▲ 공과대학 신소재공학부 김영근 교수

고려대 김영근 교수와 서울대 이진규 교수(현, LG화학 기술연구원 수석연구위원) 연구팀은 다양한 크기의 자철석(magnetite, Fe3O4) 나노입자를 합성하고 중요한 자성특성인 보자력(magnetic coercivity)의 변화를 관찰함으로써, 기존 교과서에서 널리 알려진 자성학 이론을 실험적으로 검증했다.

이번 연구는 미래창조과학부에서 지원하는 나노·소재기술개발사업 (총괄책임자: 고려대학교 공과대학 신소재공학부 김영근 교수) 과제의 일환으로 수행되었고, 네이처 퍼블리싱 그룹 (Nature Publishing Group)에서 발행하는 학술지인 “사이언티픽 리포트 (Scientific Reports)”에 7월 17일자에 게재됐다. 

(*논문명: Magnetic multi-granule nanoclusters: A model system that exhibits universal size effect of magnetic coercivity)

자성 나노입자는 자성유체, 전자기기, 정보저장 등의 전자 분야나 자기공명영상 조영제, 약물전달, 분리분석 등의 바이오메디컬 분야로의 응용이 활발히 진행되고 있어, 많은 연구자들이 관심을 갖고 있으며 그 합성 방법 또한 다양하다.

연구팀은 환원성 폴리올 공정이라는 단일 합성방법을 통해서 지름 15 nm ~ 500 nm의 재료적 특성이 같은 자철석 나노입자를 합성할 수 있었다. 동일한 합성법으로 나노입자의 크기를 조절하고 이 특성을 널리 알려진 이론적 예측과 비교 및 검증하였다. 

입자 크기에 따른 자기 보자력의 변화에 대한 자성학 이론은 이미 널리 알려져 있으나 기존의 연구결과는 서로 다른 방법으로 합성한 입자를 이용하였기 때문에 그 결과를 이론과 직접 비교하기 어려웠다.

나노입자의 자기적 성질 중 보자력은 크기 및 형상에 매우 민감하게 영향을 받는다. 보자력의 유무 및 그 크기에 따라 자성물질의 특성이 크게 좌우된다.

다양한 크기로 합성된 나노입자는 조성 및 구조적으로 동일함을 확인하여 자기적 특성에 미칠 수 있는 잠재적 외부 변인을 제거할 수 있었다. 나노입자의 크기가 감소함에 따라 자기 보자력은 이론적으로 알려진 대로 증가하여 최대값을 보인 후 점차 감소하여 최종적으로는 0에 도달하였다. 이러한 자기적 현상의 이해를 통해 전기전자나 바이오메디컬과 같은 다양한 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.