KR102125168B1 - Hybrid magnetic fiber and fabricating method of the same - Google Patents
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Abstract
하이브리드 자성 섬유 제조방법이 제공된다. 상기 하이브리드 자성 섬유 제조방법은, 희토류 원소를 포함하는 제1 소스 물질, 및 전이금속 원소를 포함하는 제2 소스 물질을 포함하는 소스 용액을 준비하는 단계, 상기 소스 용액을 전기 방사하여, 희토류 산화물 및 전이금속 산화물을 포함하는 예비 하이브리드 자성 섬유를 형성하는 단계, 및 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 환원시켜, 상기 희토류 원소 및 상기 전이금속 원소의 화합물을 포함하는 자성 결정(magnetic crystal), 및 상기 전이금속 원소를 포함하는 자성 경계층(magnetic boundary layer)을 포함하는 하이브리드 자성 섬유를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. A method of manufacturing a hybrid magnetic fiber is provided. The hybrid magnetic fiber manufacturing method comprises the steps of preparing a source solution comprising a first source material comprising a rare earth element, and a second source material comprising a transition metal element, by electrospinning the source solution to form a rare earth oxide and Forming a preliminary hybrid magnetic fiber comprising a transition metal oxide, and reducing the preliminary hybrid magnetic fiber to form a magnetic crystal comprising a compound of the rare earth element and the transition metal element, and the transition metal element And forming a hybrid magnetic fiber including a magnetic boundary layer.
Description
본 발명은 하이브리드 자성 섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 경자성 및 연자성을 모두 포함하는 하이브리드 자성 섬유 및 그 제조방법에 관련된 것이다. The present invention relates to a hybrid magnetic fiber and a method for manufacturing the same, and relates to a hybrid magnetic fiber including both hard and soft magnetic materials and a method for manufacturing the same.
전기 전자 및 모터 산업에 폭넓게 응용되는 경자성체 영구자석은 크게 희토류계와 페라이트(ferrite), 알니코 등의 비희토류계 자석으로 구분된다. 희토류계 자석은 희토류계 금속과 전이금속 간 화합물을 지칭하며 비희토류계 영구자석에 비해 최대 자기에너지적((BH)max) 값이 월등히 뛰어나 최근 전자 제품의 경량화, 초소형화, 고성능화에 발맞춰 필수불가결하게 사용되는 재료이다. 하지만, 희토류계 금속 가격의 상승 및 희토류 자원분포 불균형에 의해, 현재 희토류 저감 또는 비희토류계 자석 합성, 대체 영구자석 합성 연구가 시도되고 있다. Permanent magnets, which are widely used in the electric, electronic and motor industries, are broadly classified into rare earth magnets and non-rare earth magnets such as ferrite and alnico. Rare earth magnets refer to compounds between rare earth metals and transition metals, and the maximum magnetic energy ((BH)max) value is superior to that of non-rare earth permanent magnets, so it is essential to keep pace with the recent weight reduction, miniaturization, and high performance of electronic products. It is an indispensable material. However, due to the increase in the price of rare earth metals and the imbalance in the distribution of rare earth resources, studies on rare earth reduction or non-rare earth magnet synthesis and alternative permanent magnet synthesis are currently being attempted.
예를 들어, 대한민국 특허 공개 번호 10-2017-0108468(출원번호: 10-2016-0032417, 출원인: 연세대학교 산학협력단)에는, 기판, 및 상기 기판 상에 형성되고, Bi 박막층 및 Mn 박막층으로 이루어진 적층 단위를 적어도 2회 이상 반복 적층 및 열처리한 박막 적층체를 포함하는 보자력이 향상된 비희토류 영구자석 및 이의 제조방법이 개시되어 있다. For example, in the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0108468 (application number: 10-2016-0032417, applicant: Yonsei University Industry-University Cooperation Foundation), a substrate, and formed on the substrate, a Bi thin film layer and a Mn thin film layer laminated Disclosed is a non-rare permanent magnet with improved coercive force, comprising a thin film laminate obtained by repeatedly laminating and heat-treating units at least twice or more, and a method for manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 보자력 및 포화자화가 향상된 하이브리드 자성 섬유 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다. One technical problem to be solved by the present invention is to provide a hybrid magnetic fiber with improved coercive force and saturation magnetization and a method for manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 최대 자기에너지적값이 향상된 하이브리드 자성 섬유 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a hybrid magnetic fiber having an improved maximum magnetic energy value and a method for manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 희토류의 사용량이 감소된 하이브리드 자성 섬유 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a hybrid magnetic fiber having a reduced amount of rare earth and a method for manufacturing the same.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 하이브리드 자성 섬유 제조방법을 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a hybrid magnetic fiber manufacturing method.
일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 자성 섬유 제조방법은 희토류 원소를 포함하는 제1 소스 물질, 및 전이금속 원소를 포함하는 제2 소스 물질을 포함하는 소스 용액을 제조하는 단계, 상기 소스 용액을 전기 방사하여, 희토류 산화물 및 전이금속 산화물을 포함하는 예비 하이브리드 자성 섬유를 형성하는 단계, 및 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 환원시켜, 상기 희토류 원소 및 상기 전이금속 원소의 화합물을 포함하는 자성 결정(magnetic crystal), 및 상기 전이금속 원소를 포함하는 자성 경계층(magnetic boundary layer)을 포함하는 하이브리드 자성 섬유를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the hybrid magnetic fiber manufacturing method comprises the steps of preparing a source solution comprising a first source material comprising a rare earth element, and a second source material comprising a transition metal element, electrospinning the source solution By forming a pre-hybrid magnetic fiber comprising a rare earth oxide and a transition metal oxide, and reducing the pre-hybrid magnetic fiber, a magnetic crystal comprising a compound of the rare earth element and the transition metal element, And forming a hybrid magnetic fiber including a magnetic boundary layer including the transition metal element.
일 실시 예에 따르면, 상기 자성 결정은 경자성(hard-magnetic) 특성을 갖고, 상기 자성 경계층은 연자성(soft-magnetic) 특성을 갖는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the magnetic crystal may have a hard-magnetic property, and the magnetic boundary layer may include a soft-magnetic property.
일 실시 예에 따르면, 상기 자성 경계층은, 상기 자성 결정의 자화 거동을 따르는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the magnetic boundary layer may include following the magnetization behavior of the magnetic crystal.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율은, 9.290 at% 초과 10.562 at% 미만인 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the mole fraction of the rare earth element in the source solution may include more than 9.290 at% and less than 10.562 at%.
일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 자성 섬유 형성 단계는, 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 환원제와 혼합하는 단계, 상기 환원제와 혼합된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 열처리하는 단계, 및 열처리된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를, 세척 용액으로 세척하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the hybrid magnetic fiber forming step, mixing the preliminary hybrid magnetic fiber with a reducing agent, heat-treating the preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent, and heat-treated the preliminary hybrid magnetic fiber , Washing with a washing solution.
일 실시 예에 따르면, 상기 환원제와 혼합된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유는, 500℃ 초과 800℃ 미만의 온도에서 열처리 되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent may include heat treatment at a temperature of more than 500°C and less than 800°C.
일 실시 예에 따르면, 상기 환원제는, 칼슘(Ca)을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the reducing agent may include calcium (Ca).
일 실시 예에 따르면, 상기 세척 용액은, 염화암모늄(NH4Cl), 및 메탄올(CH3OH) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the washing solution may include at least one of ammonium chloride (NH 4 Cl), and methanol (CH 3 OH).
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액은, 금속을 포함하는 결정화 소스, 및 고분자를 포함하는 점성 소스를 더 포함할 수 있다. According to one embodiment, the source solution may further include a crystallization source comprising a metal, and a viscous source comprising a polymer.
일 실시 예에 따르면, 상기 희토류 원소는, La, Ce, Pr, Nd, Sm, 또는 Gd 중 어느 하나를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the rare earth element may include any one of La, Ce, Pr, Nd, Sm, or Gd.
일 실시 예에 따르면, 상기 전이금속 원소는, Fe, Co, 또는 Ni 중 어느 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the transition metal element may include any one of Fe, Co, or Ni.
상술된 기술적 과제들을 해결하기 위해 본 발명은 하이브리드 자성 섬유를 제공한다. In order to solve the above technical problems, the present invention provides a hybrid magnetic fiber.
일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 자성 섬유는, 희토류 원소, 및 전이금속 원소의 화합물을 포함하는 복수의 자성 결정(magnetic crystal), 및 서로 인접한 상기 자성 결정 사이에 배치되어, 상기 자성 결정을 둘러싸고, 상기 전이금속 원소를 포함하는 자성 경계층(magnetic boundary layer)을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the hybrid magnetic fiber is disposed between a plurality of magnetic crystals including a compound of a rare earth element and a transition metal element, and the magnetic crystals adjacent to each other to surround the magnetic crystal, It may include a magnetic boundary layer (magnetic boundary layer) containing the transition metal element.
일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 자성 섬유 내에서, 상기 자성 경계층의 부피 분율은, 0 vol% 초과 10 vol% 미만인 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, in the hybrid magnetic fiber, the volume fraction of the magnetic boundary layer may include more than 0 vol% and less than 10 vol%.
일 실시 예에 따르면, 상기 자성 결정은 경자성 특성을 갖고, 상기 자성 경계층은 연자성 특성을 가지며, 상기 자성 경계층은, 상기 자성 결정의 자화 거동을 따르는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the magnetic crystal has hard magnetic properties, the magnetic boundary layer has soft magnetic properties, and the magnetic boundary layer may include following the magnetization behavior of the magnetic crystal.
본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조방법은, 희토류 원소를 포함하는 제1 소스 물질, 및 전이금속 원소를 포함하는 제2 소스 물질을 포함하는 소스 용액을 준비하는 단계, 상기 소스 용액을 전기 방사하여, 희토류 산화물 및 전이금속 산화물을 포함하는 예비 하이브리드 자성 섬유를 형성하는 단계, 및 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 환원시켜, 상기 희토류 원소 및 상기 전이금속 원소의 화합물을 포함하고, 경자성 특성을 갖는 자성 결정(magnetic crystal), 및 상기 전이금속 원소를 포함하고 연자성 특성을 갖는 자성 경계층(magnetic boundary layer)을 포함하는 하이브리드 자성 섬유를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. Method of manufacturing a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention, preparing a source solution comprising a first source material containing a rare earth element, and a second source material containing a transition metal element, the source solution Electrospinning to form a preliminary hybrid magnetic fiber comprising a rare earth oxide and a transition metal oxide, and reducing the preliminary hybrid magnetic fiber to include a compound of the rare earth element and the transition metal element, and hard magnetic properties. And forming a hybrid magnetic fiber including a magnetic crystal having a magnetic crystal layer, and a magnetic boundary layer having soft magnetic properties.
또한, 상기 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조방법은, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율을 제어함에 따라, 상기 하이브리드 자성 섬유 내의 상기 자성 경계층의 부피 분율이 제어되고, 결과적으로 상기 자성 결정 및 상기 자성 경계층 사이에 자기교환결합 효과를 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 높은 보자력(coercivity)을 유지하면서도 포화자화(saturation magnetization)이 증가되고, 더 나아가 최대 자기에너지적((BH)max) 값이 향상되어, 우수한 자기적 특성을 나타내는 하이브리드 자성 섬유가 제공될 수 있다. In addition, in the method of manufacturing the hybrid magnetic fiber according to the embodiment, as the molar fraction of the rare earth element in the source solution is controlled, the volume fraction of the magnetic boundary layer in the hybrid magnetic fiber is controlled, resulting in the magnetic determination And a self-exchange coupling effect between the magnetic boundary layers. Accordingly, while maintaining high coercivity, saturation magnetization is increased, and further, the maximum magnetic energy ((BH)max) value is improved, thereby providing a hybrid magnetic fiber exhibiting excellent magnetic properties. Can be.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조방법 중 하이브리드 자성 섬유 형성 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조공정을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유를 나타내는 도면이다.
도 5는 연자성 및 경자성 물질의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6은 연자성 및 경자성 물질 사이에 자기교환결합 효과가 나타낸 경우의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 촬영한 사진이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 제조하는 과정에서 열처리되는 온도에 따른 특성을 비교하는 사진이다.
도 12는 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 세척하는 과정에서, 세척 용액의 영향을 비교하는 사진이다.
도 13은 본 발명의 실시 예 2에 따른 하이브리드 자성 섬유를 촬영한 사진이다.
도 14는 Sm-Co 2성분계 시스템을 나타내는 그래프이다.
도 15는 소스 용액이 포함하는 희토류 원소의 몰 분율이, 본 발명의 실시 예 2에 따른 하이브리드 자성 섬유의 구조에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 16 및 도 17은 소스 용액이 포함하는 희토류 원소의 몰 분율이, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 구조에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 18은 자기교환결합 효과가 발생되지 않은 본 발명의 비교 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 19는 자성 경계층의 부피 분율이, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 자성 특성에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 20은 자성 결정의 부피 분율이, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 잔류자화값에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 21은 자성 결정의 부피 분율이, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 최대 자기에너지적값에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 22 및 도 23은 자성 결정 및 자성 결정층의 부피 분율이 서로 다른, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유들의 Recoil 곡선 개형을 나타내는 그래프이다.
도 24는 자성 경계층의 부피 분율이 서로 다른, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유들의 Recoil susceptibility 값을 나타내는 그래프이다.
도 25 내지 도 27은 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 제조하는 과정에서 열처리되는 온도에 따른 특성을 비교하는 그래프이다.
도 28은 희토류 산화물의 열처리 온도에 따른 특성 변화를 나타내는 그래프이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart specifically explaining the hybrid magnetic fiber forming step of the method of manufacturing a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a manufacturing process of a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the properties of soft and hard magnetic materials.
Figure 6 is a graph showing the characteristics of the case where the self-exchange coupling effect between soft and hard magnetic materials is shown.
7 and 8 are photographs of hybrid magnetic fibers according to Example 1 of the present invention.
9 to 11 is a photograph comparing the characteristics according to the temperature of the heat treatment in the process of manufacturing a hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
12 is a photograph comparing the effect of the washing solution in the process of washing the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
13 is a photograph of a hybrid magnetic fiber according to Example 2 of the present invention.
14 is a graph showing the Sm-Co two-component system.
15 is a graph showing the effect of the molar fraction of rare earth elements contained in the source solution on the structure of the hybrid magnetic fiber according to Example 2 of the present invention.
16 and 17 are graphs showing the effect of the molar fraction of rare earth elements included in the source solution on the structure of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
18 is a graph showing the properties of a hybrid magnetic fiber according to a comparative example of the present invention in which no self-exchange coupling effect occurs.
19 is a graph showing the effect of the volume fraction of the magnetic boundary layer on the magnetic properties of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
20 is a graph showing the effect of the volume fraction of magnetic crystals on the residual magnetization value of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
21 is a graph showing the effect of the volume fraction of magnetic crystals on the maximum magnetic energy value of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
22 and 23 are graphs showing reformation of the Recoil curve of hybrid magnetic fibers according to Example 1 of the present invention, in which the volume fractions of the magnetic crystals and the magnetic crystal layers are different.
24 is a graph showing Recoil susceptibility values of hybrid magnetic fibers according to Example 1 of the present invention having different volume fractions of the magnetic boundary layer.
25 to 27 are graphs comparing characteristics according to temperature to be heat-treated in the process of manufacturing a hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
28 is a graph showing changes in properties according to the heat treatment temperature of the rare earth oxide.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed contents are thorough and complete and that the spirit of the present invention is sufficiently conveyed to those skilled in the art.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In the present specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on another component, or a third component may be interposed between them. In addition, in the drawings, the thickness of the films and regions are exaggerated for effective description of the technical content.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. Therefore, what is referred to as the first component in one embodiment may be referred to as the second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. In addition, in this specification,'and/or' is used to mean including at least one of the components listed before and after.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.In the specification, a singular expression includes a plural expression unless the context clearly indicates otherwise. Also, terms such as “include” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, elements, or combinations thereof described in the specification, and one or more other features, numbers, steps, or configurations. It should not be understood as excluding the possibility or presence of elements or combinations thereof. In addition, in this specification, "connecting" is used in a sense to include both indirectly connecting a plurality of components, and directly connecting.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조방법을 설명하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조방법 중 하이브리드 자성 섬유 형성 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조공정을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유를 나타내는 도면이다. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart illustrating a step of specifically forming a hybrid magnetic fiber among the methods of manufacturing a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention 3 is a view showing a manufacturing process of a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a view showing a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 제1 소스 물질 및 제2 소스 물질을 포함하는 소스 용액이 준비될 수 있다(S100). 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 소스 물질은 희토류(rare-earth) 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 희토류 원소는, La, Ce, Pr, Nd, Sm, 또는 Gd 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 소스 물질은 전이금속(transition-metal) 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전이금속 원소는, Fe, Co, 또는 Ni 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 1 to 4, a source solution including a first source material and a second source material may be prepared (S100 ). According to one embodiment, the first source material may include a rare-earth element. For example, the rare earth element may include any one of La, Ce, Pr, Nd, Sm, or Gd. According to one embodiment, the second source material may include a transition-metal element. For example, the transition metal element may include any one of Fe, Co, or Ni.
상기 소스 용액은, 결정화 소스, 및 점성 소스를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 결정화 소스는, 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 금속은 구리(Cu), 지르코늄(Zr) 등과 같은 금속 수용성 염 일 수 있다. 상기 결정화 소스는, 후술되는 하이브리드 자성 섬유(100)의 결정화도를 향상시킬 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 점성 소스는, 고분자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자는 PVP(polyvinylpyrrolidone), PAN(Polyacrylonitrile), PVAC(Poly(vinyl acetate)), PVB(Polyvinylbutyral), PVA(Poly(vinyl alcohol)) 또는 PEO(Polyethylene oxide) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 점성 소스는, 상기 소스 용액에 점성을 부여하여, 후술되는 하이브리드 자성 섬유(100)의 직경을 제어할 수 있다. The source solution may further include a crystallization source and a viscous source. According to one embodiment, the crystallization source may include a metal. For example, the metal may be a metal water-soluble salt such as copper (Cu) or zirconium (Zr). The crystallization source can improve the crystallinity of the hybrid
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율(at %)이 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율은, 9.290 at% 초과 10.562 at% 미만으로 제어될 수 있다. 이 경우, 후술되는 하이브리드 자성 섬유(100)가 포함하는, 자성 결정(110) 및 자성 경계층(120) 사이에 자기교환결합 효과(exchange-coupling effect)가 발생될 수 있다. 또한, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율은, 10.156 at% 초과 10.562 at% 미만으로 제어될 수 있다. 이 경우, 후술되는 하이브리드 자성 섬유(100)가 포함하는, 자성 결정(110) 및 자성 경계층(120) 사이에서 발생되는 자기교환결합 효과가 최대값을 가질 수 있다. 보다 구체적인 설명은 후술된다. According to one embodiment, the mole fraction (at %) of the rare earth element in the source solution may be controlled. Specifically, the mole fraction of the rare earth element in the source solution may be controlled to be greater than 9.290 at% and less than 10.562 at%. In this case, an exchange-coupling effect may be generated between the
상기 소스 용액이 전기 방사되어, 예비 하이브리드 자성 섬유가 형성될 수 있다(S200). 상기 소스 용액이 전기 방사되어 형성된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유는, 희토류 산화물 및 전이금속 산화물을 포함할 수 있다.The source solution may be electrospinned to form a preliminary hybrid magnetic fiber (S200). The preliminary hybrid magnetic fiber formed by electrospinning the source solution may include a rare earth oxide and a transition metal oxide.
일 실시 예에 따르면, 상기 예비 하이브리드 자성 섬유 형성 단계는, 제1 예비 하이브리드 자성 섬유 형성 단계, 및 제2 예비 하이브리드 자성 섬유 형성 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유 형성 단계는, 상기 소스 용액을 전기 방사하는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유는, 상기 소스 용액의 고형 성분으로 이루어질 수 있다. 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유는, 수용성 금속염, 고분자 등을 포함할 수 있다. 상기 제2 예비 하이브리드 자성 섬유 형성 단계는, 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유를 하소하는 방법으로 수행될 수 있다. 즉, 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유를 열처리하여, 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유 내의 고분자를 포함한 유기물을 분해시키는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 제2 예비 하이브리드 자성 섬유는, 희토류 산화물, 전이금속 산화물, 희토류-전이금속이 모두 포함된 산화물을 포함할 수 있다.According to one embodiment, the preliminary hybrid magnetic fiber forming step may include a first preliminary hybrid magnetic fiber forming step, and a second preliminary hybrid magnetic fiber forming step. The first preliminary hybrid magnetic fiber forming step may be performed by a method of electrospinning the source solution. The first preliminary hybrid magnetic fiber may be formed of a solid component of the source solution. The first preliminary hybrid magnetic fiber may include a water-soluble metal salt, a polymer, and the like. The step of forming the second preliminary hybrid magnetic fiber may be performed by a method of calcining the first preliminary hybrid magnetic fiber. That is, the first preliminary hybrid magnetic fiber may be heat-treated to decompose an organic material including a polymer in the first preliminary hybrid magnetic fiber. The second preliminary hybrid magnetic fiber may include rare earth oxide, transition metal oxide, and rare earth-transition metal oxide.
보다 구체적으로, 주사기(syringe, 10) 안에 상기 소스 용액을 주입하고, 주사기 펌프(20)를 이용하여 상기 소스 용액을 방사할 수 있다. 이 경우, 상기 주사기의 팁(30)은 내부 직경이 0.05~2mm 이고, 상기 주사기 팁(30)과 상기 예비 하이브리드 자성 섬유가 포집되는 포집기(collector)는 10~20cm 이격되고, 상기 주사기 펌프(20)는 0.3~0.8 mL/h의 속도로 상기 소스 용액을 방사할 수 있다. 또한, 전기 방사를 위해 인가되는 전압은 16~23 kV일 수 있다. 상술된 공정을 통해 상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유가 형성될 수 있다. More specifically, the source solution may be injected into a syringe (10), and the source solution may be radiated using a syringe pump (20). In this case, the
상기 제1 예비 하이브리드 자성 섬유는, 알루미나(alumina) 도가니에 모아 500~900℃의 상압, 대기 분위기에서 열처리될 수 있다. 이 과정에서 고분자를 포함한 유기물이 모두 열분해 될 수 있다. 이 때 승온 속도 조건은 분당1~10℃ 일 수 있다. 상술된 공정을 통해 상기 제2 예비 하이브리드 자성 섬유가 형성될 수 있다. The first preliminary hybrid magnetic fiber may be collected in an alumina crucible and heat-treated in an atmospheric pressure of 500 to 900°C in an atmospheric atmosphere. In this process, all organic substances including polymers can be thermally decomposed. At this time, the temperature increase rate condition may be 1 to 10°C per minute. The second preliminary hybrid magnetic fiber may be formed through the above-described process.
상기 예비 하이브리드 자성 섬유가 환원되어, 자성 결정(magnetic crystal, 110), 및 자성 경계층(magnetic boundary layer, 120)을 포함하는 하이브리드 자성 섬유(100)가 형성될 수 있다(S300). 일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)는, 복수의 상기 자성 결정(110)을 포함하되, 상기 자성 경계층(120)이 서로 인접한 상기 자성 결정(110) 사이에 배치되어, 상기 자성 결정(110)을 둘러싸는 구조를 가질 수 있다. The preliminary hybrid magnetic fiber may be reduced to form a hybrid
상기 자성 결정(110)은 상기 희토류 원소 및 상기 전기금속 원소의 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 결정(110)은 Nd2Fe14B, Sm2Co17 등을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 자성 결정(110)은 경자성(hard-magnetic) 특성을 가질 수 있다. 이와 달리, 상기 자성 경계층(120)은 상기 전이금속 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 자성 경계층(120)은 fcc-Fe, fcc-Co 등을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 자성 경계층(120)은 연자성(soft-magnetic) 특성을 가질 수 있다. The
상술된 바와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)는 경자성 특성의 제1 단결정(110) 및 연자성 특성의 제2 단결정(120)이 교대로 그리고, 반복적으로 배열되는 사슬 구조를 가질 수 있다. Unlike the above, according to another embodiment, the hybrid
즉, 상기 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유(100)는 자성 결정(110)-자성 경계층(120) 구조, 또는 제1 단결정(110)-제2 단결정(120) 사슬 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있다. 상기 하이브리드 자성 섬유(100)의 구조는, 상술된 전기방사 공정의 조건, 후술되는 열처리 환원단계에서의 열처리 조건, 및 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내에서 경자성 특성 물질, 및 연자성 특성 물질의 부피비 등에 따라 결정될 수 있다. 구체적으로, 상기 전기방사 공정의 조건에 제어되어, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)의 직경이 500nm 미만으로 제조되는 경우, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)는 제1 단결정(110)-제2 단결정(120) 사슬 구조로 형성될 수 있다. 또한, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내에서 연자성 특성 물질의 부피가 10 vol% 이상인 경우, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)는 제1 단결정(110)-제2 단결정(120) 사슬 구조로 형성될 수 있다.That is, the hybrid
상기 하이브리드 자성 섬유(100)는, 형성되는 구조의 형태에 따라 적용되는 산업 분야가 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)가 자성 결정(110)-자성 경계층(120) 구조를 갖는 경우, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)를 소결하여 소결자석 형태로 고출력 제품에 활용할 수 있다. 특히, 하이브리드자동차(HEV)와 전기자동차(EV)의 구동용 모터, 차량용 소형 모터, 하드디스크용 VCM, 휴대전화용 스피커, 산업용 로봇 내 소형 부품, MRI등 각종 첨단선업용 기기에 사용될 수 있다.The hybrid
이와 달리, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)가 제1 단결정(110)-제2 단결정(120) 사슬 구조를 갖는 경우, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)를 바인더재와 혼합, 및 성형하여 본드계 자석(플라스틱 자석, 고무 자석)으로 활용할 수 있다. 이는, 소결자석과 비교하여 자성 특성은 낮지만, 가공성, 내진성, 내충격성이 높아 냉장고의 도어패킹, 게시판의 문진, 각종 문방구 등에 사용될 수 있다. Alternatively, when the hybrid
일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 형성 단계(S300)는, 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 환원제와 혼합하는 단계(S310), 상기 환원제와 혼합된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 열처리하는 단계(S320), 및 열처리된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 세척 용액으로 세척하는 단계(S330)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 예비 하이브리드 자성 섬유(100)가 환원제와 혼합된 후, 열처리됨에 따라, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)가 형성될 수 있다. According to one embodiment, the hybrid
상기 환원제는 칼슘(Ca)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 환원제는 CaH2를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)가 용이하게 형성될 수 있다. 구체적으로, 희토류계 원소들의 경우, 매우 작은 산화에너지를 갖고 있어, 산화물 형태일 때 가장 안정한 상을 유지할 수 있다. 이에 따라, 희토류 산화물을 금속으로 환원하기 위해서는 1500℃ 이상의 고온 및 수소 분위기가 요구되어, 공정상의 어려움이 발생된다. 하지만, 칼슘(Ca)의 경우 희토류계 원소들보다 더 작은 산화에너지를 갖기 때문에, 이를 환원제로 사용할 경우 상대적으로 낮은 열처리 온도(예를 들어 500~800℃) 및, 비수소 분위기에서 희토류 산화물을 금속으로 용이하게 환원시킬 수 있다. The reducing agent may include calcium (Ca). For example, the reducing agent may include CaH 2 . In this case, the hybrid
상기 환원제와 혼합된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유의 열처리 온도가 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 환원제와 혼합된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유는, 500℃ 초과 800℃ 미만의 온도에서 열처리될 수 있다. 이 경우, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)가 용이하게 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 환원제와 혼합된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유가 500℃ 이하의 온도에서 열처리되는 경우, 온도가 너무 낮아 환원이 이루어지지 않는 문제점이 발생될 수 있다. 또한, 상기 환원제와 혼합된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유가 800℃ 이상의 온도에서 열처리되는 경우, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)가 섬유의 형태를 갖지 못하고, 입자(particle) 형태로 변형될 수 있다. The heat treatment temperature of the preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent may be controlled. Specifically, the preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent may be heat-treated at a temperature of more than 500°C and less than 800°C. In this case, the hybrid
상기 세척 용액은 염화암모늄(NH4Cl), 및 메탄올(CH3OH) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)가 용이하게 형성될 수 있다. 구체적으로, 칼슘(Ca)을 포함하는 환원제를 이용하여 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 환원시키는 경우, 희토류 산화물이 환원된 금속 표면에 산화칼슘(CaO)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 산화칼슘(CaO)을 제거하는 공정이 요구되는데, 기존의 산화칼슘(CaO) 제거 공정은, 아세트산 또는 염산을 초순수와 혼합한 세척 용액을 사용하였다. 이 경우, 산 용액이 자성 상에도 부식, 산화 등의 치명적인 영향을 발생시는 문제점이 발생될 수 있다. 하지만, 염화암모늄(NH4Cl), 및 메탄올(CH3OH) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 세척 용액의 경우, 자성상에 영향을 미치지 않으면서, 산화칼슘(CaO)을 용이하게 제거할 수 있다. The washing solution may include at least one of ammonium chloride (NH 4 Cl), and methanol (CH 3 OH). In this case, the hybrid
일 실시 예에 따르면, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내에서, 상기 자성 경계층(120)의 부피 분율(vol%)이 제어될 수 있다. 구체적으로, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내에서, 상기 자성 경계층(120)의 부피 분율은 0 vol% 초과 10 vol% 미만으로 제어될 수 있다. 이 경우, 상기 자성 경계층(120)은 상기 자성 결정(110)의 자화 거동을 따를 수 있다. 즉, 상기 자성 결정(110) 및 상기 자성 경계층(120) 사이에 자기교환결합 효과(exchange-coupling effect)가 발생될 수 있다. 또한, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내에서, 상기 자성 경계층(120)의 부피 분율은 0 vol% 초과 3 vol% 미만으로 제어될 수 있다. 이 경우, 상기 자성 결정(110) 및 상기 자성 경계층(120) 사이에 발생되는 자기교환결합 효과가 최대값을 가질 수 있다.According to one embodiment, in the hybrid
도 5는 연자성 및 경자성 물질의 특성을 나타내는 그래프이고, 도 6은 연자성 및 경자성 물질 사이에 자기교환결합 효과가 나타낸 경우의 특성을 나타내는 그래프이다. 5 is a graph showing the properties of the soft magnetic and hard magnetic materials, Figure 6 is a graph showing the properties of the magnetic exchange coupling effect between the soft magnetic and hard magnetic materials.
도 5 및 도 6을 참조하면, 연자성 물질의 경우 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 포화자화(saturation magnetization, Ms)는 상대적으로 높게 나타나고, 보자력(coercivity, HC)은 상대적으로 낮게 나타나는 특성을 가질 수 있다. 반면, 경자성 물질의 경우 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 보자력(HC)은 상대적으로 높게 나타나고, 포화자화(Ms)는 상대적으로 낮게 나타나는 특성을 가질 수 있다. 하지만, 연자성 물질 및 경자성 물질 사이에 자기교환결합 효과가 발생되는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 보자력(Hc) 및 포화자화(MS)가 모두 높게 나타나는 특성을 가질 수 있다. 결과적으로, 경자성 물질 및 연자성 물질 사이에 자기교환결합 효과가 나타나는 물질은, 우수한 자기적 특성을 가지게 되어, 영구자석으로 용이하게 사용될 수 있다. 5 and 6, in the case of a soft magnetic material, as shown in FIG. 5(a), saturation magnetization (M s ) is relatively high, and coercivity (H C ) is relatively It may have a characteristic that appears low. On the other hand, in the case of the hard magnetic material, as shown in FIG. 5(b), the coercive force (H C ) is relatively high and the saturation magnetization (M s ) can be relatively low. However, when a self-exchange coupling effect is generated between the soft magnetic material and the hard magnetic material, as shown in FIG. 6, coercive force (H c ) and saturation magnetization (M S ) are both high. As a result, the material exhibiting the self-exchange bonding effect between the hard magnetic material and the soft magnetic material has excellent magnetic properties and can be easily used as a permanent magnet.
상술된 바와 같이, 상기 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유(100)는, 상기 하이브리드 자성 섬유(100)가 포함하는 경자성 특성의 상기 자성 결정(110), 및 연자성 특성의 상기 자성 경계층(120) 사이에 자기교환결합 효과가 발생될 수 있다. 이를 위해, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내의 상기 자성 경계층(120)의 부피 분율이 제어될 수 있다. 또한, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내의 상기 자성 경계층(120)의 부피 분율은, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율에 의하여 제어될 수 있다. 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내의 상기 자성 경계층(120)의 부피 분율에 따른, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율은 아래 <수학식 1>을 통하여 계산될 수 있다. As described above, the hybrid
<수학식 1><
(: 소스 용액 내의 희토류 원소 몰 분율, : 자성 결정의 밀도, : 하이브리드 자성 섬유 내의 자성 결정의 부피 분율(0.0~1.0), : 자성 결정 내 희토류 원소의 원자 개수 (예: Sm2Co17에서 =2), : 자성 결정의 분자량. : 자성 경계층의 밀도, : 자성 결정 내 전이금속 원소의 원자 개수 (예: Sm2Co17에서 =17), : 자성 경계층의 분자량.)( : Molar fraction of rare earth elements in the source solution, : Density of magnetic crystals, : Volume fraction of magnetic crystals in hybrid magnetic fibers (0.0-1.0), : Atomic number of rare earth elements in magnetic crystals (e.g. in Sm 2 Co 17 =2), : Molecular weight of magnetic crystal. : Density of magnetic boundary layer, : The number of atoms of the transition metal element in the magnetic crystal (eg, in Sm 2 Co 17 =17), : Molecular weight of magnetic boundary layer.)
즉, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율을 제어함에 따라, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내의 상기 자성 경계층(120)의 부피 분율이 제어되고, 결과적으로 상기 자성 결정(110) 및 상기 자성 경계층(120) 사이에 자기교환결합 효과가 발생될 수 있다. 구체적으로, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율이 9.290 at% 초과 10.562 at% 미만으로 제어되는 경우, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내의 상기 자성 경계층(120)의 부피 분율은 0 vol% 초과 10 vol% 미만으로 제어될 수 있다. 이 경우, 상기 자성 결정(110) 및 상기 자성 경계층(120) 사이에 자기교환결합 효과가 발생될 수 있다. 결과적으로, 상기 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유(100)는 높은 자기적 특성을 나타내어, 영구자석으로 용이하게 사용될 수 있다. 다시 말해, 상기 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유(100)는 경자성 물질 및 연자성 물질의 혼합을 통해 높은 자기적 특성을 나타낼 수 있음에 따라, 영구자석을 제조하기 위한 희토류 물질의 사용이 감소될 수 있다. That is, by controlling the mole fraction of the rare earth element in the source solution, the volume fraction of the
상술된 상기 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조방법과 달리, 종래에는 경자성 물질 및 연자성 물질을 혼합시키기 위하여, 단순 혼합법, 코팅법, 증착법, 벌크(bulk) 공정, 및 플라즈마 공정 등이 사용되었다. Unlike the method of manufacturing the hybrid magnetic fiber according to the above-described embodiment, conventionally, in order to mix the hard magnetic material and the soft magnetic material, a simple mixing method, a coating method, a vapor deposition method, a bulk (bulk) process, and a plasma process, etc. Was used.
단순 혼합법의 경우, 경자성 나노 분말 및 연자성 나노 분말을 물리적으로 결합시키는 방법으로서, 자기교환결합 효과를 발생시키기 위해, 소결(sintering) 등의 공정이 추가로 수행되어야 하는 단점이 있다. In the case of the simple mixing method, as a method of physically bonding the hard magnetic nano-powder and the soft magnetic nano-powder, in order to generate a self-exchange bonding effect, there is a disadvantage that a process such as sintering must be additionally performed.
코팅법의 경우, 경자성 물질에 연자성 물질을 코팅하여 코어-쉘 구조의 물질을 형성하는 기술로서, 대표적으로 졸-겔(sol-gel) 코팅법이 사용된다. 졸-겔(sol-gel) 코팅법의 경우, 졸 형성 및 환원을 위한 대기 중 열처리와 수소 열처리 과정에서 경자성 물질의 화학반응, 유기물 제거를 위한 열처리 과정에서 결자성 물질의 산화 등 나노 분말의 표면산화에 매우 취약하므로, 산화물 형태인 페라이트가 주로 사용된다. 이에 따라, 상용 경자성체보다 높은 자성 특성을 기대하기 어려운 문제점이 있다. In the case of the coating method, a sol-gel coating method is typically used as a technique for forming a material having a core-shell structure by coating a soft magnetic material on a hard magnetic material. In the case of a sol-gel coating method, nano-powders such as chemical reaction of a hard magnetic substance in the heat treatment in the atmosphere for hydrogen formation and reduction and hydrogen heat treatment, and oxidation of a magnetic substance in the heat treatment process for removing organic substances Since it is very vulnerable to surface oxidation, ferrite in the form of oxide is mainly used. Accordingly, there is a problem in that it is difficult to expect higher magnetic properties than commercial hard magnetic materials.
증착법의 경우, 경자성 물질 표면에 무전해 또는 전해 증착법으로 연자성 물질을 코팅하여 복합분말을 제조하는 기술로서, 염산(HCl)을 포함하는 산성 용액에 경자성 물질을 침지하는 과정, 암모니아 용액을 포함하는 염기성 도금액을 사용하는 과정으로부터 경자성 물질의 산화 및 표면 결함이 발생될 수 있다. 이에 따라, 안정한 산화물 형태의 페라이트에만 사용이 국한되어 있으며, 증착 수행결과로 제조된 연자성 코팅층이 산화물인 경우, 추가적인 환원 열처리 공정이 수반되야 하는 문제점이 있다. In the case of the evaporation method, a technique for preparing a composite powder by coating a soft magnetic material on the surface of the hard magnetic material by electroless or electrolytic deposition, the process of immersing the hard magnetic material in an acidic solution containing hydrochloric acid (HCl), ammonia solution Oxidation and surface defects of the hard magnetic material may be generated from the process of using the containing basic plating solution. Accordingly, it is limited to use only in a stable oxide form of ferrite, and when the soft magnetic coating layer produced as a result of deposition is an oxide, there is a problem that an additional reduction heat treatment process is required.
벌크 공정의 경우, 고순도의 금속 잉곳으로부터 경자성 및 연자성 합금을 제조하는 기술, 또는 비정질 경자성 물질의 후속 열처리를 통하여 경자성 물질과 연자성 물질의 혼성 구조를 석출하는 기술이 있으며, 이는 높은 자기적 특성을 기대할 수 있지만, 낮은 보자력으로 인하여 본드자석용으로 사용 범위가 국한되는 문제점이 있다. In the case of the bulk process, there are technologies for producing hard and soft magnetic alloys from high-purity metal ingots, or techniques for depositing a hybrid structure of hard and soft materials through subsequent heat treatment of the amorphous hard magnetic materials, which is high Magnetic properties can be expected, but due to low coercive force, there is a problem that the range of use for the bonded magnet is limited.
플라즈마 공정의 경우, 비활성 분위기 내에서 나노 크기의 경자성 및 연자성 복합 분말의 생성이 가능하지만, 분말의 기화와 용해를 위해 5,000~10,000K의 고급 열원을 필요로 하고, 사이즈 및 양 조절이 어려우며, 분말 수거 과정에서 나노 분말과 가스와의 반응성 문제가 발생될 수 있다. In the case of the plasma process, it is possible to produce nano-sized hard magnetic and soft magnetic composite powders in an inert atmosphere, but requires an advanced heat source of 5,000 to 10,000 K for vaporization and dissolution of the powder, and it is difficult to control the size and volume. , In the powder collection process, a problem of reactivity between the nano powder and the gas may occur.
하지만, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조방법은, 희토류 원소를 포함하는 제1 소스 물질, 및 전이금속 원소를 포함하는 제2 소스 물질을 포함하는 상기 소스 용액을 준비하는 단계, 상기 소스 용액을 전기 방사하여, 희토류 산화물 및 전이금속 산화물을 포함하는 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 형성하는 단계, 및 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 환원시켜, 상기 희토류 원소 및 상기 전이금속 원소의 화합물을 포함하고, 경자성 특성을 갖는 상기 자성 결정(magnetic crystal, 110), 및 상기 전이금속 원소를 포함하고 연자성 특성을 갖는 상기 자성 경계층(magnetic boundary layer, 120)을 포함하는 상기 하이브리드 자성 섬유(100)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. However, a method of manufacturing a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing the source solution comprising a first source material containing a rare earth element and a second source material comprising a transition metal element, the Electrospinning a source solution to form the preliminary hybrid magnetic fiber comprising a rare earth oxide and a transition metal oxide, and reducing the preliminary hybrid magnetic fiber to include a compound of the rare earth element and the transition metal element, Forming the hybrid
또한, 상기 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 제조방법은, 상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율을 제어함에 따라, 상기 하이브리드 자성 섬유(100) 내의 상기 자성 경계층(120)의 부피 분율이 제어되고, 결과적으로 상기 자성 결정(110) 및 상기 자성 경계층(120) 사이에 자기교환결합 효과를 발생시킬 수 있다. 이에 따라, 높은 보자력(coercivity)을 유지하면서도 포화자화(saturation magnetization)이 증가되고, 더 나아가 최대 자기에너지적((BH)max) 값이 향상되어, 우수한 자기적 특성을 나타내는 하이브리드 자성 섬유가 제공될 수 있다. In addition, in the method of manufacturing the hybrid magnetic fiber according to the embodiment, the volume fraction of the
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유 및 그 제조방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유 및 그 제조방법의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다. As described above, a hybrid magnetic fiber according to an embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof have been described. Hereinafter, specific experimental examples and characteristics evaluation results of the hybrid magnetic fiber and the manufacturing method according to the embodiment of the present invention will be described.
실시 예 1에 따른 According to Example 1 하이브리드hybrid 자성 섬유 제조 Magnetic fiber manufacturing
4 mL의 초순수에 사마륨(III) 질산 6수화물(Samarium(III) nitrate hexahydrate; Sm(NO3)36H2O)과 코발트(II) 질산 6수화물(Cobalt(II) nitrate hexahydrate; Co(NO3)26H2O)을 혼합한 용액과, 6 mL의 에탄올에 분자량 1,300,000의 PVP를 0.4g 녹인 용액을 혼합하여 소스 용액을 제조하였다. Samarium(III) nitrate hexahydrate; Sm(NO 3 ) 3 6H 2 O) and cobalt(II) nitrate hexahydrate; Co(NO 3 ) in 4 mL of ultrapure water ) 2 6H 2 O) was mixed with a solution in which 0.4 g of a PVP having a molecular weight of 1,300,000 was dissolved in 6 mL of ethanol to prepare a source solution.
제조된 소스 용액은 전기방사를 위해 주사기에 담고 주사기 펌프를 사용하여 0.3~0.8 mL/h의 속도로 용액을 지속적으로 밀어준다. 이 때 주사기의 팁(tip) 부분과 방사된 섬유가 포집되는 포집기(collector)는 15cm 간격으로 이격되고, 고전압(16~23 kV)을 인가해주어 전위차에 의해 소스 용액이 방사되도록 한다. 포집기에 증착된 물질은 알루미나(alumina, Al2O3) 도가니에 모아 대기 분위기에서 약 700℃의 온도로 3시간 동안 열처리하여 고분자를 포함한 유기물이 모두 분해되도록 한다. 이 과정에서 SmCoO3-Co3O4의 희토류계 산화물-전이금속 산화물을 포함하는 예비 하이브리드 자성 섬유가 얻어진다. The prepared source solution is placed in a syringe for electrospinning, and the syringe pump is used to continuously push the solution at a rate of 0.3 to 0.8 mL/h. At this time, the tip portion of the syringe and the collector where the spun fibers are collected are spaced apart at 15 cm intervals, and a high voltage (16-23 kV) is applied to radiate the source solution by a potential difference. The material deposited on the collector is collected in an alumina (Al 2 O 3 ) crucible and heat-treated for 3 hours at a temperature of about 700° C. in an atmosphere to decompose all organic substances including polymers. In the process the rare earth-containing oxide of SmCoO 3 -Co 3 O 4 - a spare magnetic hybrid fibers comprising a transition metal oxide can be obtained.
예비 하이브리드 자성 섬유를 CaH2와 1:1의 부피비로 혼합하고 비활성 분위기에서 약 700℃의 온도로, 3시간 동안 열처리하여 환원시킨 후, 염화암모늄과 메탄올을 이용하여 수세하여, 경자성 특성의 Sm2Co17 자성 결정 및 연자성 특성의 fcc-Co 자성 경계층을 포함하는 제1 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유를 제조하였다. The pre-hybrid magnetic fiber is mixed with CaH 2 in a volume ratio of 1:1, and reduced by heat treatment for 3 hours at a temperature of about 700° C. in an inert atmosphere, followed by washing with ammonium chloride and methanol to obtain Sm of hard magnetic properties. A hybrid magnetic fiber according to the first embodiment was prepared including a fcc-Co magnetic boundary layer having 2 Co 17 magnetic crystals and soft magnetic properties.
또한, 상기 제1 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유 내의 Sm2Co17 자성 결정의 부피 분율을 제어하기 위해, 소스 용액 내의 사마륨 원소의 몰 분율이 제어되었고, 이는 아래 <수학식 2> 통해 산출되었으며, 산출된 결과는 <표 1>을 통해 정리된다. In addition, in order to control the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystals in the hybrid magnetic fiber according to the first embodiment, the mole fraction of the samarium element in the source solution was controlled, which was calculated through <
<수학식 2><
(Sm(at%): 소스 용액 내의 희토류 원소 몰 분율, ρSm2Co17: Sm2Co17자성 결정의 밀도, xSm2Co17: 하이브리드 자성 섬유 내의 Sm2Co17자성 결정의 부피 분율(0.0~1.0), mSm: 자성 결정 내 희토류 원소의 원자 개수, MWSm2Co17: 자성 결정의 분자량. ρCo: 자성 경계층의 밀도, mCo: 자성 결정 내 전이금속 원소의 원자 개수, MWCo: 자성 경계층의 분자량)(Sm(at%): Molar fraction of rare earth elements in the source solution, ρ Sm2Co17 : density of Sm 2 Co 17 magnetic crystals, x Sm2Co17 : volume fraction of Sm 2 Co 17 magnetic crystals in hybrid magnetic fiber (0.0-1.0), m Sm : atomic number of rare earth elements in magnetic crystals, MW Sm2Co17 : molecular weight of magnetic crystals ρ Co : density of magnetic boundary layer, m Co : atomic number of transition metal elements in magnetic crystals, MW Co : molecular weight of magnetic boundary layer)
(Sm at %)Molar fraction of rare earth elements in the source solution
(Sm at %)
실시 예2에 따른 According to Example 2 하이브리드hybrid 자성 섬유 제조 Magnetic fiber manufacturing
4.5mL의 초순수에 네오디뮴(III) 질산 6수화물(Neodymium(III) nitrate hexahydrate; Nd(NO3)36H2O)과 철(III) 질산 9수화물(Iron(III) nitrate nonahydrate; Fe(NO3)39H2O)을 혼합한 용액과, 3 mL의 에탄올에 분자량 1,300,000의 PVP를 0.6g 녹인 용액을 혼합하여 소스 용액을 제조하였다. 또한, 네오디뮴(III) 질산 6수화물의 몰수의 절반에 해당하는 만큼 붕산(Boric acid; H3BO3)이 추가로 혼합되었다. Neodymium(III) nitrate hexahydrate; Nd(NO 3 ) 3 6H 2 O) and iron(III) nitrate hexahydrate (Iron(III) nitrate nonahydrate; Fe(NO 3 ) in 4.5mL ultrapure water ) 3 9H2O) was mixed with a solution of 0.6 g of PVP having a molecular weight of 1,300,000 in 3 mL of ethanol, and a source solution was prepared. Further, boric acid (H 3 BO 3 ) was further mixed as much as half of the number of moles of neodymium (III) nitrate hexahydrate.
제조된 소스 용액은 전기방사를 위해 주사기에 담고 주사기 펌프를 사용하여 0.3~0.8 mL/h의 속도로 용액을 지속적으로 밀어준다. 이 때 주사기의 팁(tip) 부분과 방사된 섬유가 포집되는 포집기(collector)는 18cm 간격으로 이격되고, 고전압(16~23 kV)을 인가해주어 전위차에 의해 소스 용액이 방사되도록 한다. 포집기에 증착된 물질은 알루미나(alumina, Al2O3) 도가니에 모아 대기 분위기에서 약 700℃의 온도로 3시간 동안 열처리하여 고분자를 포함한 유기물이 모두 분해되도록 한다. 이 과정에서 NdFeO3-NdBO3-Fe2O3의 희토류계 산화물-전이금속 산화물을 포함하는 예비 하이브리드 자성 섬유가 얻어진다. The prepared source solution is placed in a syringe for electrospinning, and the syringe pump is used to continuously push the solution at a rate of 0.3 to 0.8 mL/h. At this time, the tip portion of the syringe and the collector in which the spun fibers are collected are separated at intervals of 18 cm, and a high voltage (16-23 kV) is applied to radiate the source solution by a potential difference. The material deposited on the collector is collected in an alumina (Al 2 O 3 ) crucible and heat-treated for 3 hours at a temperature of about 700° C. in an atmosphere to decompose all organic substances including polymers. In this process, a preliminary hybrid magnetic fiber comprising a rare earth oxide-transition metal oxide of NdFeO 3 -NdBO 3 -Fe 2 O 3 is obtained.
예비 하이브리드 자성 섬유를 CaH2와 1:1의 부피비로 혼합하고 비활성 분위기에서 약 700℃의 온도로, 3시간 동안 열처리하여 환원시킨 후, 염화암모늄과 메탄올을 이용하여 수세하여, 경자성 특성의 Nd2Fe14B 자성 결정 및 연자성 특성의 fcc-Fe 자성 경계층을 포함하는 제2 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유를 제조하였다. The pre-hybrid magnetic fiber is mixed with CaH 2 in a volume ratio of 1:1, and reduced by heat treatment for 3 hours at a temperature of about 700° C. in an inert atmosphere, washed with ammonium chloride and methanol, and Nd of hard magnetic properties 2 A hybrid magnetic fiber according to a second embodiment was prepared comprising a Fe 14 B magnetic crystal and an fcc-Fe magnetic boundary layer having soft magnetic properties.
또한, 상기 제2 실시 예에 따른 하이브리드 자성 섬유 내의 Nd2Fe14B 자성 결정의 부피 분율을 제어하기 위해, 소스 용액 내의 네오디뮴 원소의 몰 분율이 제어되었고, 이는 아래 <수학식 3> 통해 산출되었으며, 산출된 결과는 <표 2>을 통해 정리된다. In addition, in order to control the volume fraction of Nd 2 Fe 14 B magnetic crystals in the hybrid magnetic fiber according to the second embodiment, the molar fraction of the neodymium element in the source solution was controlled, which was calculated through Equation 3 below. , The calculated results are summarized through <Table 2>.
<수학식 3><Equation 3>
(Nd(at%): 소스 용액 내의 희토류 원소 몰 분율, ρ Nd2Fe14B: Nd2Fe14B 자성 결정의 밀도, xNd2Fe14B: 하이브리드 자성 섬유 내의 Nd2Fe14B 자성 결정의 부피 분율(0.0~1.0), mNd: 자성 결정 내 희토류 원소의 원자 개수, MWNd2Fe14B: 자성 결정의 분자량. ρFe: 자성 경계층의 밀도, mFe: 자성 결정 내 전이금속 원소의 원자 개수, MWFe: 자성 경계층의 분자량)(Nd(at%): Molar fraction of rare earth elements in the source solution, ρ Nd2Fe14B : density of Nd 2 Fe 14 B magnetic crystals, x Nd2Fe14B : volume fraction of Nd 2 Fe 14 B magnetic crystals in hybrid magnetic fiber (0.0-1.0) , m Nd : atomic number of rare earth elements in magnetic crystals, MW Nd2Fe14B : molecular weight of magnetic crystals ρ Fe : density of magnetic boundary layer, m Fe : atomic number of transition metal elements in magnetic crystals, MW Fe : molecular weight of magnetic boundary layer)
(Nd at %)Molar fraction of rare earth elements in the source solution
(Nd at %)
또한, 상기 실시 예 1 및 실시 예 2에 따른 하이브리드 자성 섬유의 구성이 아래 <표 3>을 통해 정리된다. In addition, the configuration of the hybrid magnetic fibers according to Examples 1 and 2 is summarized through <Table 3> below.
실시 예3에 따른 하이브리드 자성 섬유 제조상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 제조하되, 250 nm이하의 직경을 갖도록 제조하여, 경자성 특성 단결정-연자성 특성 단결정의 사슬구조를 갖는 상기 실시 예 3에 따른 하이브리드 자성 섬유를 제조하였다. Exemplary hybrid magnetic fiber prepared in Example 1 was prepared in the hybrid magnetic fibers in accordance with, and made to have a diameter of less than 250 nm, the hard magnetic properties single crystal according to Example 3, said embodiment having a chain structure of the soft magnetic characteristic single crystal Example 3 Hybrid magnetic fibers according to the were prepared.
상기 실시 예 1 내지 3에 따른 하이브리드 자성 섬유의 구조가 아래 <표 4>를 통해 정리된다. The structures of the hybrid magnetic fibers according to Examples 1 to 3 are summarized through Table 4 below.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 촬영한 사진이다. 7 and 8 are photographs of hybrid magnetic fibers according to Example 1 of the present invention.
도 7 및 도 8을 참조하면, 소스 용액 내 희토류 원소의 몰 분율이 10.56 at%, 0 at%, 9.91 at%, 및 4.80 at%로 제어되어 형성된 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 SEM(scanning electron microscope) 촬영하여 각각 도 7의 (a), 도 7의 (b), 도 8의 (a), 및 도 8의 (b)에 나타내었다. 도 7 및 도 8에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유는, 약 500nm의 직경을 갖는 섬유 형태로 형성된 것을 확인할 수 있었다. 7 and 8, the mole fraction of the rare earth element in the source solution is controlled to 10.56 at%, 0 at%, 9.91 at%, and 4.80 at%. scanning electron microscope) were taken and shown in Figs. 7(a), 7(b), 8(a), and 8(b), respectively. As can be seen in Figures 7 and 8, it was confirmed that the hybrid magnetic fibers according to Example 1 were formed in the form of fibers having a diameter of about 500 nm.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 제조하는 과정에서 열처리되는 온도에 따른 특성을 비교하는 사진이다. 9 to 11 is a photograph comparing the characteristics according to the temperature to be heat-treated in the process of manufacturing a hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 예비 하이브리드 자성 섬유의 환원 단계에서 열처리되는 온도가 400℃, 500℃, 600℃, 700℃, 750℃, 및 800℃로 제어되어 형성된 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 SEM 촬영하여 각각 도 9의 (a), 도 9의 (b), 도 10의 (a), 도 10의 (b), 도 11의 (a), 및 도 11의(b)에 나타내었다. 9 to 11, the hybridization according to the first embodiment formed by controlling the temperature to be heat treated in the reduction step of the preliminary hybrid magnetic fiber is 400 ℃, 500 ℃, 600 ℃, 700 ℃, 750 ℃, and 800 ℃ The SEMs of the magnetic fibers were taken in FIGS. 9(a), 9(b), 10(a), 10(b), 11(a), and 11(b), respectively. Shown.
도 9의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 환원 단계에서 열처리되는 온도가 400℃ 및 500℃인 경우, 희토류 산화물의 환원이 용이하게 이루어지지 않은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 11의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 환원단계에서 열처리되는 온도가 750℃ 및 800℃인 경우, 섬유의 형상을 유지하지 못하고 입자의 형상으로 변형되는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 도 10의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 환원단계에서 열처리되는 온도가 600℃ 및 700℃인 경우, 희토류 산화물의 환원이 용이하게 이루어져, 하이브리드 자성 섬유가 용이하게 형성된 것을 확인할 수 있었다. As can be seen from (a) and (b) of FIG. 9, it was confirmed that when the temperature to be heat-treated in the reduction step is 400° C. and 500° C., reduction of rare earth oxides is not easily performed. In addition, as can be seen from (a) and (b) of FIG. 11, when the temperatures to be heat-treated in the reduction step are 750°C and 800°C, it was confirmed that the fibers did not maintain the shape and were deformed into particle shapes. On the other hand, as can be seen from (a) and (b) of FIG. 10, when the temperature to be heat-treated in the reduction step is 600°C and 700°C, it is confirmed that the reduction of the rare earth oxide is easily performed, and thus the hybrid magnetic fiber is easily formed Could.
도 12는 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 세척하는 과정에서, 세척 용액의 영향을 비교하는 사진이다. 12 is a photograph comparing the effect of the washing solution in the process of washing the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 12의 (a) 및 (b)를 참조하면, 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 세척하는 과정에서, 염화암모늄 및 메탄올이 혼합된 실시 예에 따른 세척 용액으로 세척된 경우를 도 12의 (a)에 도시하였고, 초순수 및 약산이 혼합된 기존의 세척 용액으로 세척된 경우를 도 12의 (b)에 도시하였다. 도 12의 (a) 및 (b)에서 알 수 있듯이, 기존의 세척 용액으로 세척된 경우, 섬유 표면에 부산물이 잔류하여 자성 특성을 저하시키는 반면, 실시 예에 따른 세척 용액으로 세척된 경우, 자성 섬유를 제외한 부산물이 선택적으로 제거되어, 이론치에 달하는 자기적 특성을 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다. Referring to (a) and (b) of FIG. 12, in the process of washing the hybrid magnetic fiber according to Example 1, ammonium chloride and methanol were washed with the washing solution according to the mixed example of FIG. 12. (a), and the case where the ultrapure water and the weak acid were washed with a conventional washing solution is shown in FIG. 12(b). As can be seen from (a) and (b) of FIG. 12, when washed with a conventional washing solution, by-products remain on the fiber surface to degrade magnetic properties, whereas when washed with a washing solution according to the embodiment, magnetic It was confirmed that by-products other than fibers were selectively removed to obtain magnetic properties reaching theoretical values.
도 13은 본 발명의 실시 예 2에 따른 하이브리드 자성 섬유를 촬영한 사진이다. 13 is a photograph of a hybrid magnetic fiber according to Example 2 of the present invention.
도 13의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 소스 용액 내 희토류 원소의 몰 분율이 12.5 at%, 3.18 at%, 및 0 at%로 제어되어 형성된 상기 실시 예 2에 따른 하이브리드 자성 섬유를 SEM 촬영하여 각각 도 13의 (a) 내지 (c)에 나타내었다. 도 13의 (a) 내지 (c)에서 확인할 수 있듯이, 희토류 원소로 Nd를 사용하고, 전이금속 원소로 Fe를 사용한 경우에도, 하이브리드 자성 섬유가 용이하게 형성된 것을 확인할 수 있었다. 13 (a) to (c), the mole fraction of the rare earth element in the source solution is controlled to 12.5 at%, 3.18 at%, and 0 at%. Images were taken and are shown in Figs. 13A to 13C. 13(a) to 13(c), it was confirmed that hybrid magnetic fibers were easily formed even when Nd was used as the rare earth element and Fe was used as the transition metal element.
도 14는 Sm-Co 2성분계 시스템을 나타내는 그래프이다. 14 is a graph showing the Sm-Co two-component system.
도 14를 참조하면, Sm-Co 화합물 내에서 Sm의 몰 분율(at %)과 온도(℃)에 따른 Sm-Co 화합물의 상태를 나타내었다. 도 14에서 알 수 있듯이, Sm-Co 화합물 내에서 Sm의 몰 분율이 10.6 at%보다 작을 경우, 경자성 특성과 연자성 특성이 공존하는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 14, the state of the Sm-Co compound according to the molar fraction (at %) and temperature (°C) of Sm in the Sm-Co compound is shown. As can be seen in Figure 14, when the molar fraction of Sm in the Sm-Co compound is less than 10.6 at%, it was confirmed that the hard magnetic properties and soft magnetic properties coexist.
도 15는 소스 용액이 포함하는 희토류 원소의 몰 분율이, 본 발명의 실시 예 2에 따른 하이브리드 자성 섬유의 구조에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 15 is a graph showing the effect of the molar fraction of rare earth elements included in the source solution on the structure of the hybrid magnetic fiber according to Example 2 of the present invention.
도 15의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 소스 용액 내 희토류 원소(Nd)의 몰 분율이 12.5 at%, 3.18 at%, 및 0 at%로 제어되어 형성된 상기 실시 예 2에 따른 하이브리드 자성 섬유 각각에 대해 2θ(degree)에 따른 Relative intensity(a.u.)를 측정하여 X-ray diffraction 분석을 나타내었다. 도 15의 (a)에서 확인할 수 있듯이, 소스 용액 내 희토류 원소의 몰 분율이 12.5 at%인 경우, Nd2Fe14B의 경자성 특성만 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 15의 (c)에서 확인할 수 있듯이, 소스 용액 내 희토류 원소의 몰 분율이 0 at%인 경우, fcc-Fe의 연자성 특성만 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 도 15의 (b)에서 확인할 수 있듯이, 소스 용액 내 희토류 원소의 몰 분율이 3.15 at%인 경우, Nd2Fe14B의 경자성 특성과 fcc-Fe의 연자성 특성이 모두 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Referring to (a) to (c) of FIG. 15, the hybrid magnetism according to Example 2 formed by controlling the molar fraction of rare earth element (Nd) in the source solution to 12.5 at%, 3.18 at%, and 0 at%. Relative intensity (au) according to 2θ (degree) was measured for each fiber to show X-ray diffraction analysis. 15(a), when the molar fraction of the rare earth element in the source solution was 12.5 at%, it was confirmed that only the hard magnetic properties of Nd 2 Fe 14 B appear. In addition, as can be seen in Figure 15 (c), when the molar fraction of rare earth elements in the source solution is 0 at%, it was confirmed that only the soft magnetic properties of fcc-Fe appear. However, as can be seen from FIG. 15(b), when the molar fraction of the rare earth element in the source solution is 3.15 at%, it can be seen that both the hard magnetic properties of Nd 2 Fe 14 B and the soft magnetic properties of fcc-Fe appear. Could.
도 16 및 도 17은 소스 용액이 포함하는 희토류 원소의 몰 분율이, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 구조에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 16 and 17 are graphs showing the effect of the molar fraction of rare earth elements included in the source solution on the structure of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 16 및 도 17을 참조하면, 소스 용액 내 희토류 원소(Sm)의 몰 분율이 10.56 at%, 0 at%, 9.91 at%, 및 4.80 at%로 제어되어 형성된 상기 실시 예 2에 따른 하이브리드 자성 섬유 각각에 대해 2θ(degree)에 따른 Relative intensity(a.u.)를 측정하여 X-ray diffraction 분석하고, 이를 각각 도 16의 (a), 도 16의 (b), 도 17의 (a), 및 도 17의 (b)에 도시하였다. 16 and 17, the hybrid magnetic fiber according to Example 2 formed by controlling the molar fraction of rare earth elements (Sm) in the source solution to 10.56 at%, 0 at%, 9.91 at%, and 4.80 at% X-ray diffraction analysis was performed by measuring the relative intensity (au) according to 2θ (degree) for each, and this was analyzed in FIGS. 16(a), 16(b), 17(a), and 17, respectively. It is shown in (b).
도 16의 (a)에서 알 수 있듯이, 소스 용액 내 희토류 원소의 몰 분율이 10.56 at%인 경우, Sm2Co17의 경자성 특성만 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 16의 (b)에서 확인할 수 있듯이, 소스 용액 내 희토류 원소의 몰 분율이 0 at%인 경우, fcc-Co의 연자성 특성만 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, 도 17의 (a) 및 (b)에서 확인할 수 있듯이, 소스 용액 내 희토류 원소의 몰 분율이 9.91 at%, 및 4.80 at%인 경우, Sm2Co17의 경자성 특성과 fcc-Co의 연자성 특성이 모두 나타나는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in Figure 16 (a), when the molar fraction of the rare earth element in the source solution is 10.56 at%, it was confirmed that only the hard magnetic properties of Sm 2 Co 17 . In addition, as can be seen in FIG. 16(b), when the molar fraction of the rare earth element in the source solution was 0 at%, it was confirmed that only the soft magnetic properties of fcc-Co appeared. However, as can be seen from (a) and (b) of FIG. 17, when the molar fractions of rare earth elements in the source solution are 9.91 at% and 4.80 at%, the hard magnetic properties of Sm 2 Co 17 and fcc-Co It was confirmed that all the soft magnetic properties appeared.
도 18은 자기교환결합 효과가 발생되지 않은 본 발명의 비교 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 특성을 나타내는 그래프이다. 18 is a graph showing the properties of a hybrid magnetic fiber according to a comparative example of the present invention in which no self-exchange coupling effect occurs.
도 18을 참조하면, Sm2Co17 경자성 물질 및 fcc-Co 연자성 물질이 50 vol%: 50 vol%의 부피 비율로 단순 혼합된 본 발명의 비교 예에 따른 하이브리드 자성 섬유의 Applied field(kOe)에 따른 Magnetization(emu/g)을 측정하여 자기이력곡선을 나타내었다. 도 18에서 확인할 수 있듯이, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율이 50 vol%: 50 vol%로 제어된 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유는, kink 현상이 나타나는 것으로 보아, 자기교환결합 효과가 발생되지 않은 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 18, the Sm 2 Co 17 hard magnetic material and the fcc-Co soft magnetic material are simply mixed at a volume ratio of 50 vol%: 50 vol%. Applied field (kOe) of a hybrid magnetic fiber according to a comparative example of the present invention ) Shows the hysteresis curve by measuring Magnetization (emu/g). As can be seen in FIG. 18, the hybrid magnetic fibers according to Example 1, in which the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and the fcc-Co magnetic boundary layer was controlled to 50 vol%: 50 vol%, show that a kink phenomenon appears. , It was confirmed that the self-exchange coupling effect did not occur.
도 19는 자성 경계층의 부피 분율이, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 자성 특성에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 19 is a graph showing the effect of the volume fraction of the magnetic boundary layer on the magnetic properties of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 19를 참조하면, fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율이 제어된 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 Applied field(Oe)에 따른 Magnetization(emu/g)을 측정하여 자기이력곡선을 나타내었다. 도 19에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 실시 예 1에 다른 하이브리드 자성 섬유의 경우, 도 18에 도시된 비교 예에 따른 하이브리드 자성 섬유와 달리, 자기이력곡선에서 kink 현상이 나타나지 않아, 자기교환결합 효과가 발생되는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 19, the magnetic hysteresis curve was measured by measuring magnetization (emu/g) according to the applied field (Oe) of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 in which the volume fraction of the fcc-Co magnetic boundary layer was controlled. As can be seen in FIG. 19, in the case of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention, unlike the hybrid magnetic fiber according to the comparative example shown in FIG. 18, the kink phenomenon does not appear in the magnetic hysteresis curve, and the self-exchange coupling effect It was confirmed that is generated.
또한, fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율이 서로 다른 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 자성 특성이 아래 <표 5>를 통해 정리된다. In addition, the magnetic properties of the hybrid magnetic fibers according to Example 1 having different volume fractions of the fcc-Co magnetic boundary layer are summarized through <Table 5> below.
(vol %)Volume fraction of Fcc-Co magnetic boundary layer
(vol %)
Ms(emu/g)Saturation magnetization
M s (emu/g)
Mr(emu/g)Residual magnetization
M r (emu/g)
Mr/Ms(%)susceptibility
M r /M s (%)
Hci(Oe)Coercive force
H ci (Oe)
(BH)max
(MGOe)Maximum magnetic energy
(BH) max
(MGOe)
<표 5>를 통해 알 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유는, fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율이 1 vol%일 경우 가장 높은 최대 자기에너지적((BH)max) 값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율이 1 vol%일 경우, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 경계층 사이에 자기교환결합 효과가 최대로 구현되는 것을 알 수 있었다. As can be seen through <Table 5>, the hybrid magnetic fiber according to Example 1 shows the highest maximum magnetic energy ((BH) max ) value when the volume fraction of the fcc-Co magnetic boundary layer is 1 vol% I could confirm that. Accordingly, when the volume fraction of the fcc-Co magnetic boundary layer was 1 vol%, it was found that the effect of self-exchange coupling between the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and the fcc-Co magnetic boundary layer was maximized.
이론적으로 경자성 물질 및 연자성 물질 사이에 자기교환결합력을 발생시키기 위해서는, 경자성 물질 자구 경계의 도메인 벽 두께(Domain-wall width)의 2배에 달하는 값보다 연자성 물질의 크기가 작아야 한다. Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 경계층 사이에서 자기교환결합 효과가 나타나기 위해 필요한 fcc-Co 자성 경계층의 이론적 크기는 약 20.0 nm 정도로, 부피 분율로 계산할 경우 약 5 at% 미만으로 나타나, 본 발명의 실험 데이터와 실질적으로 일치하는 것을 알 수 있다. Theoretically, in order to generate a magnetic exchange coupling force between the hard magnetic material and the soft magnetic material, the size of the soft magnetic material should be smaller than a value that is twice the domain-wall width of the magnetic domain boundary of the hard magnetic material. The theoretical size of the fcc-Co magnetic boundary layer required to exhibit the self-exchange coupling effect between the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and the fcc-Co magnetic boundary layer is about 20.0 nm, which is less than about 5 at% when calculated by volume fraction. It can be seen that it is substantially consistent with the experimental data of the invention.
도 20은 자성 결정의 부피 분율이, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 잔류자화값에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 20 is a graph showing the effect of the volume fraction of magnetic crystals on the residual magnetization value of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 20을 참조하면, Sm2Co17 자성 결정의 부피 분율이 제어된 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 잔류자화값(Remanence, Mr(emu/g))을 측정하여 나타내었다. 도 20에서 확인할 수 있듯이, Sm2Co17 자성 결정의 부피 분율이 90 vol% 이상일 경우, Sm2Co17 단일상의 잔류자화값 보다 높은 잔류자화값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 20, the residual magnetization value (Remanence, M r (emu/g)) of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 in which the volume fraction of Sm 2 Co 17 magnetic crystals is controlled is illustrated. As can be seen in FIG. 20, when the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal was 90 vol% or more, it was confirmed that the residual magnetization value was higher than the residual magnetization value of the Sm 2 Co 17 single phase.
도 21은 자성 결정의 부피 분율이, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 최대 자기에너지적값에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 21 is a graph showing the effect of the volume fraction of magnetic crystals on the maximum magnetic energy value of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 21을 참조하면, Sm2Co17 자성 결정의 부피 분율이 제어된 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유의 최대 자기에너지적값(Energy product, (BH)max(MGOe))을 측정하여 나타내었다. 도 21에서 확인할 수 있듯이, Sm2Co17 자성 결정의 부피 분율이 99 vol%인 경우 최대 자기에너지적값이 7.577 MGOe로 가장 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 21, the maximum magnetic energy value (Energy product, (BH) max (MGOe)) of the hybrid magnetic fiber according to Example 1 in which the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal is controlled is illustrated. As can be seen in FIG. 21, when the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal was 99 vol%, it was confirmed that the maximum magnetic energy value was highest with 7.577 MGOe.
도 19 내지 도 21을 통해 알 수 있듯이, 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유는, fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율이 0 vol% 초과 3 vol% 미만인 경우, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 경계층 사이에 자기교환결합 효과가 용이하게 발생되는 것을 알 수 있다. As can be seen through FIGS. 19 to 21, in the hybrid magnetic fiber according to Example 1, when the volume fraction of the fcc-Co magnetic boundary layer is greater than 0 vol% and less than 3 vol%, Sm 2 Co 17 magnetic crystals and fcc- It can be seen that the self-exchange coupling effect is easily generated between the Co magnetic boundary layers.
도 22 및 도 23은 자성 결정 및 자성 결정층의 부피 분율이 서로 다른, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유들의 Recoil 곡선 개형을 나타내는 그래프이다. 22 and 23 are graphs showing reformation of the Recoil curve of hybrid magnetic fibers according to Example 1 of the present invention, in which the volume fractions of the magnetic crystals and the magnetic crystal layers are different.
도 22 및 도 23을 참조하면, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층의 부피 분율이 97 vol%: 3 vol%인 경우, 95 vol%: 5 vol%인 경우, 및 70 vol%: 30 vol%인 경우 각각에 대해 Applied Field(Oe)에 따른 Magnetization(emu/g)를 측정하여 Recoil 곡선 개형을, 도 22의 (a), 도 22의 (b), 및 도 23에 나타내었다. 22 and 23, when the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and fcc-Co magnetic crystal layer is 97 vol%: 3 vol%, 95 vol%: 5 vol%, and 70 vol% : In case of 30 vol%, the magnetization (emu/g) according to the Applied Field (Oe) was measured, and the Recoil curve reformation was shown in FIGS. 22(a), 22(b), and 23. .
도 22의 (a) 및 (b)에서 알 수 있듯이, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층의 부피 분율이 97 vol%: 3 vol%인 경우, 95 vol%: 5 vol%인 경우의 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유는, 폐쇄형 루프(closed loop)가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 도 23에서 알 수 있듯이, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층의 부피 분율이 70 vol%: 30 vol%인 경우의 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유는, 개방형 루프(opened loop)가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 폐쇄형 루프가 나타나는 하이브리드 자성 섬유의 경우, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층 사이에 자기교환결합 효과가 나타나지만, 오픈형 루프가 나타나는 하이브리드 자성 섬유의 경우, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층 사이에 자기교환결합 효과가 나타나지 않는 것을 의미한다. As can be seen from (a) and (b) of FIG. 22, when the volume fraction of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and the fcc-Co magnetic crystal layer is 97 vol%: 3 vol%, 95 vol%: 5 vol%. In the case of the hybrid magnetic fiber according to Example 1, it was confirmed that a closed loop appeared. On the other hand, as can be seen in Figure 23, Sm 2 Co 17 magnetic crystals and fcc-Co magnetic hybrid layer according to Example 1 when the volume fraction of the magnetic crystal layer is 70 vol%: 30 vol%, the open loop ( It was confirmed that the opened loop) appeared. In the case of a hybrid magnetic fiber in which a closed loop appears, a magnetic exchange coupling effect is exhibited between the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and the fcc-Co magnetic crystal layer, but in the case of a hybrid magnetic fiber in which an open loop appears, Sm 2 Co 17 magnetic crystal and It means that there is no self-exchange bonding effect between the fcc-Co magnetic crystal layers.
도 24는 자성 경계층의 부피 분율이 서로 다른, 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유들의 Recoil susceptibility 값을 나타내는 그래프이다. 24 is a graph showing Recoil susceptibility values of hybrid magnetic fibers according to Example 1 of the present invention having different volume fractions of the magnetic boundary layer.
도 24를 참조하면, fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율이 1 vol% 초과인 경우(Co-excess-1), 3 vol% 초과인 경우(Co-excess-3), 5 vol% 초과인 경우(Co-excess-5), 및 30 vol% 초과인 경우(Co-excess-30)의 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유 각각에 대해, H(kOe)에 따른 dM/dH(emu/(g.Oe))를 측정하여, Recoil susceptibility 값을 나타내었다. Referring to FIG. 24, when the volume fraction of the fcc-Co magnetic boundary layer is more than 1 vol% (Co-excess-1), more than 3 vol% (Co-excess-3), and more than 5 vol% ( Co-excess-5), and for each of the hybrid magnetic fibers according to Example 1 above in the case of more than 30 vol% (Co-excess-30), dM/dH according to H(kOe) (emu/(g. Oe)) was measured to show the value of Recoil susceptibility.
도 24에서 확인할 수 있듯이, fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율이 1 vol% 초과인 경우(Co-excess-1), 3 vol% 초과인 경우(Co-excess-3), 및 5 vol% 초과인 경우(Co-excess-5)의 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유는 1개의 피크(peak)가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 하지만, fcc-Co 자성 경계층의 부피 분율이 30 vol% 초과인 경우(Co-excess-30)의 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유는, 약 -7 kOe, 및 -2.5 kOe 부분에서 2개의 피크(peak)가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Recoil susceptibility 값을 나타내는 그래프에서, 1개의 피크는 Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층 사이에 자기교환결합 효과가 나타나는 것을 의미하고, 2개의 피크는 Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층 사이에 자기교환결합 효과가 나타나지 않은 것을 의미한다. As can be seen in Figure 24, the volume fraction of the fcc-Co magnetic boundary layer is more than 1 vol% (Co-excess-1), more than 3 vol% (Co-excess-3), and more than 5 vol% In the case (Co-excess-5), the hybrid magnetic fiber according to Example 1 was confirmed to have one peak. However, in the case where the volume fraction of the fcc-Co magnetic boundary layer is greater than 30 vol% (Co-excess-30), the hybrid magnetic fiber according to Example 1 above has two peaks at about -7 kOe and -2.5 kOe portions. It was confirmed that (peak) appeared. In the graph showing the value of recoil susceptibility, one peak means that a self-exchange bonding effect is exhibited between the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and the fcc-Co magnetic crystal layer, and the two peaks are Sm 2 Co 17 magnetic crystal and fcc-. It means that the self-exchange bonding effect does not appear between the Co magnetic crystal layers.
도 25 내지 도 27은 본 발명의 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 제조하는 과정에서 열처리되는 온도에 따른 특성을 비교하는 그래프이다. 25 to 27 are graphs comparing characteristics according to temperature to be heat-treated in the process of manufacturing a hybrid magnetic fiber according to Example 1 of the present invention.
도 25 내지 도 27을 참조하면, 예비 하이브리드 자성 섬유의 환원 단계에서 열처리되는 온도가 400℃, 500℃, 600℃, 700℃, 750℃, 및 800℃로 제어되어 형성된 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유 각각에 대해, 2theta(deg.)에 따른 Relative intensity(a.u.)를 측정하여 X-ray diffraction 패턴을 나타내었다. 400℃, 500℃, 600℃, 및 700℃의 온도로 열처리된 하이브리드 자성 섬유는 도 25에 도시되고, 700℃, 750℃, 및 800℃이 온도로 열처리된 하이브리드 자성 섬유는 도 26에 도시되고, 도 26의 A부분에 대한 확대 그래프가 도 27에 도시된다. 25 to 27, the hybridization according to the first embodiment formed by controlling the temperature of the heat treatment in the reduction step of the preliminary hybrid magnetic fiber is controlled to 400 ℃, 500 ℃, 600 ℃, 700 ℃, 750 ℃, and 800 ℃ For each of the magnetic fibers, Relative intensity (au) according to 2theta (deg.) was measured to show an X-ray diffraction pattern. Hybrid magnetic fibers heat-treated at temperatures of 400°C, 500°C, 600°C, and 700°C are shown in FIG. 25, and hybrid magnetic fibers heat-treated at temperatures of 700°C, 750°C, and 800°C are shown in FIG. , An enlarged graph of part A of FIG. 26 is shown in FIG. 27.
도 25 내지 도 27에서 확인할 수 있듯이, 환원 단계에서 열처리되는 온도가 400℃ 및 500℃인 경우, 희토류 산화물의 환원이 용이하게 이루어지지 않아, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층의 혼합 구조가 측정되지 않은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 환원단계에서 열처리되는 온도가 800℃인 경우 역시, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층의 혼합 구조가 측정되지 않은 것을 확인할 수 있었다. 반면, 환원 단계에서 열처리되는 온도가 600℃, 700℃ 및 750℃인 경우, Sm2Co17 자성 결정 및 fcc-Co 자성 결정층의 혼합 구조가 용이하게 측정되는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in Figures 25 to 27, when the temperature of the heat treatment in the reduction step is 400 ℃ and 500 ℃, the reduction of the rare earth oxide is not easily made, Sm 2 Co 17 magnetic crystal and fcc-Co magnetic crystal layer of It was confirmed that the mixed structure was not measured. In addition, when the temperature of the heat treatment in the reduction step is 800°C, it was also confirmed that the mixed structure of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and the fcc-Co magnetic crystal layer was not measured. On the other hand, when the temperature to be heat-treated in the reduction step is 600 ℃, 700 ℃ and 750 ℃, it was confirmed that the mixed structure of the Sm 2 Co 17 magnetic crystal and fcc-Co magnetic crystal layer is easily measured.
도 28은 희토류 산화물의 열처리 온도에 따른 특성 변화를 나타내는 그래프이다. 28 is a graph showing changes in properties according to the heat treatment temperature of the rare earth oxide.
도 28을 참조하면, Sm2O3 희토류 산화물을 수소 분위기에서, 10℃/mim의 승온 속도로, 25℃부터 1000℃까지 열처리한 후, 열처리된 희토류 산화물의 질량 손실(weight loss, %)을 측정하여 나타내었다. 도 28에서 확인할 수 있듯이, 희토류 산화물의 경우, 1000℃의 온도로 열처리 되는 경우에도, 질량 손실이 거의 없어, 환원이 용이하게 이루어지지 않는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 28, after the Sm 2 O 3 rare earth oxide is heat treated at 25° C. to 1000° C. at a heating rate of 10° C./mim in a hydrogen atmosphere, the mass loss (%) of the heat treated rare earth oxide is measured. It was measured and indicated. As can be seen in FIG. 28, it was confirmed that, even in the case of a rare earth oxide, even when heat-treated at a temperature of 1000° C., there was almost no mass loss and reduction was not easily achieved.
도 29 내지 도 31은 본 발명의 실시 예 1 및 실시 예 3에 따른 하이브리드 자성 섬유의 직경을 비교하는 사진 및 그래프이다. 29 to 31 are photographs and graphs comparing the diameters of the hybrid magnetic fibers according to Examples 1 and 3 of the present invention.
도 29를 참조하면, 상기 실시 예 3에 따른 하이브리드 자성 섬유를 SEM 촬영하여 도 29의 (a)에 도시하고, 하이브리드 자성 섬유의 직경을 측정하여 도 29의 (b)에 도시하였다. 도 29의 (a) 및 (b)에서 알 수 있듯이, 상기 실시 예 3에 따른 하이브리드 자성 섬유는, 직경이 250 nm 이하이고, 사슬구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 29, the SEM of the hybrid magnetic fiber according to Example 3 is shown in FIG. 29(a), and the diameter of the hybrid magnetic fiber is measured and illustrated in FIG. 29( b). As can be seen from (a) and (b) of FIG. 29, it was confirmed that the hybrid magnetic fibers according to Example 3 had a diameter of 250 nm or less and a chain structure.
도 30 및 도 31을 참조하면, 약 500nm의 직경 및 약 1000nm의 직경을 갖는 상기 실시 예 1에 따른 하이브리드 자성 섬유를 SEM촬영하여 각각 도 30의 (a) 및 도 31의 (a)에 도시하고, 각 하이브리드 자성 섬유의 지경을 측정하여 도 30의 (b) 및 도 31의 (b)에 도시하였다. 도 30 및 도 31에서 알 수 있듯이, 약 500 nm의 직경 및 약 1000 nm의 직경을 갖는 상기 실시 예1 에 따른 하이브리드 자성 섬유의 경우, 자성결정-자성 경계층 구조를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 30 and 31, SEM photographs of the hybrid magnetic fibers according to Example 1 having a diameter of about 500 nm and a diameter of about 1000 nm are shown in FIGS. 30(a) and 31(a), respectively. , Measuring the diameter of each hybrid magnetic fiber is shown in Figure 30 (b) and Figure 31 (b). As can be seen in FIGS. 30 and 31, it was confirmed that the hybrid magnetic fibers according to Example 1 having a diameter of about 500 nm and a diameter of about 1000 nm have a magnetic crystal-magnetic boundary layer structure.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As described above, the present invention has been described in detail using preferred embodiments, but the scope of the present invention is not limited to specific embodiments, and should be interpreted by the appended claims. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.
10: 주사기
20: 주사기 펌프
30: 주사기 팁
40: 포집기
100: 하이브리드 자성 섬유
110: 자성 결정
120: 자성 경계층10: syringe
20: syringe pump
30: syringe tip
40: Collector
100: hybrid magnetic fiber
110: magnetic determination
120: magnetic boundary layer
Claims (14)
상기 소스 용액을 전기 방사하여, 희토류 산화물 및 전이금속 산화물을 포함하는 예비 하이브리드 자성 섬유를 형성하는 단계; 및
상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 환원시켜, 상기 희토류 원소 및 상기 전이금속 원소의 화합물을 포함하고 경자성(hard-magnetic) 특성을 갖는 자성 결정(magnetic crystal), 및 상기 전이금속 원소를 포함하고 연자성(soft-magnetic) 특성을 갖는 자성 경계층(magnetic boundary layer)을 포함하는 하이브리드 자성 섬유를 형성하는 단계를 포함하되,
상기 하이브리드 자성 섬유는, 복수의 상기 자성 결정 및 상기 자성 경계층이 일 방향으로 연장된 섬유 형상을 갖는 것을 포함하는 하이브리드 자성 섬유 제조방법.
Preparing a source solution comprising a first source material comprising a rare earth element and a second source material comprising a transition metal element;
Electrospinning the source solution to form a preliminary hybrid magnetic fiber comprising a rare earth oxide and a transition metal oxide; And
Reducing the preliminary hybrid magnetic fiber, comprising a compound of the rare earth element and the transition metal element and having a hard-magnetic property, a magnetic crystal, and the transition metal element containing soft magnetic ( and forming a hybrid magnetic fiber including a magnetic boundary layer having soft-magnetic properties,
The hybrid magnetic fiber, a hybrid magnetic fiber manufacturing method comprising a plurality of the magnetic crystal and the magnetic boundary layer having a fiber shape extending in one direction.
상기 자성 경계층은, 상기 자성 결정의 자화 거동을 따르는 것을 포함하는, 하이브리드 자성 섬유 제조방법.
According to claim 1,
The magnetic boundary layer, the method comprising the following magnetization behavior of the magnetic crystals, hybrid magnetic fiber manufacturing method.
상기 소스 용액 내의 상기 희토류 원소의 몰 분율은, 9.290 at% 초과 10.562 at% 미만인 것을 포함하는, 하이브리드 자성 섬유 제조방법.
According to claim 1,
A method of manufacturing a hybrid magnetic fiber, wherein the molar fraction of the rare earth element in the source solution is greater than 9.290 at% and less than 10.562 at%.
상기 하이브리드 자성 섬유 형성 단계는,
상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 환원제와 혼합하는 단계;
상기 환원제와 혼합된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를 열처리하는 단계; 및
열처리된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유를, 세척 용액으로 세척하는 단계를 포함하는, 하이브리드 자성 섬유 제조방법.
According to claim 1,
The hybrid magnetic fiber forming step,
Mixing the preliminary hybrid magnetic fiber with a reducing agent;
Heat-treating the preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent; And
Method of manufacturing a hybrid magnetic fiber, comprising the step of washing the heat-treated preliminary hybrid magnetic fiber with a washing solution.
상기 환원제와 혼합된 상기 예비 하이브리드 자성 섬유는, 500℃ 초과 800℃ 미만의 온도에서 열처리 되는 것을 포함하는, 하이브리드 자성 섬유 제조방법.
The method of claim 5,
The preliminary hybrid magnetic fiber mixed with the reducing agent, the method comprising the heat treatment at a temperature of less than 800 ℃ more than 500 ℃, hybrid magnetic fiber manufacturing method.
상기 환원제는, 칼슘(Ca)을 포함하는 하이브리드 자성 섬유 제조방법.
The method of claim 5,
The reducing agent is a hybrid magnetic fiber manufacturing method comprising calcium (Ca).
상기 세척 용액은, 염화암모늄(NH4Cl), 및 메탄올(CH3OH) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 하이브리드 자성 섬유 제조방법.
The method of claim 5,
The washing solution, hybrid magnetic fiber production method comprising at least one of ammonium chloride (NH 4 Cl), and methanol (CH 3 OH).
상기 소스 용액은, 금속을 포함하는 결정화 소스, 및 고분자를 포함하는 점성 소스를 더 포함하는 하이브리드 자성 섬유 제조방법.
According to claim 1,
The source solution, hybrid magnetic fiber manufacturing method further comprises a crystallization source containing a metal, and a viscous source comprising a polymer.
상기 희토류 원소는, La, Ce, Pr, Nd, Sm, 또는 Gd 중 어느 하나를 포함하는, 하이브리드 자성 섬유 제조방법.
According to claim 1,
The rare earth element, any one of La, Ce, Pr, Nd, Sm, or Gd, hybrid magnetic fiber manufacturing method.
상기 전이금속 원소는, Fe, Co, 또는 Ni 중 어느 하나를 포함하는, 하이브리드 자성 섬유 제조방법.
According to claim 1,
The transition metal element, any one of Fe, Co, or Ni, hybrid magnetic fiber manufacturing method.
서로 인접한 상기 자성 결정 사이에 배치되어, 상기 자성 결정을 둘러싸고,
상기 전이금속 원소를 포함하며, 연자성 특성을 갖는 자성 경계층(magnetic boundary layer)을 포함하되,
복수의 상기 자성 결정 및 상기 자성 경계층이 일 방향으로 연장된 섬유 형상을 갖는 것을 포함하는 하이브리드 자성 섬유.
A plurality of magnetic crystals comprising a compound of a rare earth element and a transition metal element and having hard magnetic properties; And
Disposed between the magnetic crystals adjacent to each other, surrounding the magnetic crystals,
It includes the transition metal element, and includes a magnetic boundary layer (magnetic boundary layer) having soft magnetic properties,
A hybrid magnetic fiber comprising a plurality of the magnetic crystals and the magnetic boundary layer having a fiber shape extending in one direction.
상기 하이브리드 자성 섬유 내에서, 상기 자성 경계층의 부피 분율은, 0 vol% 초과 10 vol% 미만인 것을 포함하는, 하이브리드 자성 섬유.
The method of claim 12,
In the hybrid magnetic fiber, the volume fraction of the magnetic boundary layer includes more than 0 vol% and less than 10 vol%, the hybrid magnetic fiber.
상기 자성 경계층은, 상기 자성 결정의 자화 거동을 따르는 것을 포함하는, 하이브리드 자성 섬유.
The method of claim 12,
The magnetic boundary layer includes a hybrid magnetic fiber that includes following the magnetization behavior of the magnetic crystal.
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