현대 전기차와 하이브리드 자동차의 구동 모터에는 강력한 자기적 성능을 갖춘 영구자석이 필수적으로 사용됩니다. 하지만 기존에는 고가의 중희토류를 합금화하는 방식을 택했기에 자석의 잔류자화가 감소하는 고질적인 문제가 뒤따랐습니다. 이를 보완하고자 2006년에는 중희토류를 자석의 입계를 따라 확산시키는 입계 확산 기술이 개발되어 효율을 높였으나, 현재는 이 방식 또한 기술적 한계에 봉착한 상태입니다. 따라서 중희토류의 사용량을 획기적으로 줄이거나 완전히 배제하면서도 세계 최고의 성능을 유지할 수 있는 새로운 차원의 소재 기술이 절실히 요구되고 있습니다.

중희토류 사용량을 극한 수준으로 낮추거나 완전히 배제하기 위해서는 기존의 방식을 뛰어넘는 새로운 관점에서의 연구 개발이 필요했습니다.

한국재료연구원은 기존의 학계가 믿어왔던 고상 확산 이론 대신, 독특한 입계 이동 현상인 화학적 유도 입계 이동(CIGM)이 중희토류 쉘 형성에 관여한다는 사실을 세계 최초로 규명해냈습니다. 열역학적 시뮬레이션을 통해 분석한 결과, CIGM 현상이 발생하면 중희토류 쉘이 불필요하게 두껍게 형성되어 확산 깊이가 얕아지는 부작용이 있음이 밝혀졌습니다. 연구진은 이러한 메커니즘의 근본적인 원인을 파악함으로써 중희토류를 사용하지 않고도 높은 보자력을 구현할 수 있는 공정 설계의 영감을 얻었으며, 이는 기존의 입계 확산 공정의 패러다임을 바꾸는 중요한 전환점이 되었습니다.

연구팀은 1차 공정에서 탄탈럼-불화물을 사용하고 2차로 프라세오디뮴을 적용해 보자력을 구현한 데 이어, 지르코늄과 타이타늄 등 새로운 합금을 개발하여 공정의 효율을 극대화했습니다. 그 결과 중희토류를 전혀 사용하지 않고도 2.5 테슬라에 달하는 세계 최고 수준의 보자력을 제어하는 데 성공하는 쾌거를 거두었습니다. 이 혁신적인 기술은 값비싼 자재 의존도를 낮추고 대한민국 영구자석 산업의 기술 경쟁력을 세계 무대에서 입증하는 계기가 되었으며, 향후 친환경 자동차 산업의 성장을 뒷받침할 핵심적인 소재 기반을 마련한 것으로 평가받습니다.