양한 기술에 사용될 수 있다고 말합니다. 그는 또한 이러한 페라이트 기반 자석이 채굴이 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 네오디뮴으로 만든 자석과 같은 희토류 자석을 대체하는 데 도움이 될 수 있다고 생각합니다. 페라이트 기반 자석은 일반적으로 희토류 자석보다 강도가 낮지만 Casaleiz는 페라이트 자석에는 다른 기능적 장점이 있다고 지적합니다. 예를 들어, 화학적으로 불활성이므로 코팅 없이도 부식에 강합니다. 또한 "더 지속 가능하며 이를 만드는 데 사용되는 재료를 더 쉽게 구할 수 있습니다"라고 그는 말합니다.

– 캐서린 라이트

Katherine Wright는 Physics Magazine의 부편집장입니다.

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