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N극과 S극 마음대로 바꾸는 스마트 자석 소재 나왔다

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N극과 S극 마음대로 바꾸는 스마트 자석 소재 나왔다

2020.08.03 12:00
자성 스마트 소재가 자기장을 인가하자 스스로 접히고 있다. UNIST 제공
자성 스마트 소재가 자기장을 인가하자 스스로 접히고 있다. UNIST 제공

자성 스마트 소재의 모양을 다양하게 만들 수 있는 기술이 개발됐다. 자성 스마트 소재는 자기장을 감지해 이에 반응하는 소재로 모양이 변하거나 점도 등이 달라진다. 


울산과학기술원(UNIST)은 김지윤 신소재공학부 교수와 권민상 서울대 재료공학부 교수 연구팀이 ‘자화 형태’를 바꿀 수 있는 자성 스마트 소재를 개발했다고 3일 밝혔다. 


자화는 자석이 아닌 물체가 자석의 성질의 가지게 되는 것을 뜻한다. 자석 입자의 배열과 모양에 따라 자화 형태가 변한다. 자성 스마트 소재는 이렇게 변한 자화 형태와 외부 자기장 간 상호작용을 통해 움직인다. 자화 형태에 변화를 주면 자성 스마트 소재도 변하게 되는 것이다. 


하지만 자화 형태는 소재 내부에 만들어져 한번 고정되면 바꾸기 쉽지 않다. 이런 이유로 움직임을 원격으로 제어할 수 있고, 외부 자극에 빠르게 반응하는 장점을 가진 자성 스마트 소재가 상용화되지 못하고 있다.


연구팀은 온도에 따라 상태가 바뀌는 물질을 개발해 이런 문제를 해결했다. 연구팀이 개발한 소재는 자석입자와 상변화 물질(PEG)이 혼합된 마이크로미터(100만 분의 1m) 크기의 알갱이가 고분자 기질에 박혀 있는 구조다. 상변화 물질은 물질이 고체에서 액체, 액체에서 고체 등 하나의 상태에서 다른 상태로 변하는 일종의 물리적 변화과정을 통해 열을 축적하거나 저장한 열을 방출하는 물질을 뜻한다. 


이 물질은 섭씨 58도를 기준으로 자성 특성이 변한다. 58도 이상 열을 가하면 물질이 고체에서 액체로 상변화를 일으킨다. 액체가 된 물질 덕분에 자성 입자는 물리적으로 쉽게 움직일 수 있다. 자화 형태에 쉽게 변화를 줄 수 있는 상태가 되는 것이다. 58도 이하로 냉각되면 자성 입자의 움직임이 불가능하게 된다. 얼음 속에 있는 구슬은 단단히 고정되지만 물 속에서는 자유롭게 움직이는 것과 같다. 자화 형태를 여러 번 반복해서 바꾸는 것도 가능하다는 게 연구팀의 설명이다. 


김 교수는 “자성 입자나 고분자 기질의 고유 특성을 바꾸지 않으면서도 쉽게 자화 형태 재설계가 가능한 소재를 개발했다”며 “이번에 개발된 소재는 유연성도 갖춰 의공학, 유연 전기소자, 소프트 로봇 등 가변 구조형 스마트 소재가 필요한 다양한 분야에서 중요한 역할을 할 것”이라고 밝혔다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘나노 레터스’ 지난달 8일자에 발표됐다.

 

동영상 현미경으로 촬영한 온도별 물질 내부 구조와 자화 형태 재입력 과정. UNIST 제공

 

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